通信對(duì)抗原理培訓(xùn)課件

通信對(duì)抗原理第3章通信信號(hào)的測向與定位3.1測向與定位的目的、分類和方法3.2測向天線3.3振幅法測向3.4相位法測向3.5相關(guān)干涉儀測向3.6多普勒測向3.7到達(dá)時(shí)差測向3.8空間譜估計(jì)測向3.9通信輻射源定位2通信對(duì)抗原理第3章通信信號(hào)的測向與定位作業(yè)：習(xí)題3－1習(xí)題3－3習(xí)題3－4習(xí)題3－63通信對(duì)抗原理3.1測向定位的目的、分類和方法1)通信輻射源測向系統(tǒng)——組成

通信測向設(shè)備包括測向天線、接收機(jī)、處理器、控制器和顯示器等設(shè)備。測向天線測向接收機(jī)測向處理、控制及顯示單元4通信對(duì)抗原理3.1測向定位的目的、分類和方法1)通信輻射源測向系統(tǒng)——組成測向天線：單個(gè)天線；一般為多個(gè)天線陣元，排列成不同結(jié)構(gòu)；測向接收機(jī)：對(duì)信號(hào)選擇放大，為測向處理提供幅度特性和相位特性合適的中頻信號(hào)?？梢圆捎脝涡诺?、多信道接收機(jī)；測向處理、控制及顯示單元：對(duì)信號(hào)進(jìn)行模-數(shù)變換（A/D）、處理和運(yùn)算，從信號(hào)中提取方位信息，并對(duì)測向結(jié)果進(jìn)行存儲(chǔ)、顯示或打印輸出。它的另一功能是控制測向設(shè)備各部分（測向天線、接收機(jī)、測向處理顯示器、輸出接口等）協(xié)調(diào)工作。5通信對(duì)抗原理3.1測向定位的目的、分類和方法2)測向系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)工作頻率范圍：它是指通信測向和定位系統(tǒng)的工作頻率范圍；測向范圍：它是指通信測向和定位系統(tǒng)的可測向的空域范圍；瞬時(shí)處理帶寬：測向或定位處理器的瞬時(shí)處理帶寬決定了測向或定位設(shè)備的瞬時(shí)射頻帶寬；測向和定位誤差：包括測向和定位準(zhǔn)確度、測向和定位精度等指標(biāo)；

測向反應(yīng)時(shí)間：兩種不同的表述方式，（1）測向和定位速度（2）容許的信號(hào)最短持續(xù)時(shí)間測向靈敏度測向和定位靈敏度：是在保證容許的測向示向度偏差（測向誤差）或定位誤差條件下所需被測信號(hào)的最小場強(qiáng)，通常以μV/m為單位。測向方式：守候式測向、掃描式測向、搜索引導(dǎo)式測向、規(guī)定時(shí)限的測向、連續(xù)測向；（測向法）交叉定位、時(shí)差定位等。

6通信對(duì)抗原理3.2測向天線天線是通信對(duì)抗系統(tǒng)的傳感器，其作用是將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為電磁信號(hào)（干擾），或者將電磁信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)（偵察和測向）。通信對(duì)抗系統(tǒng)的天線是寬頻段天線。測向系統(tǒng)一般采用由多個(gè)單元天線（或稱“陣元”）組合形成的天線陣列，以便確定來波的方向。在某些情況下，也可以采用一個(gè)單元天線，完成測向任務(wù)。7通信對(duì)抗原理3.2測向天線線天線偶極子天線單極子天線環(huán)形天線交叉環(huán)形天線對(duì)數(shù)周期天線螺旋天線口徑天線喇叭天線拋物面天線有源天線陣列天線8通信對(duì)抗原理3.3振幅法測向1）最大幅度法利用窄波束偵察天線，以一定的速度在測角范圍內(nèi)連續(xù)搜索，當(dāng)收到的通信信號(hào)最強(qiáng)時(shí)，偵察天線波束指向就是通信輻射源信號(hào)的到達(dá)方向角。9通信對(duì)抗原理3.3振幅法測向1）最大幅度法——測角誤差和角分辨率最大幅度法的測角誤差與波束寬度的平方成正比，與檢測信噪比成反比。最大幅度法的角度分辨率主要取決于測向天線的波束寬度，而波束寬度與天線口徑d有關(guān)。根據(jù)瑞利光學(xué)分辨率準(zhǔn)則，當(dāng)信噪比大于10dB時(shí)，角度分辨率為：

