无线电测向及交叉定位技术浅析(上)

无线电测向及交叉定位技术浅析

39 中華民國電子零件認證委員會

無線電測向及交叉定位技術研析（上)

◎

1. 前言

有鑑於911事件，1996年美國政府曾

要求美國的電信業者，提供911緊急救援電話定位能力，並且要求美國電信業者在對行動電話用戶，且對於911緊急電話的定位精準度為必須達到一定的定位成功率[1-2]。所謂無線電定位技術乃是一種運用無線通訊建構之系統及技術來得知行動台(輻射源)當時所在位置資訊的技術，因此其伴隨的商業價值巨大[3]。其中，GPS全球定位系統(Global Position System)及蜂巢式基地台無線系統為經常被利用來達成定位目的的系統。GPS系統之定位方法係利用多顆衛星發射之訊號來計算出行動台的位置[4]，而在實際的應用上，須在行動台(Mobile Station)中加裝GPS晶片與接收器，以提供良好的定位效果；而蜂巢式基地台無線定位系統則利用現有的行動電話系統設備，雖毋需額外增加基地台系統設備，但至少需要透過軟體以及韌體的升級以增加定位功能及需求之定位精度。而在現代軍事運用中，為使指揮系統具有正確、快速的反應能力，必須具備無線電測向及定位敵方訊號發射源的能力，如ELINT電子情報(Electronic Intelligence)和ESM電子支援(Electronic Support Measure)系統皆是，其係一種無源探測系統，本身不發射無線電磁波，可隱蔽地確定發射源位置，並具有距離遠及抗干擾能力強的優勢。

所謂無線電測向及定位技術的主要應用原理係藉由電磁波的傳播，獨立且無源地確定目標輻射源的位置，因為每種電磁輻射無論以何種方式出現都帶有方向的資訊，所以位於不同位置的測向站對同一輻射源進行測向，根據入射電磁波在測向天線系統中感應產生的振幅、相位及頻率上的差別來判定被測目標的方向，經由多站測向結果進行交會定位計算，以確定被測目標的地理位置。一般可採用測向定位法

(AOA)、時差定位法(TDOA)及頻差定位法(FDOA)等三種基本定位方法[5]。

本文主要目的係有系統地探討一般無線電測向及定位相關技術及原理，文章架構共分為六個部分，第一部分為前言；第二及第三部分分別針對無線電各種測向技術原理及各種定位技術原理進行分析說明；第四及第五部分則特針對廣泛應用的無線電測向交叉定位法進行深入探討及分析；第六部分為結論；第七部分為參考文獻。

2. 無線電測向原理

無線電測向的目的是測量無線電波輻射的方向，在實際測向陣列天線的天線單元間距不可能很大，所以各天線單元可以將它們接收到的電場強度認為是相同的，僅相位不同而已。因此，無線電波的方位信息就存在電場強度的相位中，當利用一定架構的陣列天線進行測向時，所產生的感應電動勢之相位就與輻射的來波方向有關。從不同架構的陣列天線所產生的感應電動勢中，按照獲取來波入射方位信息的方式，可分為來波方位是接收信號振幅的函數或是信號相位的函數。目前較為廣泛實現測向的方法有：振幅測向技術、相位測向技術、時差測向技術、都普勒測向技術[6-9]。各種測向技術說明如下：

2.1 振幅測向技術

振幅測向技術是利用測向天線感應的電壓幅度具有的方向特性，當天線旋轉時，輸出電壓幅度按極座標方向圖改變而變化的原理進行測向，因此振幅測向又稱為極座標方向圖測向。振幅測向還可以進一步分為最大振幅測向、最小振幅測向及比較振幅測向三種，分別敘述如下：

无线电测向及交叉定位技术浅析

40 中華民國電子零件認證委員會

(1) 最大振幅測向

最大振幅測向是利用天線極座標方向圖的最大接收點確定信號方向的一種測向方法。此種測向技術要求天線具有尖銳的方向特性且極座標方向圖能夠旋轉，根據接收機輸出感應電壓最大值所對應之天線主瓣軸心線位置來確定目標信號方向。

最大振幅測向的主要優點是測向距離遠，在接收機靈敏度及環境雜訊一定的情況下，能比其他的測向方法探測更遠的信號發射源。而主要的缺點是測向精確度低，因為天線方向圖於最大值區域的變化率小，當信號方向偏離時，接收機輸出信號幅度變化不明顯，導致將已偏離天線方向圖最大值的方向誤判為信號方向。

(2) 最小振幅測向

最小振幅測向是利用天線極座標方向圖的零接收點確定信號方向的一種測向方法。此種測向技術藉由轉動天線使接收機輸出的感應電壓為零，此時天線方向圖的零接收點方向即為信號方向。最小振幅測向主要優點是測向精確度和角度分辨率比最大振幅測向高，測向方法比較簡單，可以採用8字形方向特性的天線，但在測向過程中會使測向機出現兩個信號振幅為零的情況，此時需要進一步採取「定邊」方式，最常使用的方法是將8字形方向天線增加一個無方向性的垂直天線，就可以“惟一”確定目標信號方位。

(3) 比較振幅測向

比較振幅測向是利用方向圖特性完全相同的兩個天線接收輻射信號，根據接收機輸出的電壓幅度之比來確定信號方向的一種測向方法。此種測向技術是由兩天線接收信號經放大及檢波後得到電壓振幅分別為U1及U2，如圖2-1所示：

其中K1及K2為兩天線接收系統的放大檢波等傳輸系數，E1及E2為兩天線最大方向感應 …… 此处隐藏：7141字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……