无线电监测与测向定位 第6章
无线电与测向课程设计
无线电与测向课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生理解无线电传播的基本原理，掌握无线电波的传播特性及其影响因素。
2. 使学生掌握测向技术的基本原理，了解无线电测向在实际应用中的作用。
3. 帮助学生了解无线电频谱资源管理的重要性，认识无线电频率的划分和使用规定。
技能目标：1. 培养学生运用所学知识进行无线电测向实验操作，提高动手实践能力。
2. 培养学生分析和解决无线电测向过程中遇到问题的能力，提高问题解决技巧。
3. 培养学生运用无线电测向技术进行户外探险和定位的能力。
情感态度价值观目标：1. 激发学生对无线电与测向技术的兴趣，培养其探索精神和创新意识。
2. 培养学生尊重科学、严谨求实的态度，树立正确的价值观。
3. 增强学生的团队协作意识，培养合作精神，提高沟通能力。
课程性质：本课程属于科学实践活动课程，以理论教学与实践操作相结合的方式进行。
学生特点：学生为初中生，具有较强的求知欲和动手能力，对新鲜事物充满好奇心。
教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，强调实践操作能力的培养，提高学生的综合素养。
通过课程学习，使学生能够将所学知识运用到实际中，达到学以致用的目的。
同时，注重培养学生的情感态度价值观，使其成为具有创新精神和实践能力的优秀人才。
在教学过程中，将课程目标分解为具体的学习成果，便于教学设计和评估。
二、教学内容1. 无线电传播基本原理：包括电磁波的产生、传播特性、反射与折射现象，以及无线电频率的划分和使用规定。
教材章节：第一章 无线电传播基础2. 测向技术原理：介绍测向技术的基本原理，如相位比较法、时间差法等，以及测向天线和测向仪器的使用。
教材章节：第二章 测向技术3. 无线电测向实践操作：组织学生进行户外测向实验，学习测向仪器的操作方法，提高动手实践能力。
教材章节：第三章 测向实践4. 无线电频谱管理：介绍无线电频谱资源管理的重要性，了解我国无线电频率使用规定及管理措施。
教材章节：第四章 无线电频谱管理5. 实际应用案例分析：分析无线电测向技术在户外探险、定位等领域的应用案例，提高学生的问题解决能力。
无线电监测测向与定位技术探讨
High & New Technology︱36︱2017年2期无线电监测测向与定位技术探讨邓力仁曲靖市无线电监测站，云南 曲靖 655000摘要：无线电技术的广泛应用，为我们生活的改变带来了无限可能，如今，我们日常生活中随处可见无线电业务。
无线电技术的发展也得到了国家的重点关注，在无线电技术的研究过程中投入更大。
近年来，无线电业务的涉及范围更广，本文对无线电监测测向定位技术进行分析和探讨，旨在深化无线电技术的发展。
关键词：无线电技术；无线电监测；测向与定位中图分类号：TN014 文献标识码：B 文章编号：1006-8465（2017）02-0036-02引言随着无线电技术的应用越来越广泛，无线电监测网络也已经基本形成，监测网络的规模一般都比较大，成本较高，因此大型的监测网络数量有限。
随着无线电频谱使用率的提升，无线电监测任务不断增加，原始的大型监测站作用范围有限，而且由于城市的电磁环境复杂，一些小功率的无线电设备不断出现，在一些局域环境中会对无线电通信业务产生干扰，大型监测站对于这些小型的无线电设备的信号监测难度较大。
由于大型无线电监测站的覆盖有限，如果所有的监测任务都只能依靠大型监测站，则不能达到良好的监测效果，会使得大型监测站的性价比降低，监测设备出现浪费，得不到充分有效的利用。
因此，必须要加强对传统的无线电监测技术的拓展，无线电监测测向与定位技术的运用，正好可以解决相关问题，该技术涵盖范围较广，包括实时监测、测向定位、分析判断等多个功能，这种技术在民用无线电设备监测、工业电磁环境监测以及军队特种监测中都有所应用。
由此可见，发展无线电监测测向与定位技术也有十分广阔的前景。
1 无线电监测与测向定位技术的现状以及存在的问题1.1无线电监测与测向定位技术的现状从本世纪初我国才开始进行无线电监测设施建设，其研发时间相对于发达国家而言晚了很多，但我国对无线电监测研究的重视程度很高，各级无线电部门都按照国家的规划方案开展实时监测工作，并且对国内外的先进技术和发展经验进行引进与推广，在国家的各方面支持下，如今已经取得了较快的发展，也取得了较大成就。