(2.4-6)優(yōu)點(diǎn)：(1)測向系統(tǒng)靈敏度高；(2)成本低，它只需要單個(gè)通道；(3)具有一定的多信號(hào)測向能力；(4)測向天線可以與檢測共用。缺點(diǎn)：(1)空域截獲概率反比于天線的方向性；(2)難以對(duì)駐留時(shí)間短的信號(hào)測向；(3)測向誤差較大。10通信對(duì)抗原理3.3振幅法測向2）最小振幅法最小幅度法測向的基本原理是，利用窄波束偵察天線，以一定的速度在測角范圍內(nèi)連續(xù)搜索，當(dāng)收到的通信信號(hào)最小時(shí)，偵察天線波束指向就是通信輻射源信號(hào)的到達(dá)方向角。最小幅度法實(shí)際上是將偵察天線的波束零點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)來波方向。當(dāng)波束零點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)來波方向時(shí)，天線感應(yīng)信號(hào)為零，測向接收機(jī)輸出信號(hào)為零，此時(shí)天線零點(diǎn)方向就判斷為來波方向。最小幅度法的測向精度和角度分辨率比最大幅度法高，測向方法簡單，可以使用簡單的偶極子天線測向。這種方法主要用于長波和短波波段。

11通信對(duì)抗原理3.3振幅法測向3）單脈沖比幅法——原理框圖單脈沖相鄰比幅法使用N個(gè)相同方向圖函數(shù)的天線，均勻分布到360度方向。比較相鄰兩個(gè)天線輸出信號(hào)的幅度，獲得信號(hào)的到達(dá)方向。

12通信對(duì)抗原理3.3振幅法測向3）單脈沖比幅法——原理當(dāng)采用高斯方向圖函數(shù)時(shí)，輸出對(duì)數(shù)電壓比為

或者

可見，波束越窄、天線越多，誤差越小。與最大/最小振幅測向法相比，相鄰比幅測向法的優(yōu)點(diǎn)是測向精度高，具有瞬時(shí)測向能力，但是其設(shè)備復(fù)雜，并且要求多通道的幅度響應(yīng)具有一致性。13通信對(duì)抗原理3.3振幅法測向4）沃森—瓦特(Watson-watt)測向它利用正交的測向天線信號(hào)，分別經(jīng)過兩個(gè)幅度和相位響應(yīng)完全一致的接收通道進(jìn)行變頻放大，然后求解或者顯示（利用陰極射線管顯示）反正切值，解出或者顯示來波方向。沃森—瓦特測向法具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，可以采用多信道（三信道），也可以采用單信道。14通信對(duì)抗原理3.3振幅法測向4）沃森—瓦特測向工作原理以四天線陣（愛德柯克，Adcok）為例，說明沃森-瓦特測向的基本原理。如圖所示，當(dāng)一均勻平面波以方位角，仰角照射到正交的天線陣。天線陣中心點(diǎn)接收電壓為以真北方向?yàn)榛鶞?zhǔn)，在圓陣均勻分布的四個(gè)天線單元獲得的電壓為：15通信對(duì)抗原理3.3振幅法測向4）沃森—瓦特測向原理天線陣的輸出是兩組天線的差信號(hào)，近似為：

