無(wú)線電測(cè)向基礎(chǔ)原理

1、1無(wú)線電測(cè)向基礎(chǔ)1.1示向度為了確定某個(gè)目標(biāo)的方位， 必須確定連接該目標(biāo)至已知坐標(biāo)的點(diǎn)的直線同某個(gè)起始方向（起始線）之間的夾角。例如，在點(diǎn)X上有一個(gè)須要確定方位的目標(biāo)，而點(diǎn) A的地理坐標(biāo)已知，那么，點(diǎn) X和 點(diǎn)A的連線同地理正北方向之間的夾角aA稱為示向度（圖1-1 ）。這就是說(shuō)，示向度是以已知地理坐標(biāo)的觀測(cè)點(diǎn) A的地球子午線的指北方向沿順針?lè)较蛐D(zhuǎn)至點(diǎn)A與被測(cè)目標(biāo)連線所轉(zhuǎn)過(guò)的角度。其取值范圍：0V示向度v 360° 。無(wú)線電測(cè)向是用無(wú)線電技術(shù)手段確定來(lái)波.的示向度。請(qǐng)注意，無(wú)線電測(cè)向設(shè)備所測(cè)定的 是器或的示向度（到達(dá)角），由于電波傳播中可能出現(xiàn)的不正常現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致其等相位面畸變， 因

2、而來(lái)波的到達(dá)角未必是其輻射源所在的方位。圖1-1測(cè)向與定位1.2交會(huì)定位只在一個(gè)已知地理坐標(biāo)的點(diǎn)測(cè)向，只能得到一條方位線，而不能得到一個(gè)定位點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)定位，必須產(chǎn)生兩條或兩條以上相互獨(dú)立的方位線。例如，點(diǎn)X有一個(gè)須要確定位置的目標(biāo)，而點(diǎn) A與點(diǎn)B的地理坐標(biāo)已知，那么，由點(diǎn)A和點(diǎn)B測(cè)得示向度a A和aB與相應(yīng)的方位線 LOP A和LOP B，方位線LOP A與LOP B的交 ABABAB點(diǎn)，就認(rèn)為是目標(biāo)位置（圖1-1 ）。如果用n條方位線交會(huì)定位，那么，由于測(cè)向誤差的影響，在目標(biāo)真實(shí)位置 W周?chē)鷮⒌贸鲎疃嗫蛇_(dá)m個(gè)交會(huì)點(diǎn)。m由下式得出：(1-1)n（n 1）式中，n 用于交會(huì)定位的方位線的條數(shù)。

3、目標(biāo)真實(shí)位置w僅以一定的概率位于這些交點(diǎn)所構(gòu)成的多邊形內(nèi)。這個(gè)概率=1(1-2)式中，n 用于交會(huì)定位的方位線的條數(shù)。pn隨著用于交會(huì)定位的方位線的條數(shù)的增多而增大。表1-1是根據(jù)式（1-2）制得的。表1-1目標(biāo)位于方位線交點(diǎn)多邊形內(nèi)的概率與方位線條數(shù)的關(guān)系用于交會(huì)正位的方位線的條數(shù)n34567目標(biāo)真實(shí)位置w位于方位線交點(diǎn)所構(gòu)成的多邊形內(nèi)的概率pn0.250.500.690.810.891.3電磁波電磁場(chǎng)是相互聯(lián)系著的電場(chǎng)與磁場(chǎng)的總和。由發(fā)射大線輻射出來(lái)的無(wú)線電波的電磁場(chǎng)是行波場(chǎng)：電磁場(chǎng)的相位隨著電波傳播的路程成比例地變化，而幅度變化比較小。所有輻射體都建立感應(yīng)場(chǎng)與輻射場(chǎng)。離輻射體較近的距離內(nèi)

