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1、四川大学硕士学位论文国家无线电短波监测系统测向定位功能的设计与实现姓名：付翔申请学位级别：硕士专业：检测技术与自动化装置指导教师：龚晓峰20060510国家无线电短波监测系统测向定位功能的设计与实现检测技术及自动化装置专业研究生付翔指导教师龚晓峰988126随着无线电事业的迅猛发展，在全球经济一体化的今天，无线电作为信息载体的一种，其合理利用在经济建设和国防建设中有着举足轻重的地位。目前各种无线电业务的广泛应用，使得无线电频谱资源日趋紧张，电磁环境进一步恶化，给管理和分配频率资源带来了很大难度，因此必须借助于先进的无线电监测技术手段建立起科学、规范、高效的无线电管理监测机制，对有限频谱资源进行
2、有效管理以满足社会对无线电频潜资源的需求。本文设计的无线电测向交会定位功能主要完成对非法电台及干扰源测向定位以进行查处等任务，这在无线电监测系统工作中是一个重要的功能。利用该功能，各监测站工作人员能高效、灵活、直观的完成对无线电台站的相关监测，并按国际无线电规则和中华人民共和国无线电管理条例的规定来处理，帮助迅速消除有害干扰，确保各种无线电设备正常运行，为频率指配提供技术依据，使有限的频率资源得到合理的、科学的、经济有效的开发和利用。本论文内容涉及到无线电短波频谱监测及测向定位技术、软件工程思想，地理信息系统等知识。首先系统的介绍了测向定位系统的意义和现状，从短波监测系统开发技术出发，根据国家
3、无线电管理委员会对该项目的具体要求及目前无线电监测行业的前瞻性，论述了相关的基本概念、作用、组成和实现的主要功能。其次，本论文阐述了无线电监测系统中测向原理、定位算法，引起误差的原因及无线电测向校正等关键技术和实施方法。在短波监测站工程项目的搭建和实践应用过程中，积累了相关的实际经验，对铡向定位算法傲了相应的改进，提高了定位精宦。在短波频谱监测中具有较大的意义。结合项目的整体软件框架结构，从硬件组成方案、软件功能需求、软件结构、软件接口设计等方面重点介绍测向定位功能的设计和实现。该软件已在国家无线电短波监测项目中投入使用，具有先进性、实用性和扩展性的测向定位功能模块在执行监测任务中取得了良好的
4、效果。关键词：无线电监测测向交会定位示向度接口面向对象思想模块化The Design and Application ofDirection Finding and Location in the NationalWireless Shortwave Monitoring SystemMajor：Detective Technology and Automatic DeviceGraduate：Xiang Fu Supervhor：Xianfeng GongWitll the rapid development ofradio communication technology,the rati
5、onal useof wireless，which has been one kind of carriers of information,has been animportant position in the national economic and defense constructionAt the sametimeas the讲de lIse of wireless operation,the wireless resource is more and morelimited and the electromagnetic environment becomes worseTo
6、build a scientific，canonical and effective wireless system in order to meet the social requirement，theadvanced monitoring technology is significantThe design of wireless Direction Finding(DF)and Location in this paper,ismainly accomplishes the dimcfion and location of lawless broadcasting stations a