天線陣之輸出的差信號(hào)的幅度分別是方位角的余弦函數(shù)和正弦函數(shù)，是仰角的余弦函數(shù)。天線陣輸出的和信號(hào)為在一定條件下，和差信號(hào)的積為16通信對(duì)抗原理3.3振幅法測向4）沃森—瓦特測向原理經(jīng)過低通濾波后，輸出信號(hào)為：可以求到和分別為17通信對(duì)抗原理3.3振幅法測向4）沃森—瓦特測向原理傳統(tǒng)的沃森-瓦特測向采用CRT顯示到達(dá)角。將兩個(gè)差通道輸出電壓分別送到偏轉(zhuǎn)靈敏度一致的陰極射線管的垂直和水平偏轉(zhuǎn)板上，在理想情況下，在管光屏上將出現(xiàn)一條直線，它與垂直方向的夾角為就是方位角。一般情況下，電波存在干涉，顯示的圖形就不再是一條直線而是一個(gè)橢圓，它的長軸是指示來波方向?，F(xiàn)代的沃森-瓦特測向采用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，通過數(shù)字濾波器提取信號(hào)，計(jì)算來波方向。多信道沃森-瓦特測向的特點(diǎn)是測向時(shí)效高、速度快、測向準(zhǔn)確、可測跳頻信號(hào)，并且CRT顯示可以分辯同信道干擾。但是其系統(tǒng)復(fù)雜，并且要求接收機(jī)通道幅度和相位一致，實(shí)現(xiàn)的技術(shù)難度較高。單信道沃森-瓦特測向系統(tǒng)簡單、體積小、重量輕、極大性能好，但是測向速度受到一定的限制。18通信對(duì)抗原理3.4相位法測向1）單基線干涉儀測向——原理框圖在原理上相位干涉儀可以實(shí)現(xiàn)快速測向

19通信對(duì)抗原理3.4相位法測向1）單基線干涉儀測向——原理單基線相位干涉儀有兩個(gè)完全相同的接收通道。設(shè)有一個(gè)平面電磁波從天線視軸夾角方向到達(dá)測向天線1和2，則天線陣輸出信號(hào)相位差

(2.4-25)如果兩個(gè)接收通道的幅度和相位響應(yīng)完全一致，正交相位檢波輸出

(2.4-26)K為系統(tǒng)增益。進(jìn)行角度變換，得到測向輸出

(2.4-27)單基線干涉儀的無模糊測角范圍[－

max,

max]為20通信對(duì)抗原理3.4相位法測向2）一維多基線相位干涉儀測向——原理在多基線相位干涉儀中，利用長基線保證精度，短基線保證測角范圍。3基線相位干涉儀原理如下圖所示：21通信對(duì)抗原理3.4相位法測向2）一維多基線相位干涉儀測向——原理其中0天線為基準(zhǔn)天線，它與其它天線的基線長度分別為l1、l2、l3，且滿足

(2.4-30)四個(gè)天線接收的信號(hào)經(jīng)過混頻、限幅放大，送給三路鑒相器，其中0通道為鑒相的基準(zhǔn)。經(jīng)過鑒相得到6個(gè)輸出信號(hào)：其中

(2.4-31)這6路信號(hào)經(jīng)過加減電路，極性量化器，編碼器產(chǎn)生8bit方向碼輸出。設(shè)一維多基線干涉儀的基線數(shù)為k,相鄰基線長度比為n，最長基線編碼器的量化位數(shù)為m，則其理論測向精度為

(2.4-32)22通信對(duì)抗原理3.4相位法測向3）相位干涉儀——二維圓陣一維相位干涉儀的原理可以很容易的推廣到二維和多維相位干涉儀二維相位干涉儀的天線的排列方式比較靈活，如L形、T形、均勻圓陣、三角形、多邊形等。下面介紹圓陣23通信對(duì)抗原理3.4相位法測向3）相位干涉儀——二維圓陣各天線陣元的接收信號(hào)可以表示為：

(3.4-9)其中為天線位置矢量，，為波達(dá)方向的導(dǎo)向矢量：

(3.4-10)設(shè)天線陣元i接收的信號(hào)相對(duì)于到達(dá)坐標(biāo)原點(diǎn)處信號(hào)的時(shí)延相位，則天線陣元1、2和天線1、3之間接收信號(hào)的真實(shí)相位差和分別為：