4、（小于一個(gè)波長(zhǎng)），主要存在著靜電感應(yīng)場(chǎng)與電磁感應(yīng)場(chǎng)。 靜電感應(yīng)場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)與離輻射體的距離的立方成反比；電磁感應(yīng)場(chǎng)與這個(gè)距離的平方成反比。在這一區(qū)域內(nèi)輻射場(chǎng)相當(dāng)小。隨著遠(yuǎn)離輻射體，感應(yīng)場(chǎng)很快衰減。離輻射體的距離大于23個(gè)波長(zhǎng)，實(shí)際上就只存在輻射場(chǎng)。在自由空間中，輻射場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)與離輻射體的距離成反比。在輻射場(chǎng)區(qū)，電場(chǎng)強(qiáng)度矢量 E與磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量 H互相垂直，它們又垂直于表征電磁場(chǎng) 能量傳播方向的坡印廷矢量 S （圖1-2 ）。在自由空間傳播時(shí)，等相位面形成輻射體位于球 心的同心球面。這種電波稱為球面波。H圖1-2電磁場(chǎng)各欠量的相互分布亦即可以認(rèn)為電在距發(fā)射天線甚遠(yuǎn)處， 靠近觀察點(diǎn)的那部分等相位面可以認(rèn)為

5、是平面, 波是平面波。電磁波在自由空間（即不受干擾）的傳播，其等相位面在地面上的投影開(kāi)始是以電磁輻 射源為中心的同心圓， 逐漸變?yōu)榇怪庇陔姶泡椛湓捶较虻闹本€。由此可見(jiàn)，電磁波帶有方向信息，即電磁輻射源的方向可由電磁波的等相位面的法線方向的反方向來(lái)確定。這就是無(wú)線電測(cè)向的物理基礎(chǔ)。無(wú)線電測(cè)向的實(shí)質(zhì)的就是確定入射電磁波（以下簡(jiǎn)稱為“來(lái)波”）的等相位面的法線方向。無(wú)線電測(cè)向設(shè)備就是用來(lái)確定來(lái)波的等相位面的法線方向的技術(shù)裝置。來(lái)波方向，即方位線（示向線），就由從測(cè)向天線中心對(duì)等相位面的垂線確定。在介質(zhì)（例如，大地與空氣）分界面附近或者是遇到某種障礙物或二次輻射體（山體、 樹(shù)木、天線等等）時(shí)，電磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)

6、將發(fā)生畸變。電磁波在自由空間的傳播是一種理想情況。只有在這種無(wú)干擾的電波傳播環(huán)境下，無(wú)線電測(cè)向設(shè)備所測(cè)得的來(lái)波方向（示向線）才同輻射源所在的真實(shí)方位一致。實(shí)際上，這個(gè)理想的等相位面會(huì)因傳播介質(zhì)的不均勻和不連續(xù)而畸變。理想的等相位面還會(huì)因多徑傳播而畸變。這些畸變?cè)斐呻姶挪ǖ牡认辔幻娴拇咕€偏離了電磁輻射源方向。這使得無(wú)線電測(cè)向設(shè)備所測(cè)得的來(lái)波方向并不是其輻射源所在方位。引起測(cè)向誤差（輻射源的真實(shí)方位同所測(cè)得的來(lái)波方向之間的角度差）的主要原因就在這里。電場(chǎng)強(qiáng)度矢量與磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量始終互相垂直，但可以具有各種不同的方向。為了表征電磁場(chǎng)的這兩矢量的方向， 引入了 “極化”這一概念。電波的電場(chǎng)強(qiáng)度矢量相對(duì)于

7、傳播面的指 向稱為電磁場(chǎng)的極化。所謂傳播面是包含傳播方向且與地面垂直的平面。因?yàn)槟軌蛴梢粋€(gè)場(chǎng)強(qiáng)確定另一個(gè)場(chǎng)強(qiáng)，所以表述一個(gè)場(chǎng)強(qiáng)就足夠了。為此選擇了電場(chǎng)強(qiáng)度的指向?？梢钥吹较铝蓄愋偷臉O化。a、正常極化，即垂直極化，此時(shí)電場(chǎng)強(qiáng)度矢量處于傳播面內(nèi)，如圖 1-3所示。圖 中ZY為垂直平面。b、非正常極化，此時(shí)電場(chǎng)強(qiáng)度矢量同傳播面構(gòu)成某一角度。水平極化是非正常極化 的特殊情況，此時(shí)電場(chǎng)強(qiáng)度矢量是水平的， 即垂直于傳播面的，而磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量在傳播面內(nèi)。正常極化與非正常極化都是線極化。 在線極化的情況下，電場(chǎng)強(qiáng)度矢量可以分解為兩個(gè)相位. 一致分量：位于傳播面內(nèi)的分量 （垂直極化分量）和垂直于傳播面的分量 （水