7、ndunknownjamming sigrlal sourceThis is one ofsignificant function in the momtofingsystemBased on this。the monitor Can fulfill the relative detective work,banish thebad disturbance。provide technology support for the frequency distributing,and makefull use ofthe frequency resourceThis paper relates to
8、 knowledge in some kind of subject,such as shortwavemonitoring and wireless direction finding and location technology,softwareengineering thinking，Geographic Information System and voice disposing eteThethesis begins诵t1 introducing the meaning and actuality of DF and location systembases on the proj
9、ect requirement mentioned by the national wireless managementcommittee and the foreland of wireless detective profession，and discusses the basicconception,operation,composing and the mainly functionISecondly,the thesis expatiates on the theory of DF and location in the wirelessmonitoring system，the
10、reasons of error and the key technology and implementationmethod of radio DF adjustmentIn the process of building and practice,by thecorrelative practicality experience，the paper made some improvement tO the DF andlocation arithmetic，advanced the precision of location,which is meaningful in thewirel
11、ess monitoring systemCombined with the whole sothvare frame，the hardware consist scheme，software function demanding,structure and the design of software interface havebeen emphatically presentationIn the course of program proceeding，the directionfinding and location function module which has been us
12、ed in the national wirelessshortwave monitoring system,is advanced,practicability and expansibility andobtains a sailsfied resultKey Words：Wireless Shortwave MonitOring Direction Finding AzimuthJunction Location Interface Object Oriented Programming Modularization州1人导n兜t学f0论文1弓I言印111项目背景近几年来，我国无线电通信
13、雾业处于二高速发展时期，无线电通信业务如移动电话、卫星通信、微波通信和广播电视等都有了很大发展。无线电通信属f电信中的一种，根据国际电信联盟无线电规则，无线电通信为依靠无线电波的空间辐射传送信息的，其容量受射频频带宽度的限制使用无线电波的电信。随着科技的进步、通信技术的发展，特别是数字技术的广泛应用，人们对无线电通信的需求迅速增长。但随着我国的无线电业务和无线电通信经营部门越来越多，由于较高频率上的无线电波的传播特性，无线电业务不能无限地使用较高频段的无线电频率。目前人类对于3000GHz以上的频率还无法开发和利用，无线电台(站)数量大量增加，无线电频率使用不当，就会受到其他无线电台、自然噪声