(3.4-11)24通信對(duì)抗原理3.4相位法測向3）相位干涉儀——二維圓陣設(shè)是在陣列平面上的投影，即，根據(jù)式(3.4-10)有：

(3.4-13)令，可得到的估計(jì)為：

(3.4-14)綜合上面兩式，可以得到：

(3.4-15)并且真實(shí)到達(dá)角估計(jì)為：25通信對(duì)抗原理3.4相位法測向3）相位干涉儀——二維圓陣綜合上面兩式，可以得到：

(3.4-15)并且真實(shí)到達(dá)角估計(jì)為：26通信對(duì)抗原理3.4相位法測向3）相位干涉儀——二維圓陣主要結(jié)論（1）方位角和仰角的估計(jì)誤差與基線組和相位、差相位的測量誤差和成正比，與天線間距與信號(hào)波長的比成反比。（2）測量準(zhǔn)確度與入射波的方位角和仰角有關(guān)。當(dāng)相位差測量誤差固定時(shí)，估計(jì)誤差隨入射方位角的改變以正弦關(guān)系變化；即入射波仰角越低，對(duì)方位角的估計(jì)精確度越高，對(duì)仰角的估計(jì)越差。27通信對(duì)抗原理3.4相位法測向4）相位干涉儀測向——特點(diǎn)相位干涉儀測向的特點(diǎn)是，具有較高的測向精度，但測向范圍不能覆蓋全方位，其測向靈敏度高，速度快。干涉儀可以方便的與現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)結(jié)合，是一種得到廣泛應(yīng)用的測向技術(shù)。其缺點(diǎn)是沒有同時(shí)信號(hào)分辨能力，因此通常必須先對(duì)信號(hào)進(jìn)行頻率測量，才能進(jìn)行方向測量。另外其技術(shù)復(fù)雜、成本高。28通信對(duì)抗原理3.5相關(guān)干涉儀測向雙通道相關(guān)干涉儀組成雙通道相關(guān)干涉儀采用多陣元天線、雙通道接收機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的監(jiān)測和測向，可以分時(shí)實(shí)現(xiàn)全方位的測向，得到較高測向精度。天線陣接收的無線電電波信號(hào)，經(jīng)天線開關(guān)切換后進(jìn)入兩個(gè)射頻通道，變頻為中頻信號(hào)，再由兩路ADC進(jìn)行采樣，采樣數(shù)據(jù)做FFT處理。經(jīng)過多次天線切換后，可以計(jì)算出不同天線接收的信號(hào)的相位和相位差，最后進(jìn)行相關(guān)干涉測向處理得到信號(hào)的方位角。29通信對(duì)抗原理3.5相關(guān)干涉儀測向雙通道相關(guān)干涉儀——測向原理相關(guān)干涉儀實(shí)際上上將測量得到的信號(hào)電壓樣本與預(yù)先存儲(chǔ)的模板數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，按照相關(guān)性判斷來波方向。其測向過程如下所述：設(shè)置一個(gè)天線陣列，天線陣列一般為圓形，陣元一般為3～9個(gè)；對(duì)給定方向、給定頻率的已知（校正信號(hào)）到達(dá)波，測出陣列中各陣元間的復(fù)數(shù)電壓，即為對(duì)應(yīng)方向、頻率的信號(hào)的復(fù)數(shù)電壓數(shù)組或模板；在所設(shè)計(jì)的天線陣列工作頻率范圍內(nèi)，按一定規(guī)律選擇方位、頻率，依次建立樣本群，作為標(biāo)準(zhǔn)模板存起來，形成相關(guān)計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫；對(duì)未知信號(hào)測向時(shí)，先按照采集樣本的規(guī)則采集未知信號(hào)，得到其復(fù)數(shù)數(shù)組，并將該數(shù)組與數(shù)據(jù)庫中的模板群進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算和處理，求出被測信號(hào)的方向。30通信對(duì)抗原理3.5相關(guān)干涉儀測向雙通道相關(guān)干涉儀——相關(guān)過程模板群是預(yù)先標(biāo)定和存儲(chǔ)好的，實(shí)際工作時(shí)只需要測量和提取未知信號(hào)的復(fù)數(shù)數(shù)組。設(shè)某給定頻率和方向的未知信號(hào)的復(fù)數(shù)數(shù)組為：

