双通道相关干涉测向技术

2016-07-25 10:27:58来源: mwrf
    无线电信号的方向测量方法的物理基础是电磁波的远场传播特性。在远场区域的平面或球面电磁波具有下列的特性:1.是横电磁波,即电磁场(强度)矢量只在与传播矢量垂直的方向。在自由空间,传播矢量的方向与能量传播方向即坡印廷矢量的方向相同。2.等相位面的法线矢量也与传播矢量的方向相同。

    因此可以明显地看出,存在两种确定传播矢量方向的方法:测量场强(或极化)方向和测量(等)相位面空间的位置。所以,人们也把测向方法区分为幅度(或极化)和相位测向体制(技术)。

    从技术发展过程来看,先有幅度(或极化)的测向体制,然后有相位测向体制。根据技术发展来看,(比)幅度方法的测向体制在硬件实现上相对比较简单些,所以其测量方向的准确度也较低一些。随着双通道接收机技术的成熟,相位测向体制开始了应用,而且,表现了高的测向准确度的结果。而相位体制中的相关干涉仪技术又是相位技术中的一种。

    它们真正应用于商品是上世纪90年代,法国的THOMSON公司推出的TRC-8010系列和ESMERALDA,德国的R/S公司的DDF-05M和DDF-190(单通道相关干涉测向,实为准相关干涉测向)系统都是基于相关干涉仪技术的产品。

    相关干涉仪技术的测量过程中,每次至少需要测量两个单元天线的(复数)信号电压(幅度和/或相位差),因此也至少需要两台相关接收机或一台双通道接收机。然后对在适当的频率和方位间隔上建立的采样的样本数据进行相关运算和插值计算,以获得来波到达角。

    采用相关干涉仪技术组成的测向设备(机),具有下列几个明显的特点:
    1. 测向准确度高:通常在VHF/UHF(20~3000MHz)全波段内,可以达到1RMS;
    2. 测向灵敏度高:全波段内可以达到1~10V/m,甚至更高;
    3. 测向速度快:如果在系统中采用多通道接收机,则信号的最小驻留时间可以做到小于1ms,一般采用双通道接收机的场合,也能达到1ms左右。
    4. 抗干扰能力强:对同信道的干扰抗扰度为3~5dB,对多路径干扰引起的测向误差比幅度测向体制和多普勒体制的误差低数倍。
    5. 稳定性优越:双通道或多通道体制的相关干涉仪技术的设备,需要的测向天线的样本数据也比较少,对于较大的基线情况甚至不需要借助于测向天线的样本数据就能进行测向。体现了双通道或多通道体制的相关干涉仪技术的设备超乎寻常的稳定性。

    由于相关干涉仪技术明显的优越性,可以说其性能的改观几乎达到了数量级的提高,尤其是在电磁环境较复杂的地方,其效果要比过去的比幅度测向体制和多普勒体制的效果都要好。

    南京新兴电子系统有限公司由于上世纪90年代末瞄准世界科技的前沿,成功地研制(开发)了DF-4F/M和DF-5F/M型全数字双通道相关干涉仪的固定和移动监测测向站。其性能指标也已经达到世界同类型号产品的先进指标。除了双通道接收机是由国外进口外。其余所有的主要设备,例如:测向天线阵、宽频带的双通道天线电旋开关、多功能的低噪声宽频带放大器、低插损的宽频带天线选择器、宽频带有源全向监测天线、DSP单元和测向处理器等都是由本公司的技术人员自行研制和开发的。

    南京新兴电子系统有限公司的DF-4F/M型全数字无线电监测和双通道相关干涉测向系统、DF-5SM型全数字无线电监测和单通道相关干涉测向系统于2000年10月通过了由江苏省科委和国家无线电监测中心专家们主持的技术鉴定。的确认上述两套系统皆属于国内首创,并达到了当代国际同类产品的先进水平。此外,上述系统还获得了2001年江苏省和南京市的科技进步二等奖。并双双被列入2001年重点新产品发展计划。

    最后,我们需要指出,采用相关干涉仪技术的测向设备(测向机)中,基本要求是采用多(至少是双)通道接收机(或二台相干接收机)。若采用单通道接收机组成单通道相关干涉仪测向系统。这显然是一种相关干涉仪技术的简化方案。既然还是一种相关干涉仪技术,测量时必须取得相位信息。于是必须先将相位信息转换成幅度信息(因为单通道接收机不能测量相位值,而只能测量信号的幅度值),然后将幅度信息再转换成相位信息。这样的转换是需要用硬件(高频器件组合)来实现的。由于这些高频器件的引入会对系统的性能都带来一定的影响,特别是信号的损耗。这会降低系统的灵敏度和增加系统的运行时间,最终会导致系统的测向准确度和灵敏度的降低,以及测向时间的增加。对于系统信号的插入损耗,一般需要采用有源单元天线来弥补。单通道由于需要比较密集的样本数据,故需增加测向天线的单元的数量(通常采用9单元;而双通道相关干涉仪技术的测向机中的测向天线的单元的数量通常只用5 个单元),这也导致了单通道相关干涉仪测向系统中的硬件组成要比双通道的更累赘。由于单通道相关干涉仪测向系统是一种简化的方法,因此也必定具有一定的不足的地方,这也是符合客观规律的。于是,其电性能指标都要逊色于双通道相关干涉仪测向系统。至于设备的价格主要差别在双通道接收机的价格与单通道接收机的价格,但是其性能却要优越得多。

关键字:双通道  相关干涉  测向技术

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/article_2016072516303.html
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