14、和人为噪声的干扰而无法准确、有效和迅速地传送信息，电磁环境趋于恶化，频率与台(站)管理和无线电监测工作越来越复杂而繁重。如何解决频率资源相对短缺问题，有效合理地开发利用无线电频率资源，维护好空中电波秩序，充分利用和保护无线电频谱资源，保护电磁环境，保障无线电用户对无线电频率的正常使用权益，查处违章、违法设台现象，合理配置和组网监测设备，从而满足各行各业对无线电频率日益增长的需求，已成为我国无线电管理面临的主要课题。无线电监测是对无线电频率资源进行管理和保护的重要手段。通过有效的监测与管理，可以使无线电频率资源有序使用、免受污染，使有限的频率资源得到最充分合理的利用。无线电管理在保证无线电通信正
15、常发展、维护空中电波秩序、维护我国频率使用权益、保证国家安全稳定和促进国民经济发展方面起到了重要作用。避免干扰的一个重要方法就是对无线电发射设备进行管理，使其有关技术指标如使用频率、功率、发射带宽、频道日】隔、收发间隔、杂散发射、频率容限等符合无线电管理的技术规定、国家标准、行业标准，实现无线电台站之间的电磁兼容，防止各种无线电台站和系统之间的相互干扰，提高无线电频率的利用率。因此，根据中华人民共和国无线电管理条例，为了维护国家权益，叫1，、学“扣I，绝支加强图际日j的合作，我【词正在建设一个先进的图家舰波监测嘲，集监听、测量、定位于一体的覆盖令固乃至全球、即町保证水土移动、航空移动、安全救险
16、、广播等短波频段业务JF常工作，又可执行困际电联的统一监测活动。为了规划和建设好国家短波监测网，信息产业部规划司根据可行性方案设计，重点解决监测设备覆盖频段窄、数量少、不配套、监测覆盖范围小、没有联网运行的状况，全面提升无线电管理的技术能力，逐步适应无线电事业迅速发展的需要。“九五”期间及“十五”期间共建设9个国家级的监测站，达到具有先进的短波监测、监听水平和较高的测向和定位精度，扩大对我国的覆盖范围。该网络是由国家无线电监测管理中心和分布在各地的多个固定监测站及多个移动监测站组成，是一个无中心的网络，经控制中心授权后，网内任一监测单元均可成为指挥操作控制中心。目前已逐步在北京、哈尔滨、成部、
17、乌鲁木齐、上海和广东建设了6个监测站(含HF、VHFUHF无线电业务监测)，主要负责航空、水上、广播、固定短波和其它无线电业务的监测。其中北京、哈尔滨、成都、乌鲁木齐和上海监测站的建设工作已经完成并进入了运行阶段。国际无线电监测中心建设总控制室，它与国家监测站之间采用遥控和自动化监测手段，建成能实时运作的监测网。同时，它还与省级监测站、省级派出机构监测站联网，全国各个监测站之间及监测站内投资建立了专用局域网，即通过国家无线电短波监测网络软件系统，各地的移动监测站通过本地的固定监测站也一同联接到国家短波监测网络系统中，从而实现全国短波监测站的联网功能。各监测站管理员对不同的监测设备(底层硬件接收
18、机，包括ESMB、EB200、ESVN40等)操作，全网具有无人值守工作模式下的不间断工作能力，以完成监测控制中心下达的各类监测任务(如信号的记录、信号参数的测量及信号源地址的定位等)。各固定监测单元与配属的移动监测单元可构成区域性的短波监测网，以完成该地域的监听测量、定位及管理工作。各监测单元的超短波系统既是国家监测网的一部份，也可进入所在省、市监测网络，成为该网络的监测单元。实现各地监测站的网络化管理及资源的极大共享，为查处国内外无线电干扰及非法电台提供先进、快速的技术手段：建立用户干扰自动申诉系统、无线电监测数据库和干扰查处应用程序，为频率指配和频率规划等工作提供完整、准确、有效的科学依
19、据；要与国际无线电管理接轨，选择并装备符合国际电联要求的监测站参加国际监测网。2州-1f人擘砷卜学f?玲卫12项目需求为了防止有害干扰，确保备种无线电设备的正常运行，使有限的频谱资源得到合理、科学、有效的开发和利用，并且从技术上保证国家无线电管理条例的执行，“国家无线电短波监测网络系统”采用先进的技术手段和设施，对无线电发射的基本参数，包括频率、电平场强、示向度、仰角、示向度质量等指标测量，对声音信号监听，对发射标识进行识别，对频段利用率和频道占用度进行统计，对信号进行算法分析，以便合理、有效地指配频率。随着无线电使用的增加，频段覆盖范围的不断扩大，无线电测向技术的应用也相应增加。无线电测向技
