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摘要：在無線電高速發(fā)展的今天，對(duì)于無線電的方向測量和定位變得十分重要，深入研究無線電測向技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容變得很有意義。不同的測向方式依據(jù)的原理不同，常見類型如幅度比較法、相位比較法和空間譜估計(jì)等，不同的測向體制其性能、硬件要求、制作成本、原理算法也不盡相同。文章比較了各類測向技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，從其中選擇了優(yōu)勢(shì)明顯方法即空間譜估計(jì)加以詳細(xì)的介紹和研究，對(duì)這種測向技術(shù)實(shí)現(xiàn)了仿真，并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：無線電測向；空間譜估計(jì)

1無線電測向體制的比較

1.1測向的主要性能指標(biāo)

（1）測向準(zhǔn)確度準(zhǔn)確度就是測量無線電來波方向的準(zhǔn)確程度，準(zhǔn)確度越高，測向的誤差越小。

（2）測向靈敏度靈敏度指的是測向機(jī)滿足測向誤差在一定的范圍內(nèi)時(shí)，能夠正確處理信號(hào)所需要的最小信號(hào)強(qiáng)度。

（3）抗干擾性抗干擾指面對(duì)復(fù)雜的電磁環(huán)境，測向機(jī)在無數(shù)的干擾信號(hào)之中正確接收目標(biāo)信號(hào)并正確處理的能力。

（4）仰角測定仰角即與慣性坐標(biāo)系z(mì)軸的夾角，能否測定俯仰角決定是否具備單站定位的能力。

（5）時(shí)效性時(shí)效性是指從發(fā)現(xiàn)目標(biāo)電磁波到測定出目標(biāo)電磁波方向所用的時(shí)間。

（6）天線陣孔徑天線陣孔徑指的是天線陣尺寸的大小，一般來說天線尺寸和天線的工作波長有關(guān)。在某些場合對(duì)天線陣的尺寸有特定的要求。

1.2測向體制

依據(jù)不同的測向原理，可以把現(xiàn)有的測向體制歸納為如下的幾種。

（1）幅度比較式測向體制幅度比較式測向體制的原理是利用天線的方向特性，從不同方向入射到天線陣的無線電波，天線陣接收到信號(hào)的幅度不同，通過比幅從而確定來波方向。幅度比較法原理簡單，應(yīng)用廣泛。其優(yōu)點(diǎn)在于系統(tǒng)較為簡單，成本較低，且比較容易適應(yīng)于在寬頻帶工作。缺點(diǎn)是測向的準(zhǔn)確度和靈敏度均不高。

（2）多普勒測向法多普勒測向法的原理是天線與傳播中的目標(biāo)電波做相互運(yùn)動(dòng)，電波遇到天線時(shí)產(chǎn)生多普勒效應(yīng)，信號(hào)載頻頻移，通過測定頻移確定來波方向。在實(shí)際的生產(chǎn)生活中，轉(zhuǎn)動(dòng)天線的工藝更復(fù)雜更難以實(shí)現(xiàn)，故使用圓陣天線，并給天線陣中的每一個(gè)天線增加電子開關(guān)，順序打開關(guān)閉這些開關(guān)，以達(dá)到等效于旋轉(zhuǎn)的效果。多普勒測向法的優(yōu)點(diǎn)是測向靈敏度較高，準(zhǔn)確度也能滿足一般的需求，并且能同時(shí)測定俯仰角。缺點(diǎn)是抗干擾能力較弱且天線尺寸較大。

（3）相關(guān)干涉儀測向體制相關(guān)干涉儀的測向原理是無線電波從不同方向到達(dá)天線陣后，天線陣的每個(gè)陣元接收到的相位不同，使得陣元互相之間的相位差不同，通過測定無線電波在陣元上產(chǎn)生的相位差來測量其來波方向。相關(guān)干涉儀使用廣泛，其測向的精確度和靈敏度都很高，可以滿足不同距離的測向需要。本方法的抗干擾能力也較強(qiáng)。但是，相關(guān)干涉儀法存在模糊的問題，解模糊一直是相關(guān)干涉儀的研究重點(diǎn)，天線陣也要比其他方法復(fù)雜，價(jià)格更高。