8、平極化分量）。c、 橢圓極化，此時(shí)電場(chǎng)強(qiáng)度矢量的位于傳播面內(nèi)的分量（垂直極化分量）與垂直于 傳播面的分量（水平極化分量）之間存在相移，電場(chǎng)強(qiáng)度矢量終端的軌跡在一個(gè)高頻周期內(nèi) 是一個(gè)橢圓。該矢量的旋轉(zhuǎn)方向取決于兩個(gè)分量之間的相位差。圓極化是橢圓極化的特殊情況，此時(shí)兩個(gè)分量彼比相等而相位差為90電波可能以向上或向下傾斜的方向傳播。當(dāng)電波是水平極化時(shí)，無(wú)論以什么方向傳播，電場(chǎng)強(qiáng)度矢量總是水平的； 可是，當(dāng)電波是垂直極化時(shí)，盡管電場(chǎng)強(qiáng)度矢量也處于垂直面（即傳播面）內(nèi)，但是電場(chǎng)強(qiáng)度矢量并不一定與地面垂直。圖1-3給出了這種電波傳播面的一部分。傳播方向是向下傾斜的，電場(chǎng)強(qiáng)度矢量也是傾斜的。這一垂直極化波的

9、電場(chǎng)強(qiáng)度矢量又 可分解為垂直分量和水平分量。這兩個(gè)分量都在傳播面內(nèi)，垂直分量與地面垂直， 水平分量與地面平行。這個(gè)垂直極化波的電場(chǎng)強(qiáng)度矢量的水平分量與水平極化波是不同的。水平極化波的電場(chǎng)強(qiáng)度矢量平行于地面而垂直于傳播面。圖1-3下行垂直極化波的電場(chǎng)電波電場(chǎng)強(qiáng)度矢量的方向是由發(fā)射天線的電流方向確定的。電視廣播和調(diào)頻廣播所用發(fā)射天線為水平極化大線， 其所輻射的電波是水平極化的。GSM和CDMA等移動(dòng)通訊系統(tǒng)的基站的發(fā)射天線是垂直極化的，它輻射的是垂直極化波。理論上，水平極化波是不能在垂直極化的接收天線上產(chǎn)生感應(yīng)電壓的，而垂直極化波也不能在水平極化的接收天線上產(chǎn)生感應(yīng)電壓。實(shí)際上，由于結(jié)構(gòu)、制造和安裝諸多原因， 垂直極化天線和水平極化大線都并非理想 的，極化方向與之正交的電波或多或少會(huì)在其上產(chǎn)生感應(yīng)電壓。此外，電波在傳播路徑上產(chǎn)生的極化偏移，也會(huì)使垂直極化的接收天線上有來(lái)自水平極化的發(fā)射天線的信號(hào)或水平極化 的接收天線上有來(lái)自垂直極化的發(fā)射天線的信號(hào)。無(wú)線電測(cè)向設(shè)備通常只利用天線對(duì)電場(chǎng)的兩個(gè)分量之一（垂直極化分量或水平極化分量）的響應(yīng)來(lái)測(cè)向。不能用對(duì)垂直極化波測(cè)向的設(shè)備來(lái)對(duì)水平極化波測(cè)向， 也不能用對(duì)水平極化波測(cè)向的設(shè)備來(lái)對(duì)垂直極化波測(cè)向。無(wú)線電測(cè)向設(shè)備的實(shí)際使用環(huán)境一般同時(shí)存在電場(chǎng)的垂直極化分量和水平極化分量，因而可能