20、术通过对于扰源测向定位排除干扰、查处非法电台，其业务原则上应包括全部无线电业务的监测，监测的频段包括所有己使用和开发的各个频段。无线电测向的主要目的是借助于电磁波的传播，鉴于每种电磁辐射无论以何种形式出现，都带有方向信息。用适当的测量方法可以从电磁波中提取出方向信息以达到两方面的应用：一方面通过定向接收可以改善自己的接收条件，从而改善接收结果；另一方面可以用来确定辐射源的方向。这两种功能是相互联系在一起的。在测向中独立地和无源地确定目标辐射源的位置及通过处于不同地理位置的测向站对同一辐射源实施测向，通过仪器返回的方向信息(示向度值)计算定位点的坐标，在地图上进行实时交会。如在改善己方公众网和军
21、用无线电通信接收质量的同时，也提出了捕获和分析国外及敌方无线电通信的任务。13该课题的意义根据全国短波监测网建设工程总体方案在国家无线电短波监测系统中的实施，随着频率占用密度的增加，无线电测向和定位维护空中电波秩序是无线电管理的核心，是无线电科学管理的基础。当前虽然出现了操作简便、定位精度高的手机定位、GPS(卫星测时测距导航全球定位系统，NavigationSatelliteTiming And RangingGlobal Position System)等定位技术，但由于其受地理环境影响较大或成本投入较高，这些技术的使用受到相应限制。而无线电测向设备相对造价低、工作可靠、结构简单、对电台没
22、有特殊要求，在无线电监铡、pqIll人学馈+学位论上电子对抗和，j已线电导航等领域酃有广泛地应用。通过对无线电测向技术的使用，加强日常监测，特别是对航空导航、港口安全生产、铁路通信、森林防火等重要频率加强保护，同时及时发现不明信号，为行政执法提供依据。考虑到不明电台对国家可能造成的危害，更要做好军地频率协调工作。按照频率审批权限合理指配频率，确保本区域内的设台单位不使用专用频率；同时，对擅自使用号用频率的单位，要及时审核其相关批文和执照，若影响到地方通信的，要及时与部队协调。14本文的主要研究内容本文是基于国家无线电短波监测项目中对测向定位及相关模块的功能实现所做的研究，主要内容包括以下四个方
23、面：141 测向定位技术应用删纠11首先对测向交会定位原理进行概述。依据电磁波在空中的传播特性，可以利用无线电监测技术对电磁波发射源进行定位。文中对测向交会定位技术相关概念，天线技术，测向接收机技术，测向设备的应用，取向、信号处理及定位方法，误差引起的原因和如何消除减小误差，测向地图的使用等方面作了简要的陈述。执行测向定位监测任务时，测向机接收到的信号受周围环境影响很大，如温度，监测场地建筑物，电离层变化等，都会引起示向度游离现象，这严重影响了监测精度。因此在软件工程中加入人工干预，根据在执行监测任务过程中积累的经验，在对大量监测数据进行分析后，对各种情况下的监测数据补偿修正，对测向交会定位算
24、法作了一定的改进(如加权修正值等)，减小了误差，提高了定位精度，这在实际监测工作中具有重大的意义。142软件工程思想运用刚01421软件工程思想贯穿于“国家无线电短波监测系统”的整个开发设计过程中。由于在监测系统中涉及到多种监测功能需求，为了使该软件具有最大的灵活性4叫，11人学硕1学位论殳与扩展性，采用向向对象的思想将系统业务抽象为多个功能模块，对各个模块使用同一框架进行统一处理，各个模块间、模块与椎架间通过定义的标准接口及消息传递命令、交换数据。各模块功能实现的细节封装在各个类中，简化了编程和维护，通过封装保证对象的属性只能通过对象的方法进行存取，这样实现了代码的最大复用并保证框架的稳定性
25、。143地理信息系统的使用1羽在无线电监测系统中，为形象直观的表现测向定位过程与结果，开发友好的图形化用户界面，应用了GIS系统。GIS(GeographicInformationSystem)是基于ActiveX技术的组件式产品，具备较强的数据存储、管理和输入输出功能，以数据为中心，能基本完整的表达模拟客观地理世界、进行一定的空间分析“。因此监测系统中应用GIS的强大功能，利用其提供的方法、属性和事件对地图信息进行完全可视化的开发和管理，脱离Maplnfo的软件平台运行，实现对空间数据的获取、存储、现示、编辑、处理、分析、输出和应用等功能。144语音处理由于电离层的变化，短波在传输过程中存在
26、慢快衰减而引起信号严重畸变，因此辨别需测量的信号显得特别重要。往往对有经验的短波测向员来说，主要是依靠声音辨别；而且短波信号错综复杂，当进行长期监测之后会产生大量的原始数据和录音文件，其中有可能许多数据是不准确的或无效的，有许多数据必须与录音记录文件关联才有意义，对短波电台信号的分析不能通过简单的统计得到短波电台的特征信息。因此，必须建立易于整理、原始记录数据与录音记录文件的同步编辑(删除、剪贴等)功能1。因此，在系统中加入语音部分，对采集接收到的语音信号作传输、同编辑等功能。语音模块作为一个独立的功能向系统提供，主要实现语音的播放、录音、编辑等功能。该模块通过调用windows提供的API函