(2.4-33)數(shù)據(jù)庫中對(duì)已知信號(hào)測量得到的復(fù)數(shù)數(shù)組為：

(2.4-34)則其相關(guān)系數(shù)為：

(2.4-35)其相關(guān)系數(shù)最大值相對(duì)應(yīng)的原始相位樣本值所代表的方位值,就是空間實(shí)際入射信號(hào)的方位角。31通信對(duì)抗原理3.5相關(guān)干涉儀測向雙通道相關(guān)干涉儀——推廣在數(shù)字化測向系統(tǒng)中，信號(hào)的復(fù)數(shù)的電壓的計(jì)算通常利用FFT實(shí)現(xiàn)。這樣數(shù)字化測向處理系統(tǒng)的主要任務(wù)是兩個(gè)，一個(gè)是提取復(fù)數(shù)電壓，它可以利用FFT實(shí)現(xiàn)；另一個(gè)是進(jìn)行相關(guān)處理。雙通道相關(guān)干涉儀測向系統(tǒng)中，通過天線開關(guān)依次接通多單元圓陣列中的一個(gè)天線對(duì),每個(gè)天線對(duì)可以得到一個(gè)復(fù)數(shù)電壓，多個(gè)天線對(duì)得到一組復(fù)數(shù)電壓。雙通道與多通道的主要差別是，雙通道測向系統(tǒng)分時(shí)獲取復(fù)數(shù)電壓矢量，而多通道測向系統(tǒng)同時(shí)得到復(fù)數(shù)電壓矢量。當(dāng)被測信號(hào)在測量時(shí)間內(nèi)的頻率、位置和信號(hào)參數(shù)不變時(shí)，兩者的結(jié)果是等價(jià)的，但是雙通道測向系統(tǒng)的需要的測向時(shí)間會(huì)比多通道長?；趶?fù)數(shù)電壓測量的相關(guān)干涉儀測向體制以其具有測向準(zhǔn)確度高、測向靈敏度高、測向速度快、抗干擾能力強(qiáng)、穩(wěn)定性好、設(shè)備復(fù)雜度較低等優(yōu)點(diǎn)，成為目前無線電監(jiān)測中主流的測向體制。32通信對(duì)抗原理3.6多普勒測向多普勒測向——概述多普勒效應(yīng)就是當(dāng)目標(biāo)（輻射源）與觀測者之間作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀測者接收到的信號(hào)頻率不同于目標(biāo)輻射的信號(hào)頻率現(xiàn)象。在多普勒測向系統(tǒng)中，多普勒效應(yīng)的產(chǎn)生并不需整個(gè)測向系統(tǒng)做相對(duì)于目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)，只要測向天線相對(duì)于目標(biāo)作相對(duì)運(yùn)動(dòng)就行了。當(dāng)測向天線向著目標(biāo)移動(dòng)時(shí)，多普勒效應(yīng)就使接收到的信號(hào)頻率升高；反之，天線背離目標(biāo)移動(dòng)時(shí)，則接收到的信號(hào)頻率降低；當(dāng)測向天線沿著圓周運(yùn)動(dòng)（如天線旋轉(zhuǎn)）時(shí)，接收到的來波信號(hào)頻率及其相位都按正弦調(diào)制方式變化。實(shí)際應(yīng)用中常常采用模擬旋轉(zhuǎn)的方法，即在圓周上均勻地安放固定天線陣元，借助于電子開關(guān)，以較快的角頻率ω依次輪流地接通各陣元，以模擬天線的旋轉(zhuǎn)。這種利用模擬天線旋轉(zhuǎn)獲得接收信號(hào)的相位調(diào)制或頻率調(diào)制進(jìn)行測向的技術(shù)，被稱為準(zhǔn)多普勒測向技術(shù)。33通信對(duì)抗原理3.6多普勒測向1）多普勒測向的基本原理當(dāng)測向天線沿著一個(gè)半徑為R的圓形軌道，以角頻率

