無線電測向基礎(chǔ)原理

1、1無線電測向基礎(chǔ)1.1示向度為了確定某個目標(biāo)的方位， 必須確定連接該目標(biāo)至已知坐標(biāo)的點(diǎn)的直線同某個起始方向（起始線）之間的夾角。例如，在點(diǎn)X上有一個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，示向度是以已知地理坐標(biāo)的觀測點(diǎn) A的地球子午線的指北方向沿順針方向旋轉(zhuǎn)至點(diǎn)A與被測目標(biāo)連線所轉(zhuǎn)過的角度。其取值范圍：0V示向度v 360° 。無線電測向是用無線電技術(shù)手段確定來波.的示向度。請注意，無線電測向設(shè)備所測定的 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?，F(xiàn)象會導(dǎo)致其等相位面畸變， 因

2、而來波的到達(dá)角未必是其輻射源所在的方位。圖1-1測向與定位1.2交會定位只在一個已知地理坐標(biāo)的點(diǎn)測向，只能得到一條方位線，而不能得到一個定位點(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條方位線交會定位，那么，由于測向誤差的影響，在目標(biāo)真實(shí)位置 W周圍將得出最多可達(dá)m個交會點(diǎn)。m由下式得出：(1-1)n（n 1）式中，n 用于交會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)。這個概率=1(1-2)式中，n 用于交會定位的方位線的條數(shù)。pn隨著用于交會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電磁波電磁場是相互聯(lián)系著的電場與磁場的總和。由發(fā)射大線輻射出來的無線電波的電磁場是行波場：電磁場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)場與輻射場。離輻射體較近的距離內(nèi)

4、（小于一個波長），主要存在著靜電感應(yīng)場與電磁感應(yīng)場。 靜電感應(yīng)場的場強(qiáng)與離輻射體的距離的立方成反比；電磁感應(yīng)場與這個距離的平方成反比。在這一區(qū)域內(nèi)輻射場相當(dāng)小。隨著遠(yuǎn)離輻射體，感應(yīng)場很快衰減。離輻射體的距離大于23個波長，實(shí)際上就只存在輻射場。在自由空間中，輻射場的場強(qiáng)與離輻射體的距離成反比。在輻射場區(qū)，電場強(qiáng)度矢量 E與磁場強(qiáng)度矢量 H互相垂直，它們又垂直于表征電磁場 能量傳播方向的坡印廷矢量 S （圖1-2 ）。在自由空間傳播時，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，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確定。這就是無線電測向的物理基礎(chǔ)。無線電測向的實(shí)質(zhì)的就是確定入射電磁波（以下簡稱為“來波”）的等相位面的法線方向。無線電測向設(shè)備就是用來確定來波的等相位面的法線方向的技術(shù)裝置。來波方向，即方位線（示向線），就由從測向天線中心對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、 樹木、天線等等）時，電磁場結(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。只有在這種無干擾的電波傳播環(huán)境下，無線電測向設(shè)備所測得的來波方向（示向線）才同輻射源所在的真實(shí)方位一致。實(shí)際上，這個理想的等相位面會因傳播介質(zhì)的不均勻和不連續(xù)而畸變。理想的等相位面還會因多徑傳播而畸變。這些畸變造成電磁波的等相位面的垂線偏離了電磁輻射源方向。這使得無線電測向設(shè)備所測得的來波方向并不是其輻射源所在方位。引起測向誤差（輻射源的真實(shí)方位同所測得的來波方向之間的角度差）的主要原因就在這里。電場強(qiáng)度矢量與磁場強(qiáng)度矢量始終互相垂直，但可以具有各種不同的方向。為了表征電磁場的這兩矢量的方向， 引入了 “極化”這一概念。電波的電場強(qiáng)度矢量相對于

7、傳播面的指 向稱為電磁場的極化。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€場強(qiáng)確定另一個場強(qiáng)，所以表述一個場強(qiáng)就足夠了。為此選擇了電場強(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，此時電場強(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，此時電場強(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，此時電場強(qiáng)度矢量是水平的， 即垂直于傳播面的，而磁場強(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，電場強(qiáng)度矢量可以分解為兩個相位. 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，此時電場強(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，電場強(qiáng)度矢量終端的軌跡在一個高頻周期內(nèi) 是一個橢圓。該矢量的旋轉(zhuǎn)方向取決于兩個分量之間的相位差。圓極化是橢圓極化的特殊情況，此時兩個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，無論以什么方向傳播，電場強(qiáng)度矢量總是水平的； 可是，當(dāng)電波是垂直極化時，盡管電場強(qiáng)度矢量也處于垂直面（即傳播面）內(nèi)，但是電場強(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，電場強(qiáng)度矢量也是傾斜的。這一垂直極化波的

9、電場強(qiáng)度矢量又 可分解為垂直分量和水平分量。這兩個分量都在傳播面內(nèi)，垂直分量與地面垂直， 水平分量與地面平行。這個垂直極化波的電場強(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電波電場強(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，也會使垂直極化的接收天線上有來自水平極化的發(fā)射天線的信號或水平極化 的接收天線上有來自垂直極化的發(fā)射天線的信號。無線電測向設(shè)備通常只利用天線對電場的兩個分量之一（垂直極化分量或水平極化分量）的響應(yīng)來測向。不能用對垂直極化波測向的設(shè)備來對水平極化波測向， 也不能用對水平極化波測向的設(shè)備來對垂直極化波測向。無線電測向設(shè)備的實(shí)際使用環(huán)境一般同時存在電場的垂直極化分量和水平極化分量，因而可能