27、数来实现，利用线程将音频操作做成一个服务AudioServer。期Itl人掌坳!l学位论爻提示：冈本论文涉及到技术机密，文中所取参数与相关参考值并不是实际工程所取值，但不影响对该功能模块的描述。若需要相关资料请与作者联系。62无线电测向定位开发技术21 测向定位技术概述16。”3在短波监测中利用无线电测向和无线电定位来确定一个未知电台的位置。无线电测向，即测定无线电波辐射源的方向的过程称为无线电测向；无线电定位，即根据方向信息确定被测点位置的过程称为无线电定位。211电波传播知识作为传输载体的无线电波部具有一定的频率和波长，即位于无线电频谱中的一定位置，并占据一定的宽度。无线电频谱(Radio
28、 Spectrum)-般指9KHz一3000GHz频率范围内发射无线电波的无线电频率的总称。通过电磁频谱了解通讯信道在频谱上的分配及应用”。无线电频谱(RadioSpectrum)范围在3KHz至300GHz的电磁波是受到管制的。由国际电联无线电通讯部f-J(International Telecommunications UnionRadiocommunications SectionU-R)下的世界无线电通讯大会(World Radiocommunications Conference,WRC)负责协调世界不同地区的频谱分配。表21无线电频谱各频段的分布频率Designator 名称主要用
29、途Extremely Low3z以下极低频潜水挺通讯、位标、无线电导航Frequency(ELF)3KHz-30KHz Ve哆LowFrequency(VLF) 甚低频海事通讯、位标、无线电导航30KHZ-300KHz Low Frequency(LF) 低频海事通讯、位标、无线电导航电台广播(商业AM无线电广300KH2二3MHz Medium Frequency(ME) 中频播)、海事通讯高频电台广播、超短波及业余无线电3MH30枷z Higll Frequency(HF) 通讯，包括SW广播、电传、呼短波叫、报时、海岸台等7州II从学崎t学o论正VeryH曲移动通信、船舶和I航空通售、商
30、30MHz-300MHz 甚高频业FM广播及部分频道的商业电Frequency(VHF)视广播商业电视广播频道、陆地移动通Ultra Hi曲300MHz-3GHz 特高频信业务、蜂窝电话、某些雷达和Frequeney(UHF)导航系统、微波及卫星无线电Super High3GHz-30GHz 超高频卫星通讯、固定微波通讯Frequency(SHnExtremely Hieta30GHz_300GHz 极高频卫星通讯、业余无线电研究Frequeney(EHF)在国家无线电短波监测系统中，主要针对频率为3MHz-30MHz波段。无线电信号频率决定其传播方式和传播特点1：l、中低频(中长波)：绕射(
31、地波)传播；2、超高频(超短波)以上频率：直射(视距)传播；3、高频(短波)：折射和反射(天波)传播；4、高频(短波)以上频率：散射传播。212测向定位技术基本概念以下介绍工程中涉及到的测向定位技术相关的基本概念lI”“J。测向天线：天线是任何一个无线电通信系统都不可缺少的重要组成部分，特别是在测向功能中，天线直接影响到监测效果。天线用于辐射和接收电磁波，并参与能量转换。发信机产生的高频振荡电流经馈线送入天线输入端，天线将高频电流转换为空间高频电磁波，以波的形式向周围空问辐射；在接收时，通过收信天线把截获的高频电磁波能量转换成高频电流能量后，送给接收机。天线增益越高，转换效率越商。单站定位：辐
32、射源的位置由单独一个测向站通过测出接收来波的方向角和仰角，并利用反射电离层的高度计算出来。1 电磁波由发射到接收的途径大体分为三种：一是靠地面传播的称为。地渡二是靠宅问两点间直线传播的称为。守间玻”：三是靠地球上空的电离层反射到地面的单跳或多跳方式传播称为“天渡”对微波波段的电磁渡，电离甚的吸收很少，且不再被反射回地面。电磁波口I穿透电离层不但直线传播，而且电磁渡也有绕射(衍射)作用可以绕过一些局部障碍物通常称为“视距”通信。8”1 J、半坝j学!论殳多站定位：通过多个测向站对一个辐射源进行无线电定位。基准方向：地理北极的子午线为参考零度，即基准方向。示向度：测向机在测向过程中指示的测向角度。