r旋轉(zhuǎn)時(shí)，以方位角

和俯仰角

入射的信號(hào)所產(chǎn)生的瞬時(shí)電壓為

(2.4-37)對(duì)窄帶信號(hào)，設(shè)A(t)=A,(t)=0。對(duì)瞬時(shí)電壓信號(hào)進(jìn)行鑒相，得到

(2.4-38)對(duì)瞬時(shí)相位求導(dǎo)，經(jīng)過低通濾波器，可以得到瞬時(shí)頻率

(2.4-40)將它與相同頻率的參考信號(hào)進(jìn)行相位比較，就可以得到方位角

的值。34通信對(duì)抗原理3.6多普勒測向1）多普勒測向的基本原理多普勒天線在旋轉(zhuǎn)一周對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)頻率變化范圍為因此，旋轉(zhuǎn)天線的切向速度與多普勒頻率等參數(shù)的關(guān)系為

(2.4-41)如果多普勒頻率為＝100Hz，信號(hào)頻率為＝30MHz，則按照上式計(jì)算要求天線的切向速度為10,000m/s，這樣的速度是機(jī)械裝置無法實(shí)現(xiàn)的。因此，通常使用高速射頻開關(guān)，順序掃描排列成圓陣的全向天線來代替機(jī)械裝置，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)多普勒測向。35通信對(duì)抗原理3.6多普勒測向2)數(shù)字化多普勒測向技術(shù)利用現(xiàn)代數(shù)字處理技術(shù)的新型多普勒測向技術(shù)，不論是雙信道，還是三信道，都可以很好地解決上述那些模擬雙(多)信道多普勒測向技術(shù)存在的缺陷。這里以三信道補(bǔ)償型多普勒測向設(shè)備為例說明其工作原理，其原理如下圖所示：

36通信對(duì)抗原理3.6多普勒測向2)數(shù)字化多普勒測向技術(shù)全向天線（參考天線）上感應(yīng)的信號(hào)（參考信號(hào)）饋入?yún)⒖夹诺?。多普勒天線陣列中第n和n+(N/2)個(gè)陣元上感應(yīng)的信號(hào)，通過掃描單元分別饋入兩個(gè)測向信道。三路信號(hào)均經(jīng)過接收信道的放大、混頻、增益控制，變換成適當(dāng)電平的中頻信號(hào)輸出。對(duì)三路中頻輸出信號(hào)進(jìn)行模-數(shù)變換，把信號(hào)樣本分別送至兩個(gè)測向信道的信號(hào)處理器，實(shí)現(xiàn)數(shù)字混頻，消除信息調(diào)制引起的頻率偏移；再對(duì)數(shù)字混頻輸出序列進(jìn)行DFT，提取測向陣元上的多普勒相移。并且相減以消除A/D引入的量化相移，從而得到測向陣元上的多普勒相移。順時(shí)針旋轉(zhuǎn)至下兩個(gè)天線陣元，重復(fù)直至旋轉(zhuǎn)一周為止。根據(jù)工作頻率，對(duì)陣元上的多普勒相移進(jìn)行一階或二階差分處理，消除相位模糊。然后，對(duì)N（多普勒測向天線陣列中的陣元數(shù)）個(gè)離散的多普勒相移進(jìn)行數(shù)字傅里葉變換，提取方位角。37通信對(duì)抗原理3.6多普勒測向多普勒測向的特點(diǎn)多普勒測向與某些較老的測向方法相比，主要優(yōu)點(diǎn)如下。多普勒頻移的變化規(guī)律嚴(yán)格與來波入射角相關(guān)，故其測向誤差較小。多普勒測向天線陣列可以做得很大，不會(huì)產(chǎn)生間距誤差，且天線陣列的電波干涉誤差以及由周圍反射體引起的環(huán)境誤差較小。多普勒測向的極化誤差很小。如當(dāng)來波含有垂直極化和水平極化分量時(shí)，饋線接收水平極化分量所產(chǎn)生的多普勒頻移，其方向性與垂直極化相同，不會(huì)引起極化誤差。多普勒測向采用超外差接收機(jī)，其靈敏度較高。多普勒測向可以測出來波的仰角。由于只要測出多普勒頻移的絕對(duì)值便可求得來波仰角，因此短波波段的多普勒測向設(shè)備可以利用這一性能來實(shí)現(xiàn)單站定位。38通信對(duì)抗原理3.7到達(dá)時(shí)差測向1）到達(dá)時(shí)間差測向的基本原理到達(dá)時(shí)間差(TDOA)測向（簡稱“時(shí)差測向”）技術(shù)，利用同一電波到達(dá)測向天線陣各陣元之間的時(shí)間差來測量來波方向。時(shí)差測向系統(tǒng)采用多個(gè)分離的天線陣元，在接收同一個(gè)輻射源的來波信號(hào)時(shí)，由于存在電波傳播行程差引起的接收時(shí)間的差異，其到達(dá)時(shí)間差是來波方向角的函數(shù)，經(jīng)過計(jì)算可以求出來波方向。39通信對(duì)抗原理3.7到達(dá)時(shí)差測向1）時(shí)差測向的基本原理從兩副基線間距為d的天線上測得的一個(gè)信號(hào)到達(dá)時(shí)間的差值中，可獲得到達(dá)方向的信息。時(shí)差測向的原理如圖所示：

