无线电测向 （DF） 系统是天线阵列和接收器组合排列，用于确定远距离发射器的方位角。

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无线电测向 （DF） 系统是天线阵列和接收器组合排列，用于确定远距离发射器的方位角。 [复制链接]

前几天刷屏了许多文档：今儿大概翻译整理一下这篇（DF - RF/无线 - 电子工程世界-论坛 (eeworld.com.cn)）

无线电测向 （DF） 系统是天线阵列和接收器组合排列，用于确定远距离发射器的方位角。基本上，所有测向系统都从到达角 （AOA） 的初始确定中得出发射器位置。无线电测向技术通常基于采用多个接收器的多天线系统。经典技术使用来自每个天线的同步相位信息来估计目标信号的到达角。然而，在许多情况下（例如手持系统），多个接收器是不切实际的。因此，单通道技术很有意义，特别是在移动场景中。尽管对单通道测向的现有研究量远低于对多通道测向的研究，但之前已经研究了单通道测向技术。在考虑单通道测向系统时，我们发现有两种不同类型的测向系统。第一种类型的测向系统是基于振幅的测向系统。

基于幅度的系统通过分析每个天线元件的输出电压幅度来确定信号（或AOA）的方位。振幅测向系统包括使用Adcock天线阵列的Watson-Watt技术。

第二种类型的测向系统是基于相位的测向系统。基于相位的系统使用三个或更多天线元件，这些天线元件的配置方式使其输出电压的相对相位对于每个波前到达角都是唯一的。基于相位的测向系统包括伪多普勒技术和基于交换开关的天线阵列。虽然RDF系统在市场上有售，我们可以用任何特定的RDF技术选择我们感兴趣的最先进的系统，但由于这些系统通常用于安全和执法机构，因此系统的完整设计无法用于研究。本论文是伪多普勒RDF系统的设计文档，其中讨论了设计的细节。设计仅限于天线阵列和开关方案。从天线阵列获得信号后，我们可以使用标准的RF到IF接收器和进一步的处理硬件

测向原理

电磁波的产生和表征

电磁波是通过对电导体进行充电和放电而产生的，可以以交流电的形式表征。电磁波的产生和表征的假设与波长λ的谐波的传播是同步的。在合理的远距离上，波可以被视为平面，因为电磁波的径向场分量会衰减。电磁波的电分量和磁分量彼此正交，并且与传播方向正交，可由波印廷向量 S 定义。

 

这里，E=电场均方根值，Z0 是自由空间的比阻抗，大约等于 120.𝜋 𝛺.

 

主要测向原则

测向基于电磁波的基本原理，如下所示：

横向性，表示电场和磁场矢量垂直于传播方向

正交性，它指出电场和磁场彼此正交，并且与传播方向正交

所有测向系统基本上采用以下方法： 方法A（极化DF）：确定电场/磁场的方向。方法B（相位DF）：确定等相线的方向。极化测向仪是通过使用环形天线和偶极子天线实现的。历史上的旋转回路测向仪就属于这一类。环路旋转到最小接收信号电平，以确定入射波，因为它垂直于环路。极化测向仪用于在HF频段带有小型天线的车辆。WatsonWatt 方法用于评估和获得显式方位角。

相位测向仪从相位线的空间方向获取方位信息。有两种方法：

基于方向模式的测向

在这种方法中，通过耦合天线系统中不同点的部分波来形成求和信号。总和的最大值是在这些相位差最小的角度获得的。对于最大信号测向，总和信号始终与入射波的相位表面正交。而对于最小信号测向，部分波以这样的方式组合，即相位差在入射波方向上最大。

孔径采样测得自由度 在这种方法中，评估电路用于处理在场的各个点采集的样品。评估电路通过链接样品来确定方位，这主要是通过数学运算完成的。干涉仪和多普勒测向仪是相位测向仪的典型例子。

到目前为止讨论的测向方法只适用于测量在频域中重叠的几个波的方位。将数字信号处理提供的频谱估计方法应用于波前分析。传感器阵列处理是一个术语，它描述了从天线阵列获取的信号中获取入射波参数值的方法。有三种基本方法：

• 波束形成方法：自适应天线、相关测向仪和空间傅里叶分析

• 最大似然法：最通用的基于模型的方法

• 子空间方法：ESPRIT 和 MUSIC

测向系统的主要要求 测向系统必须满足以下要求。

• 高灵敏度

• 高精度

• 扫描速度快

• 大信号抗扰度

• 对极化失配的抗扰度

• 对多径传播效应的抗扰度

• 对非相干干扰源的稳定行为

测向系统的组件

无线电测向系统由以下部分组成

• 天线系统

• 测向转换器

• 评估单元

• 显示单元

GPS坐标探测系统、遥控单元、天线控制单元和其他一些组件可以成为无线电测向系统的一部分。这些组件的需求取决于用于测向的系统的配置。测向系统的速度取决于接收部分的数量，这决定了并联天线输出的数量。单脉冲测向，使用一组样品确定轴承角度，用于在单步计算轴承时实现最大测向速度。为了精确测向，必须至少有三个天线以 1200 的角度覆盖整个方位角。为了实现高测向精度和更大的带宽，通常需要 5-7 个孔径样品。如果使用单脉冲测向系统，将导致非常复杂的结果。通常，使用一个固定接收站和两个因此切换的接收站来避免复杂性

使用定向天线的测向

最简单的测向方法是使用机械旋转的方向天线。天线沿整个方位角旋转，并评估接收电压。根据接收电压作为天线方位角旋转的函数来估计方位角。相对于旋转角度的接收模式位置提供轴承 。这种类型的测向方法被称为相位测向仪，因为方向性是通过根据角度或到达将波与其相位叠加来获得的。在最简单的形式中，操作员旋转天线并检查接收电压电平。当获得假定的最大接收电压时，从天线连接的校准刻度测量方向。在基于这一原理的全自动测向仪中，天线与电机永久旋转，形成旋转测向仪（图1）。接收电压绘制为天线旋转角度的函数。最大检测器等自动接收电压评估机构，可级联形成全自动测向系统。以下是这种测向系统的优点：

• 天线指向性高灵敏度

• 设置简单经济

• 多波前可以借助高方向性天线解决

• 测向和监测可以用同一根天线完成 这种方法导致了一些缺点，这是由于天线的方向性特性和有限的天线旋转速度。

• 方向性与截获概率成正比

• 由于扫描速度慢，可以有效地处理持续时间短的信号

  

   

图1 使用定向天线测向

尽管存在缺点，但基于机械旋转天线的测向方法仍然被使用，因为与它们相关的优点需要非常高的成本和精力才能通过其他方法实现。在微波等高频范围内，这种类型的系统在低噪声、增益和成本方面是唯一可行的选择。如果在到达方向上使用最小方向和最大方向的定向模式，则可以通过缓慢旋转的天线获得方位。这种配置将导致单脉冲测向系统在入射波位于主接收方向上时成功运行。

 

图 2 显示了使用对数周期偶极子天线实现的概念

和差信号的商产生一个与时间无关的无量纲函数，称为测向函数