33、用测向设备测量出来的从观测点的地球子午线(所有与赤道垂直的球面直线)指北方向，即沿顺时针旋转到观测点与被测辐射源的来波方向问的夹角(方位角)，其取值范围为0。至360。，示向度具有唯一性。示向线：辐射源与测向站之间的连线。噪声特性：测向信息的获得总是会受到噪声的干扰。对通信机中的噪声可作为连续电压进行测量，它随时间的变化是不可预测的，是一个随机过程。它带有一定能量，会干扰信号电平，使信号出现误差。因此，信号噪声比具有决定性的意义。测向质量：确定示向度的质量标度，借助统一规定的评价代号对示向度的可靠性进行描述，如用质量等级或测向误差离散度的倒数作为测向准确度的标度。它用主观上或通过测量技术确定的
34、编号等级对示向度的情况加以说明，可为测向分析人员提供判断的依据，包括示向度是否有干扰或反射产生的失真，是否稳定和不离散，受强干扰的情况下测向值是否可靠性很差，或者完全不能进行测向。定位质量：衡量通过测向获得的定位数据好坏的评定标准，如用质量等级或用误差圆半径平方的倒数来表示。误差椭圆：在测向误差统计上相互无关、无平均值、正态分布和不大的情况下，用两个或两个以上测向站进行交会，对于定位误差得到一种中心为真实位置、恒定概率密度轮廓为椭圆的二维正态分布。可以用误差椭圆的形状和方向来说明定位准确度。此外，还可利用椭圆的面积来说明，当误差椭圆变为误差线段时椭圆面积为零。213测向机的组成单元及工作原理把
35、可以测量电磁波的来波方向、用以确定正在工作的无线电台所在方位的电子设备称为无线电测向设备。其组成如下图所示：9叫1I!人7颂i学f论殳图21测向机的组成单元天线系统：按其方向特征接收目标电台发射的电磁波，感应含有来波方向信息的信号，然后送到接收机。接收天线的方向性是通过其相位差与对天线的入射角有关的各个部分波相互迭加而实现的，因此需要有在不同方向上接收电波能力不同的天线系统，即测向天线系统。根据不同的应用环境有多种类型可供选择：在微波频段，采用机械旋转定向天线，在一个电波入射的情况下，接收电压随天线转角的变化特性描绘出天线的方向图，当接收机输出电压达到一个极值，这时的天线方向为示向度；反射器天
36、线应用在大约IGHz以上的频率，最常用的形式是抛物面天线，其反射器是旋转抛物面形成，在抛物面的焦点上装有激励器(或向位中心)，可在仰角平面内直接映射用作激励器的对数周期偶极予天线的方向图；在VHFUHF频段使用的阿德考克天线由排列在一个圆周上的n根天线提供的电压通过适当的加权组合起来，产生出正弦或余弦方向图，即天线方向图。该天线可装载在汽车顶上或作为固定的测向天线安装在高层建筑上。接收机：用来提供信道以接收含有方位信息的信号，采用适当的无线电接收机，将信号选择放大到可以被人感知的程度。要求对天线接收到的信号参数(信号强度等)的变化越小越好，以利于稳定接收。测向接收机要求对天线方向性和信号方向引
37、起的信号变化越敏感越好。测向信号的预处理：实现天线元与接收机之间的藕合，接收到的信号通过天线阵，转换为确定的、各种测向方法需要的、与方位或空间角度有关的幅度或相位特性的，接收机能处理的信号；校正设备本身存在的系统误差和由于测向设备周围场地的影响所造成的测向误差，以提高测向准确度。信号处理器还可对测向数据作统计处理。IOPqlIf人学妙学论丈取向：利用汁算机技术对测向信号进行数据处理，计算、比较、最后指示方位信息。示向终端：用于显示测向结果，包括指针位置、角度位置、示波器显示屏上的图形、数字显示等。在监测系统中，为实现联网采用计算机和站间通信设备，同时还可使相隔一定距离的几个测向站在测向主站或控
38、制站的指挥控制下同步工作，并将各测向站的测向数据实时地汇总到测向主站或控制站，按照定位原理，经过计算及整个系统的误差修正数据进行修正，实时得到被测目标的地理位置。214无线电定位地图在无线电管理系统中一个很重要的功能就是交会定位。为了科学的计算、表现交会定位的结果，需要利用定位地图。由于球形模型的地球仪使用不方便，而且表示地理细微部分的分辨率低，在多数情况下，使用作为弯曲地球表面一部分的平面投影的地图，称为无线电定位地图一帅J。根据一定的投影公式，在平面上表示出地理上的经纬度来表示地球表面称为地理投影。在将球面投影到平面的过程中，不能同时做到长度保真、面积保真和角度保真。用作测向地图重要的是角
39、度保真和将大圆表示成直线。在不受干扰的情况下，电波可以用地球上两点间最短连线的大圆来描述它的传播路径在地面上的投影。所有予午线、赤道和其它半径等于地球半径、圆心为地球中心的每个圆都是地球表面上的大圆。在无线电测向中就是测量当地子午线与大圆之间的角度。适合用于测向地图的投影方式：心射投影：所有大圆均投影为直线的地图投影方式。缺点是随着切点距离的增加，面积失真迅速增大；通过切点的所有大圆的相交角度与地球上相同。在距离切点5。以内出现的角度误差可忽略，但如果各测向站在心射地图上距离较远，则对每个站设计专门的测向分度盘，对失真加以考虑。锥形投影：轴穿过极点的圆锥面与地球楣切于一个纬度圈。多数用于在一张
