基于空间谱估计测向技术的无线广播电视监测系统设计
空间谱测向技术及其经典算法
空间谱测向技术可应用于不同类型的多元阵列，例 如均匀线阵、方阵、圆阵等。本文为了更好地描述空间 谱算法，以较为简单的均匀线阵为例，来介绍空间谱测 向的原理和算法，示意图如图 2 所示。假设 N 个远场窄 带信号入射空间某直线阵列上，其中该阵列天线由 M 个 阵元组成，各阵元接收到信号后经各自的传输通道送至 处理器。
信号源
通道1 通道2
...
目标空间
通道M 观察空间
处 理 器
估计空间
图 1 空间谱测向技术的系统架构 [1] 目标空间即为真实来波方向（可能存在多个来波方 向）所构成的空间，该空间在自然界真实存在，但由于电 磁波既看不见，又摸不着，人类无法通过肉眼来观测入射 的电磁波，所以需要借助相应的工具来观测，该工具就是 天线和接收机。一个天线阵元和接收机构成一个信号通道， 多个通道构成一个观察空间。经观察空间得到的来波信号 是一系列的二进制 IQ 数据。根据原始的二进制数据仍无 法判断出来波方向，需要对其进行“解密”来估计来波方 向。估计空间即是使用一定的数学算法对 IQ 数据进行相 应的处理，估计出来波方向。而谱估计算法是将信号空间 进行拟合，构造出一个计算机可以识别的估计空间，然后 得出测向结果。
（7）
其中 Rs 为信号协方差矩阵，RN 为噪声协方差矩阵， σ2 为噪声功率。
对数据协方差矩阵 R 进行特征分解： （8）
其中 U 由两部分组成，一个是信号子空间 Us ，一个 是噪声子空间 UN。
（9） 信号子空间和噪声子空间的表达式见式（10）、式 （11）：
（10） （11）
Σ 为数据协方差矩阵的特征对角矩阵，对角线上的 各 λ 值近似等于来波方向的信号功率或者噪声功率。
（12）
3 MUSIC 算法
3无线电测向与空间谱估计测向体制-讲议稿03
第3篇无线电测向与空间谱估计测向体制第五十八研究所朱锦生赵衡内容简介：本文简述无线电测向原理，几种典型的无线电模拟电子技术的无线电测向设备，以及空间谱估计测向的含义和它目前达到的水平。
1 无线电测向的基本原理1.1 无线电测向的目的是测定辐射源（或发射机）的位置无线电测向是靠测定电波传播的方向来实现的。
电波传播方向的轨迹是沿地球的大圆弧前进的，即地面上两点（如辐射源和观测点的两点）间的最短直线距离。
因此测定电波的来向，也即测定了辐射源的方向。
1.2 无线电测向的定位三角交会定位由地面两个以上的观测点对同一辐射源测定电波的来向，这些来波行进轨迹的交会点，即为辐射源或发射机的位置，如图1。
（1）单站定位（一般对短波测向而言）由观测点测定来波的方位角、仰角，通过精确电离层模型计算出电离层反射点的等效高度。
由仰角和电离层等效高度计算出观测点距辐射源的距离，由此距离与方位角一起就可确定辐射源的位置，见图2。
图1 多站测向交会定位示意图图2 短波单站定位示意图1.3 实际电波传播不可能是完全理想的影响电波传播行进轨迹的因素，最大有两个：(1) 电波传播短波远距传播均通过电离层反射来实现，但电离层并不是一面实际的镜子，它有一定的厚度，实际是漫反射，是由逐渐的折射达到反射，见图3。
因此电离层的电子密度对电波传播影响很大。
电离层电子密度的不均匀，相当反射镜面的倾斜，使得电波传播行进的轨迹偏离地球大圆弧（即直线）的轨迹。
除此还有电离层各个不同层的分别反射，即使同一层，也有不同的反射次数，即跳数，结果形成多径传播，见图4。
由于各个途径的电波传播是随时间变化的，结果合成的来波不仅方向上有误差，同时来波的方向还明显呈游动。
(1) 地形地物的影响地形地物如各种建筑物、铁塔、山脉、树林等障碍物，它们也接收电波的照射，同时还产生再次辐射。
这样到达观测点的电波，不仅有直接来自辐射源的电波，而且还有障碍物的再次辐射电波，它们合成的来波方向，偏离辐射源，并根据影响程度，向障碍物偏转一定的角度，这就产生误差。
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。
基于空间谱插值的DOA估计算法