无线电监测与测向定位(张洪顺)(王磊)1-4章 (3)
第3章 无线电监测信号的特征分析
3.2 模拟无线电信号特征分析
3.2.1 AM信号特征
1. AM信号的波形特征
设基带调制信号为X(t)，载频信号为
(3-1)
Sc(t)=Ac·cos(wct+j0)
用AM信号的数学表达式可以写为
第3章 无线电监测信号的特征分析
基于上述原因，目前尚未见到从射频信号提取信号技术特 征在实际监测接收设备上的应用。但是，随着器件水平的提高 和信号处理技术的发展进步，从射频信号提取信号特征，预计 很快会在无线电监测中得到应用。
随着无线电监测技术的不断发展，尤其计算机技术和数字 信号处理技术在无线电监测中的广泛应用，使得对信号技术特 征监测的内容越来越广泛而深入，对信号处理识别的实时性越 来越强，精度越来越高。 本章和第4章主要是围绕无线电监测 信号技术特征的内容进行讨论的。
第3章 无线电监测信号的特征分析
信号的细微特征，能够做到对个体信号特征的识别，甚至对发 射台和发信人个体特征的识别，这样，就可以在更高程度上对 信号进行更为细致的识别分类。
对无线电信号的细微特征，目前尚缺乏系统深入的研究。 对于无线电信号细微特征的确切含义、具体内容、 分析方法 以及特征参数的提取测量方法等一系列问题，都有待于做更深 入的分析研究。
第3章 无线电监测信号的特征分析
射频输出口输出的是射频信号。接收机的射频电路带宽比 较宽，且为线性电路，与中频信号比较，射频信号保留已调信 号的特征更为完善。这是因为，中频信号经过了非线性变换和 窄带滤波，会使已调信号失去一部分固有特征，尤其信号的细 微特征。因此，从理论上讲，从射频信号中提取已调信号的技 术特征和进行参数测量是最佳的，但是实际实现的技术难度很 大，主要表现在：
精品课件-无线电监测与测向定位-第3章
3.1 概述 3.2 模拟无线电信号特征分析 3.3 数字信号特征分析 3.4 多路复用和特殊无线电信号特征分析
第3章 无线电监测信号的特征分析
3.1 概 述 3.1.1 无线电信号特征的分类
对无线电信号的特征，目前尚没有统一、严格的分类。下 面按照长期以来人们对无线电信号特征的习惯分类加以介绍。
第3章 无线电监测信号的特征分析
在采用频率合成器产生所需载频的情况下，一部电台通常 用一个晶体振荡器作为标准频率源，当电台在不同工作频率上 工作时，载频的相对频率偏差(Δf/f)是不变的，而绝对频率 偏差随工作频率而改变。对于不同的电台，由于采用的不是同 一个晶体振荡器，因此，相对频率偏差和绝对频率偏差都是不 同的。从理论上讲，只要能对信号载频作足够精确的测量，根 据频率偏差的大小，是可以作为个体信号识别依据的。当然， 对信号载频进行精确测量，在技术实现上较为困难。
第3章 无线电监测信号的特征分析
侦察或监测接收到的无线电信号都是经过调制的已调信号， 不同的调制信号具有不同的调制特征，描述不同调制信号特征 的技术参数主要有：
· AM信号的调幅度； · FM信号的调频指数； · 数字信号的码元速率(或信息速率)和码元宽度； · FSK信号的频移间隔； · DS信号的扩频码长度； · FH信号的跳频频率集和跳速； · 多路复用信号的复用路数。
1. 信号的内部特征与外部特征 信号的内部特征通常指无线电信号所包含的信息内容。除 信息内容以外，无线电信号所具有的其他所有特征统称为信号 的外部特征。所以，内部特征和外部特征是完整反映无线电信 号特征的两个方面。
第3章 无线电监测信号的特征分析
2. 通联特征与技术特征 无线电信号的外部特征主要表现为通联特征和技术特征。 通联特征主要反映无线电通信联络的特点，主要包括通信诸元、 联络情况和联络关系、电报作业特点、手法音响特点等内容。 通信诸元是指由频率、呼号、通信术语和通联时间构成的通信 联络的几项重要元素，是监听敌方无线电信号的基本元素。联 络情况和联络关系是指联络次数(频繁程度)、通信网络组成等 方面的内容。电报作业特点是指电报的种类、电报结构等内容。 手法音响特点是指信号的音响情况以及人工莫尔斯电报的 手法特点。通联特征是靠耳听侦察以及在此基础上的分析判断 得到的。
无线电监测与测向定位(张洪顺)(王磊)5-10章 (5)
第9章 卫星定位原理