40通信對(duì)抗原理3.7到達(dá)時(shí)差測向1）時(shí)差測向的基本原理設(shè)入射信號(hào)以方位角

和俯仰角

到達(dá)天線陣列，天線陣元1與陣元2、陣元3的間距為d，以天線陣元1作為參考，它和陣元2、3的時(shí)間差為：

(2.4-42)式中c為光速。若陣元間距d的單位為m，時(shí)間的單位為ns，則有:

(2.4-43)當(dāng)測向系統(tǒng)對(duì)天線口徑的要求d/λ≤0.5時(shí)，時(shí)間差與工作頻率無關(guān)。由上式可得水平和俯仰到達(dá)角分別為：

(2.4-44)41通信對(duì)抗原理3.7到達(dá)時(shí)差測向2）相關(guān)法時(shí)間差測量設(shè)天線1接收信號(hào)的是x(t)，天線2接收的同一個(gè)信號(hào)為x(t-)，其中τ是由于波程差引起的延時(shí)。兩者的相關(guān)函數(shù)為

(2.4-44)相關(guān)函數(shù)的峰值所對(duì)應(yīng)的時(shí)間τ將是這兩個(gè)信號(hào)之間的時(shí)間差。如果忽略噪聲的影響，理論上求得的時(shí)差將不存在誤差。但由于噪聲的影響，會(huì)引起時(shí)差測量誤差，利用相關(guān)法計(jì)算信號(hào)的時(shí)間差的精度極限為

（2.4-45）其中，E為信號(hào)的能量；N0為單位帶寬內(nèi)的噪聲功率；B為信號(hào)的均方根等效帶寬。這就表明，信號(hào)的帶寬越寬，信號(hào)的時(shí)間長度越長，信噪比越高，可能獲得的時(shí)間差的精度將越高。43通信對(duì)抗原理3.9通信輻射源定位技術(shù)通信測向和通信定位一般又稱作“無線電測向和無線電定位”。測向是指利用無線電測向設(shè)備測定從測量點(diǎn)觀察目標(biāo)（輻射源）所處位置的水平方向的過程。它與一般的通信偵察所不同的是：在測向的時(shí)候我們感興趣的只是目標(biāo)信號(hào)的來波（入射波）方向，而不是信號(hào)的本身。通過多個(gè)不同位置的測向設(shè)備測量信號(hào)來波方向，可確定目標(biāo)位置，該過程叫做定位。當(dāng)然，也可以利用其他方法進(jìn)行定位，如時(shí)差定位、頻差定位等。