基于空间谱插值的DOA估计算法陈雨;王旭东;樊涛【摘要】现有的MUSIC、ESPRIT等基于特征值分解算法,在信号DOA估计时运算复杂度较高,不利于硬件实现,而经典空间FFT算法虽然运算速度快,但在天线数不甚多时,其较大的离散角度间隔限制了DOA估计精度.为此,提出了一种基于空间谱插值的DOA估计算法.该方法在经典空间FFT算法的基础上,对量化空间谱进行线性插值,只增加1次除法运算,不改变原有算法结构,利于硬件实现.当信噪比大于9dB时,其均方根误差接近克拉美-罗限(CRLB).仿真实验证明了算法的精确度和有效性.【期刊名称】《航天电子对抗》【年(卷),期】2015(031)004【总页数】4页(P39-42)【关键词】DOA估计;FFT空间谱;线性插值;CRLB【作者】陈雨;王旭东;樊涛【作者单位】南京航空航天大学电子信息工程学院,江苏南京210016;南京航空航天大学电子信息工程学院,江苏南京210016;南京航空航天大学电子信息工程学院,江苏南京210016【正文语种】中文【中图分类】TN971利用阵列信号处理技术实现对远场信号的DOA估计，近年来一直是人们研究的热点，其在通信、雷达、电子侦察、水声信号处理等领域得到广泛应用。
空间谱估计技术可实现对多目标测向，对阵元排列没有特殊要求，这给阵元及天线阵设计带来极大灵活性且其测向精度优于传统比幅、比相方法［1］。
本文提出了一种基于FFT空间谱插值的DOA估计算法，该算法运算速度快，估计精度高于传统空间谱DOA算法，且算法结构规整，能够进行并行流水化数据处理。
易于用FPGA等硬件实现。
解决了MUSIC、ESPRIT等基于特征值分解的DOA估计算法难以硬件实现，不利工程应用的难题。
本文对算法进行了详细分析和仿真验证，给出了在FPGA芯片内实现时的硬件设计框图。
1.1 FFT空间谱DOA估计间距为d的M个阵元排列成一个均匀线阵，假定一位于阵列远场的信号源，其波长为λ，传播速度为c，阵列方向与信号入射方向的夹角即DOA为θ1，如图1所示。
空间谱估计测向技术简介
空间谱估计测向技术简介作者：刘庭杰胡瑞卿李建东来源：《硅谷》2011年第05期摘要：空间谱估计测向是建立在严格的信号模型和复杂的谱估计理论上的一种测向体制，具有高精度、高分辨率和抗多径干扰等优异性能，在无线电监测、测向中有着广阔的应用前景。
从空间谱估计测向的系统组成、原理、常用算法及在实际应用中遇到的技术难题等方面，介绍空间谱估计测向技术，以期读者对这一技术有更全面的了解。
关键词：空间谱估计测向；算法；无源测向；子空间分解中图分类号：TN 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）0310017－020 引言电磁信号的方向数据是对战场密集信号进行分选并引导干扰或指挥武器进行攻击的主要参数，而无源测向技术因其安全快速的优势受到广泛关注，得到了飞速发展。
目前常用的比幅法测向、相位干涉仪测向技术和线性相位多模圆阵测向技术都存在共同的不足，即不能对同时多信号进行测向和分辨，因此在高密度信号环境下，应用受到一定的限制。
空间谱估计测向技术迅速走进视野，成为现代无线电测向技术和无源测向领域的研究热点。
空间谱估计测向技术是一种不同于传统的振幅测向法和相位测向法的全新测向方法，它是近三十年在经典谱估计理论基础上发展起来的，是一种以多元天线阵结合现代数字信号处理技术为基础的新型测向技术。
对空间信号方位的判定和对信号的频谱分析相似，频域谱估计是对信号在频域上的能量分布的估计，而测向则可以看成是对空间各方向上信号能量分布的估计，这样，空间角度与频域点的对应就产生了空间谱的概念。
得到信号的“空间谱”，就能得到信号的到达方向（DOAdirections of arrival）。
因为采用了先进的数字信号处理方法，空间谱估计测向技术具有传统测向体制无可比拟的技术优势，可实现同时对多目标测向（包括相干信号与非相干信号），对天线阵元及阵的排列没有特别的约束条件，并且在低信噪比条件下的测向精度很高，理论上完全可以用于复杂电磁环境下辐射源测向。
1000KV特高压变电站周围电磁环境影响分析
1000KV特高压变电站周围电磁环境影响分析摘要：随着城市化建设的推进，城市用地面积趋于紧张化，同时在电力工程的建设中，也存在多样的问题。
1000KV的变电站电磁场本身的磁效应会给周边环境产生一定的影响，包括对人的健康和生活带来危害。
本文就1000KV变电站电磁场对周边环境产生的影响进行研究和分析。