GPS卫星的核心部件是高精度的时钟、导航电文存储器、 双频发射和接收机以及微处理机。而对于GPS定位成功的关键 在于高稳定度的频率标准。这种高稳定度的频率标准由高度精 确的时钟提供。由于10-9 s的时间误差将会引起30 cm的站星 距离误差，因此，每颗 GPS工作卫星一般安设两台铷原子钟和 两台铯原子钟，并计划未来采用更稳定的氢原子 钟 (其频率稳定度优于10-14)。 虽然GPS卫星发送几种不同频 率的信号，但是它们均源自一个标准信号(其频率为10.23 GHz)，所以只需启用一台原子钟，其余作为备用。卫星钟由地 面站检验其钟差、钟速连同其他信息由地面站注入卫星后，再 转发给用户设备。
第9章 卫星定位原理
在GPS系统中，GPS卫星的作用如下： (1) 用L波段的两个无线载波(19 cm和24 cm波)向广大用 户连续不断地发送导航定位信号。每个载波用导航信息D(t)和 伪随机码(PRN)测距信号进行双相调制。用于捕获信号及粗略 定位的伪随机码叫做C/A码(又叫粗码)，精密测距码(用于精密 定位)叫做P码。由导航电文可以知道该卫星当前的位置和卫星 的工作情况。 (2) 在卫星飞越注入站上空时，接收由地面注入站用S波 段(10 cm波段)发送到卫星的导航电文和其他有关信息，并通 过GPS信号电路适时地发送给广大用户。 (3) 接收地面主控站通过注入站发送到卫星的调度命令， 适时地改正运行偏差或启用备用时钟等。
第9章 卫星定位原理
卫星三角测量很快就被其他卫星定位技术所取代，使卫星定位 技术从仅仅把卫星作为空间观测目标的低级阶段，发展到了把 卫星作为动态已知点的高级阶段。
2. GPS全球定位系统的建立 1973年12月，美国国防部批准其陆海空三军联合研制新的 卫星导航系统NAVSTAR／GPS。 NAVSTAR/GPS是英文Navigation Satellite Timing and Ranging／Global Positioning System的缩写，其意为“卫星测时测距导航／全球定位系统”， 简称GPS系统。该系统是以卫星为基础的无线电导航定位系统， 具有全能性(陆地、海洋、航空和航天)、全球性、全天候、连 续性以及实时性的导航、定位和定时功能， 能为各类用户提 供精密的三维坐标、速度和时间。自1974年以
无线电监测测向与定位技术研究
无线电监测测向与定位技术研究
刘文涛
【期刊名称】《科技视界》
【年(卷),期】2024(14)9
【摘要】随着无线通信技术的迅速发展,无线电监测测向与定位技术在军事、民用和科研领域的重要性日益凸显。
文章旨在探讨无线电监测测向技术与定位技术的原理、方法及其在现代通信中的应用。
通过对方向性天线测向、时间差定位(TDOA)、信号到达角(AOA)和信号到达时间(TOA)等技术的分析,结合定位原理与方法,包括
三角测量法、多普勒定位和卫星定位系统(如GPS),进一步讨论了定位系统的组成
和影响定位精度的因素。
【总页数】4页(P32-35)
【作者】刘文涛
【作者单位】甘肃省无线电监测站
【正文语种】中文
【中图分类】TN9
【相关文献】
1.无线电监测中多站测向交叉定位精度分析
2.无线电监测与测向定位技术研究
3.无线电监测与测向定位技术探究
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5.六通道无线电
监测与测向定位系统的设计与实现
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无线电监测与测向定位(张洪顺)(王磊)1-4章 (4)
目前，无线电监测接收机对无线电信号的解调，一般都采 用通信接收机中采用的传统解调方法。利用数字信号处理技术 实现对无线电信号的解调，人们已经做了不少研究工作，并且 取得了一定进展。这种解调方法硬件电路简单，对信号解调的 适应性强，预计在新一代无线电监测接收设备中将会得到越来 越多的实际应用。
第4章 无线电监测信号的处理与识别
第4章 无线电监测信号的处理与识别
3. 信号的显示 对信号的显示方式有模拟显示和数字化显示两种。显示的 内容主要有信号的波形、频谱和信号的技术参数。信号的波形 和频谱都采用显示器进行显示；信号的技术参数，有的用显示 器显示，也有的用数码管显示或液晶显示。 对于信号的显示，后面将专门进行讨论。 4. 信号技术参数的测量 测量无线电信号的技术参数是无线电监测的一项重要内容， 它涉及的内容较多，将在后面专门进行讨论。