（4）空間譜估計(jì)其測向原理是測量天線陣列接收到信號(hào)參數(shù)后，進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)學(xué)運(yùn)算生成空間譜并送入空間譜估計(jì)器，利用確定的算法求取其來波方向。空間譜估計(jì)可充分利用天線陣元接收到的全部信息，故其能在多種環(huán)境下進(jìn)行工作。其測向高靈敏度和測向準(zhǔn)確度都極高，具有超分辨測向能力。抗干擾能力也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)測向方法。突出特點(diǎn)是可以完成對(duì)幾個(gè)相干波的同時(shí)測向。是出色的現(xiàn)代測向體制。（5）優(yōu)勢(shì)體制經(jīng)過上一小節(jié)敘述比較可以知道，在靈敏度、精度、時(shí)效性等一系列方面,空間譜估計(jì)相比別的體制具有一定優(yōu)勢(shì)。

2空間譜估計(jì)

2.1空間譜估計(jì)與music算法原理

隨著無線電技術(shù)的發(fā)展，電磁環(huán)境變得越來越復(fù)雜，無線電測向面臨的挑戰(zhàn)也越來越大，空間譜估計(jì)技術(shù)是一門近來新興的空域信號(hào)處理技術(shù)，可以在復(fù)雜的環(huán)境尤其是短波測向領(lǐng)域以極高的精度和靈敏度測量出來波信號(hào)的方向。空間譜估計(jì)是用多傳感器陣列構(gòu)成處理系統(tǒng)，接收并提取信號(hào)的特性參數(shù)陣列，再配合相應(yīng)的信號(hào)處理算法，從而達(dá)到準(zhǔn)確估計(jì)信號(hào)方向的效果。現(xiàn)空間譜估計(jì)已提出了多種算法，比較有代表性的算法就是music算法。Music算法是一種基于矩陣特征空間分解的方法。其引入了向量空間的概念，在幾何的角度來說，信號(hào)處理的觀測空間可分為信號(hào)子空間和噪聲子空間，且這兩個(gè)空間是正交的。信號(hào)子空間由陣列接收到的數(shù)據(jù)協(xié)方差矩陣中與信號(hào)對(duì)應(yīng)的特征向量構(gòu)成，噪聲子空間由白噪聲對(duì)應(yīng)的特征向量構(gòu)成。通過兩個(gè)空間之間的正交性來估計(jì)空間譜，提高了測向精度。

2.2music算法

假設(shè)有一個(gè)M元天線陣，有P個(gè)互不相干的信號(hào)分別以方位角1、2……x射入天線陣列。

3小結(jié)

當(dāng)信噪比良好時(shí)可以準(zhǔn)確獲得三個(gè)信源的來波方向，哪怕信噪比極小時(shí)仍可識(shí)別出信源方向。充分體現(xiàn)了本算法的先進(jìn)性。而空間譜估計(jì)的測向系統(tǒng)隨著技術(shù)的發(fā)展價(jià)格也將變得越來越低廉，無線電測向的應(yīng)用也會(huì)越來越廣泛。通信技術(shù)飛速發(fā)展，以后的無線電波可以承載更多的信息，電磁波目前正在向著頻率越來越高，波長越來越短的方向發(fā)展，短波測向的要求也越來越高，合適的DOA估計(jì)方法也是今后的研究方向。

參考文獻(xiàn)：

[1]王瑞.無線電測向信號(hào)處理算法[D].西安.西安電子科技大學(xué),2006.

[2]張清清.基于相關(guān)干涉的測向技術(shù)研究[D].成都.電子科技大學(xué),2013.

[3]鄭洪.MUSIC算法與波達(dá)方向估計(jì)研究[D].成都.四川大學(xué),2005.

作者：劉嘉琦1；朱星星2 單位：1.西北工業(yè)大學(xué)教育實(shí)驗(yàn)學(xué)院，2.西北工業(yè)大學(xué)電子信息學(xué)院