关键词：1000kV变电站；电磁场；周边环境前言：城市经济的发展与繁荣，使各种电力设施和电信系统、电视、广播和微波传动以及雷达设备等迅速的增加，给城市发展带来了“电磁污染”，使人们的工作和生活受到了不同程度的影响。
本文就1000KV变电站电磁场对周边环境的影响进行分析。
极低频电磁场对人体的影响会诱发人体的电流，极低频电磁场暴露主要根据相应的机制来确定的，它的作用在于能够防止感应电场和感应电流以及神经组织出现电兴奋刺激。
尤其是防止极低频电磁场与中枢神经系统之间的作用，防止其给健康带来的损害。
当前关于工频磁场对健康是否存在影响的问题，还没有明确的定论。
一、1000KV变电站周边电磁辐射环境影响检测仪器是意大利进口的综合场强一，探头是意大利PMM公司的，监测方法主要根据《工频电场测量》的规定来实施。
对深圳市某1000kv的电站周边电流辐射的环境影响进行监测，监测结果表明，住户反映心理压力普遍比较大，有长期失眠、头疼、容易疲劳的现象。
还有一些住户反映具有神经衰弱以及小孩半夜不睡啼哭的情况。
许多住户都受到了电器的干扰，甚至一些住户出现了电脑损坏以及电视不能收看的现象。
办公楼的相关工作人员也反映了自身存在不舒服和容易疲劳的感受，电脑受到干扰不能够正常使用。
监测结果表明，电场并非居民受到影响的原因，而是磁场带来的影响，磁场的环境超过了国家规定的标准限值，因此工频磁场是1000KV变压器和配电房影响居民的主要因素。
上述检测的结果比我国环境保护行业的标准规范要低，辐射环境的评价标准的加速规范与我国的不同，将公众暴露在限值内的电场强度限值和磁感应强度限定值中。
空间谱估计无线电测向系统
空间谱估计无线电测向系统陈旭彬;任培明;戴慧玲【摘要】The direction finding technology based on spatial spectrum estimation is widely used due to its' ultra-high resolution,high sensitivity,high accuracy and plays a leading role in radio management.Based on the theoretical study of spatial spectrum estimation,the algorithm was put forward and the algorithm was simulated.Finally,the practicability and superiority of the spatial spectrum estimation system were demonstrated.%空间谱估计测向方法以其超分辨力、高灵敏度和高准确度的测向性能被广泛应用,并在无线电管理领域扮演主要角色.在对空间谱估计测向理论研究的基础上,给出了具体算法,并对算法进行了仿真,最后通过对比测试论证了空间谱估计测向系统的实用性和优越性.【期刊名称】《电信科学》【年(卷),期】2017(033)007【总页数】6页(P183-188)【关键词】空间谱估计;MUSIC算法;无线电测向【作者】陈旭彬;任培明;戴慧玲【作者单位】国家无线电监测中心,北京100037;国家无线电监测中心,北京100037;国家无线电监测中心,北京100037【正文语种】中文【中图分类】TN911空间谱估计测向技术是一门在最近50年内发展起来的新兴测向处理技术，这种测向技术具有传统测向体制无可比拟的技术优势，正在展现出良好的应用前景，并已经成为国际无线电测向领域的研究热点。
空间谱估计测向系统设计
空间谱估计测向系统设计
1 引言
随着电子技术的发展，电子对抗在武器系统中扮演着重要角色，电子对抗体系向多样化发展，诸如利用电子干扰设备直接干扰对方电子系统正常工作的电子对抗方法;利用武器弹药系统攻击对方电子设备。
无论采用哪种方法赢得战场主动，其前提条件是要知道对方通讯设备、无线电通信以及其他发射无线电信号的电子设备的方位。
此外，为了实施对多源(如多发引信、多台通信机或干扰机)的干扰，需有效利用我方干扰机的功率资源，确定发射源的方位，可采用转动接收天线的角度确定发射源方位。
但这种方法存在测角精度和测量速度的矛盾，难以满足空间存在多个运动目标时，确定各目标方位的要求。
而空间谱估计测向技术可实现对空域中多个目标的同时超分辨测向，因此，这里给出空间谱估计测向系统设计方案。