第4章 无线电监测信号的处理与识别
4.2 无线电监测信号的显示 4.2.1 信号的模拟显示
信号的模拟显示是指中频信号不经过数字化处理，直接显 示中频信号的波形或经过显示电路处理后显示信号的中频频谱。
无线电监测与测向定位(张洪顺)(王磊)5-10章 (3)
第7章 测向原理 图 7-7 人工听觉小音点测向原理框图
第7章 测向原理
7.2.1 听觉小音点测向 听觉小音点测向设备根据其所采用的天线结构形式不同可
分为三类：单环天线体制的听觉小音点测向机、间隔双环天线 体制的听觉小音点测向机和角度计天线体制的听觉小音点测向 机。
在近距离测向场合下，通常采用单环加中央垂直天线这种 复合结构的听觉小音点测向机，如图7-8所示。这种测向机的 环天线可以手动绕中心轴线自由旋转，在环天线的旋转过程中， 方位读盘的指针与之同轴旋转，当环天线平面的法线方向处于 正北方位时，方位读盘的指针指在0°位置，若测向信道接收 机的工作频率和工作状态(通带选择、解调方式AGC控制方式及 天线衰减等)已设置好，则只要环天线平
第7章 测向原理 图 7-2 最小信号法测向示意图
第7章 测向原理
2. 最大信号法测向 最大信号法测向要求天线具有尖锐的方向特性，测向时旋 转天线，当测向机的输出端出现最大信号值时，说明天线极坐 标方向图主瓣的径向中心轴指向来波方位，根据此时天线主瓣 的指向就可以确定目标信号的来波方位值，如图7-3所示。由 于示向度值是在天线接收信号为最大值时获取的，因而它具有 对微弱信号的测向能力，但测向精度较低是它的主要缺点。因 为天线极坐标方向图在最大值附近变化缓慢，所以只有当天线 旋转较大的角度(半功率点波束宽度的10％ ～25％)时才能测出其输出电压的明显变化。
第7章 测向原理
近期的测向设备普遍地采用半自动测向工作方式，测向过 程中有些工作如旋转天线、测向信道接收机工作状态的调整、 信道的预置、方位测定过程中的大部分辅助工作及示向度数据 获取与处理工作都是自动完成的。随着现代数字信号处理技术 和计算机技术的发展与普及应用，测向设备自动完成的工作越 来越多，设备的自动化程度越来越高。但是在某些复杂环境下， 如信号非常密集、存在较强的干扰、信号结构非常复杂或信号 质量非常差等，测向设备工作状态的设置与控制过程、示向度 数据读取过程、示向度数据可信度评估过程及示向度数据的某 些处理过程仍然需要操作员人工辅助来完成。
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所示，则电波到达垂直边AA'比到达垂直边BB'多走了波程差 r，由该波程差引起的相位差为
(6-1)
图 6-2 方框形环天线接收来波信号示意图
由此可见，垂直边AA'边接收的感应电势比BB'边接收的
感应电势在相位上滞后了j。设接收点的信号场强为E，信 号频率为w，则
在d/l小于0.5的条件下，天线的最大接收方向仍然为 q=0°和q=180°方向，此时环天线的有效高度为
在d/l大于0.5小于1的条件下，天线的最大接收方向为
满足
即对应
的
来波方位， 此时环天线的有效高度为
根据式(6-9)的结论，环天线的有效高度he正比于匝数N
和面积S，反比于波长l。对此可以从物理意义上来进行如
在长期实际使用过程中人们逐渐发现了普通单环天线所 存在的“三大效应”及其带来的副作用，为此国内外从事无 线电测向工程技术研究和生产的科技工作者们经过长期探索， 设计出了其他一些以普通单环天线为基础的测向天线。目前 普通的单环天线在实际无线电测向中已经很少使用，但由于 它是其他同类天线的基础，因此下面仍然用一定的篇幅对其 各种特性进行较为详细的分析。
6.1.1 单环天线的方向特性 为简化问题起见，我们先对方框形环天线进行分析，且
假设满足如下条件： (1) 接收电波为垂直极化地波； (2) 目标电台与测向天线之间的距离满足远场条件。 根据上面的假设条件，对于图6-2(a)所示的天线，其水
平边A'B'和AB在垂直电场作用下无感应电势产生；而垂直边 AA'和BB'在垂直交变电场的作用下将产生振幅相等的感应电