44通信對(duì)抗原理3.9.1測向定位技術(shù)1)單站定位單站定位也稱做垂直三角定位。主要是在短波波段，通過測量電離層反射波的方位和仰角，再根據(jù)電離層高度計(jì)算目標(biāo)位置的定位技術(shù)。如圖2.4-14所示，已知測向站D的坐標(biāo)為（XD，YD），電離層高度為H，測得的方位角為θ、仰角為β之后，按照三角函數(shù)的關(guān)系就可以很方便地計(jì)算出目標(biāo)T的地理位置坐標(biāo)（XT，YT）。ZXβθHY測向站D目標(biāo)臺(tái)T電離層45通信對(duì)抗原理3.9.1測向定位技術(shù)2)多站交叉定位－雙站雙站定位也稱為雙站交叉定位，是通信對(duì)抗領(lǐng)域中確定目標(biāo)位置最常用也是最基本的方法。因?yàn)閮蓚€(gè)測向站的地理位置是已知的，兩測向站測得的目標(biāo)的方位角θ1和θ2也是已知的，兩條方位線的交點(diǎn)就是目標(biāo)輻射源的地理位置，其坐標(biāo)（XT，YT）可通過計(jì)算求得。

2NNABCD測向站1測向站2

1

246通信對(duì)抗原理3.9.1測向定位技術(shù)2)多站交叉定位－雙站如果測向站的地理位置是準(zhǔn)確無誤的，兩測向站的示向也是沒有誤差的，那么定位就是準(zhǔn)確的一個(gè)點(diǎn)。但事實(shí)上測向誤差是不可避免的，所以示向線不會(huì)是一條線，而是一個(gè)區(qū)域。交會(huì)點(diǎn)變成了四邊形ABCD（見圖2.4-15所示），這個(gè)四邊形所包圍的區(qū)域就叫定位模糊區(qū)。模糊區(qū)越大，定位誤差就越大。據(jù)分析和實(shí)際測量得到的結(jié)論是：定位誤差的大小與測向誤差、定位距離和測向站的部署有關(guān)。當(dāng)測向站的測向誤差越小，兩測向站與目標(biāo)距離的平方和越小，定位誤差就越??；而若兩測向站與目標(biāo)的夾角為90度時(shí)，定位誤差最小。47通信對(duì)抗原理3.9.1測向定位技術(shù)2)多站交叉定位－多站由位于不同位置的三個(gè)或三個(gè)以上的測向站對(duì)目標(biāo)輻射源進(jìn)行測向，然后交會(huì)定位的方法稱為多站定位。以三站定位為例，如果三個(gè)測向站的測向結(jié)果都沒有誤差，那么三條示向線肯定會(huì)交于一點(diǎn)，這個(gè)點(diǎn)就是目標(biāo)的真實(shí)位置。但是，測向誤差總是不可避免，所以三條示向線不能保證只相交于一點(diǎn)，而是如圖所示。測向站1測向站3測向站248通信對(duì)抗原理3.9.1測向定位技術(shù)3)多站交叉定位－多站假設(shè)方位誤差呈高斯分布，那么三個(gè)測向點(diǎn)方位的隨機(jī)分布產(chǎn)生一個(gè)橢圓型的不定區(qū)域。隨機(jī)方位誤差被定義為標(biāo)準(zhǔn)偏差或均方根誤差。區(qū)域的大小、位置和橢圓概率由若干個(gè)因子確定，如測向方位、方位范圍和標(biāo)準(zhǔn)偏差等。為簡便起見，通常按目標(biāo)位于這個(gè)橢圓內(nèi)的特定概率等級(jí)，通過換算，用等效誤差圓半徑來描述橢圓位置估算值，這個(gè)描述被稱為圓概率誤差（CEP）。多站定位的準(zhǔn)確程度比雙站定位有明顯提高。49通信對(duì)抗原理3.9.2時(shí)差定位技術(shù)時(shí)差（TDOA）定位是測量同一目標(biāo)輻射的信號(hào)到達(dá)三個(gè)或多個(gè)已知位置的定