下定性分析：由于我们近似认为多匝环天线输出的感应电势 是各单匝天线输出感应电势之串联，所以感应电势的幅度随 N的增大而增大；若天线垂直边h越长，则单个垂直边感应 电势越大，因而环天线输出电势的幅度也越大；若天线的水 平边d越长，则由此引起的波程差越大，该波程差所引起的 相位差也越大(但小于p)，因而环天线输出电势的幅度也越 大；由于环天线输出电势的幅度分别与h和d成正比，因而与 S=hd成正比。
如果满足d/l远小于１的条件，则
其幅度为
(6-6) (6-7)
(6-8)
在天线的最大接收方向即q=0°和q=180°方向，其接收电
势的幅度为
根据天线有效高度的定义，得 (6-9)
可以证明，只要环天线的水平尺寸远小于波长l，则上式对
任意形状的环天线都成立。
如果d/l远小于1的条件不满足，则根据式(6-6)有：
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ(6-2)
由此得到方框形环天线的振幅方向特性为
在 远小于１的条件下， 时式(6-2)和式(6-3)可简化为
(6-3) ，此
(6-4) (6-5)
如果将式(6-5)所示的方向函数画成平面极坐标图形，并 以正上(北)方定义为0°方向，则得到一个标准的“8”字形 方向图，所以这种天线通常被称为具有“8”字方向特性。
图 6-1 常见普通单环天线的结构示意图
普通单环天线具有体积小、重量轻、携带和架设灵活方 便等优点，因此在无线电测向领域的应用非常广泛，但它也 存在着自身结构所带来的一些缺点，最突出的是“三大效 应”，即极化效应、天线效应和位移电流效应，其中极化效 应是致命的缺点。
伴随着最早期无线电测向设备而诞生的单环天线是无线 电测向领域最经典的基本天线单元，它经历了一个世纪的发 展演变，今天在民用方面作为体育竞技的无线电测向运动中 所使用的手持式测向机和军用方面的便携式小音点测向机仍 然在使用这种结构形式的天线，当然两者的测向精度要求不 同，因而所采用的天线结构形式也有所差异。
性。一般来说，d的极限取值范围为lmin/3～lmin/2。另外，
由于环天线固有谐振特性的影响，h的增加也受到了一定的 限制。
提高环天线有效高度的另一途径是在线圈中插入磁芯材
料，形成所谓的磁性环天线。我们知道，空气的磁导率为m0， 如果在线圈中插入相对磁导率为mr的磁性材料，在不考虑磁
芯内涡流现象的理想情况下，同样大小的交变磁场，与作用
于空心线圈相比，通过磁芯线圈的磁通量将增加mr倍，因而 线圈内的感应电势也增加mr倍。
磁性环天线通常应用于便携式测向机中，它采用在磁棒
外表连续缠绕多匝导线的结构形式，由于磁棒的轴线长度比
其截面尺寸大得多，所以一般定义来波P与其轴线之间的夹
角为q。根据式(6-7)和上面分析的结论，可得
环天线的实际方向特性应该根据式(6-3)来描述，图6-3 (a)、(b)、(c)、(d)分别为 =0.1、 =0.4、 =0.75、 =1 对应的方向图。
图 6-3 d/l不同取值时的环天线方向图
上述结论可以用图6-4所示的矢量图来说明。 图 6-4 环天线接收电势的示意图
6.1.2 单环天线的有效高度 为了表征环天线接收空间电磁波而感应电势的能力，我
们用“天线有效高度”这个量来描述。 定义：天线在最大接收方向上所产生的感应电势与产生
该电势的电场强度之比称为天线的有效高度，记为he。
根据式(6-4)，在d/l远小于1的情况下，环天线接收正常
极化地波时输出的感应电势幅度为
为了增大环天线输出电势的幅度，在实际设备中常采用
Ｎ匝线圈结构的环天线，此时的环天线接收电势近似等效于 Ｎ个单匝环天线接收电势相串联，因而总的输出电势近似为
第6章 测向天线
6.1 环天线 6.2 艾德考克天线 6.3 角度计天线 6.4 锐方向天线
6.1 环 天 线
将金属导体制成以中央垂直轴线为对称轴的圆环形、方 框形(正方形或长方形)、三角形、棱形等，并在两端点馈电 的结构形式，就构成了普通的单环天线，如图6-1所示。不 论其形状如何，它们都有一个共同的特点，即天线以中心垂 直轴线完全对称，并且可以绕中心垂直轴自由旋转。
增加环天线匝数N或增大环天线面积S可以提高环天线 的有效高度，但在环天线的实际设计中需要充分考虑其他一 些因素对增加N和S的制约。例如：由于调谐和阻抗匹配的
要求，限制了线圈匝数N的增加；d的增大受到d/l远小于1这 一条件的限制，若d增大到使得d/l远小于1的条件不满足，
则环天线的方向特性将发生畸变，不再是标准的“8”字形特