40、地图上或一个地图系列的各个地图表示较大部分的地球。在地图上，示向度能作为直线表示出来。由于每张地图都以自己的投影为基础，示向度不能从一网-11人学碗i学忙论卫张地图转移到另一张地图上。横向墨睾托投影：投影圆柱面与地球相切f一个子午圈，达到角度保真。子午线和纬度圈投影成直角坐标恪网，其中垂直线平行于切点子午线或中心子午线，水平线平行于赤道。故随着离中心子午线距离的增大丽产生的失真不特别大，在一个投影区的失真小，可直接标示测向方位角。215定位技术的应用22-2胡为了确定辐射源的位置，常常需要两个以上位置不同的测向站(台)组网测向，利用无线电测向技术测定电波，根据其特性获得时延和传播方向参数，用各
41、测向站的示向度(线)进行交会。测向站台越多，定位越精确。条件允许时，也可使用移动测向站，在不同位置依次分时交测。为实现定位功能，通过同一平面(或球面)内两条或两条以上相互独立的位置线，可确定该平面内所求的位置。为了获得位置点的信息，至少需要使用两个基准点产生两条相交的直线。无线电测向定位过程中，以多个测向站作为基准点，实旖测向，以提供方位角信息，通过定位算法求得位置点即辐射源的位置信息H。在短波频段，如果测向机除了测定天线的方位角外还能测定其仰角，则可以只用一个测向站实现定位。通过方向测量在地球上确定一个大圆，当知道反射电离层高度的情况下可确定出距离。这样对于测向机的恒定距离附加得到一个小圆作
42、为位置线。通过这两条位置线相交也可得到所求得位置。216测向定位算法原理为在地图上计算测向点和被测信号源间的距离及适于在地图上定位，必须用到球面三角形，下面先介绍球面三角形基本知识：三条球面直线构成一个球面三角形ABC，三条边为a、b和c，三个交角为a、B和11。球面三角形有如下重要关系式：(1)正弦定律：三角形中相对元素正弦之比相等。可解决已知两条边和一个对角或两个角和一条对边的问题。12叫111人学咄I学位论支sina：sina-sinb：sinfl=sinc：sin7 (21)(2)高定律：边到对角的最短距离可由与其相邻的角和边的正弦之积求出。sinh。=sinbsincsinflsin
43、, (22)sinh6=sincsinasin,sina (23)sinh。=sinasinbsin口sin (2-4)(3)余弦边定律：三角形各边的余弦关系。可解决已知三个边或两个边和一个夹角的问题。COSa=cosbcosc+sinbsinccos口(25)COSb=COSCcosa+sincsinaCOS (26)gOSC=cosaeosb+sinasinbcos7 (27)(4)余弦角定律：三角形各角的余弦关系。可解决已知三个角或两个角和一个边的问题。cos口=一cos#cos7+sinfl-sin7COSa(2-8)cos卢=一cos，COSG+sin7sinacosb (29)co
44、s,=一COSGcosp+sinasineCOSt (2-10)(5)余切定律：三角形相邻的四个元素中，外边元素的计算关系。COtasill=cotccsinc-cosccosp (2-11)或cotasinb=cotasinT+cosycosb (2121利用示向度均值和方差、示向线交叉角、示向度质量等参数作为因子，分别使用最佳交会点估计求解式。利用球面基本三角形进行定位计算，使球面三角形的一个角处在球面坐标的一个极点上，即在极点构成角的两个边90。一缈l和90。一伊2是子午线的一部分，其差l五一I产生在极顶点处三角形的角。第三边大圆与予午线和赤道构成一个直角球面三角形，将测向线看做球面直线
45、。测向线与坐标轴(赤道和零度子午线)的交点确定方程式：xa+yb=1pqIl!人学坝掣忙论立0图22在球面三角形上定位采用极坐标(A，仍，)，令地球半径作为单位矢量(=1)。需计算的球面间隔作为正切矢量出现在相应的大圆上，轴的一段与测向线大圆构成一个宜角球面三角形。根据球面直角球面三角形公式得出如下方程(n=l，2，)：tan(a。一九。)=tan P。sin缈。口。=五。+arctan(一tan Psin妒。) tan小等in糟s 口。一以。J 小arc(等1糟) s nIa一。If213)陀一14)r2-15】f2-16)从求出的量口和b可构成直线方程：tan五，tan口。+tan妒，ta
46、n b。=1 r217)使它们相互相等，得出所求信号辐射源的坐标名，和鳃：14l【fIil人学帧1学p论义22测向定位技术准确度及误差校正26 27H491在测向定位过程中，影响定位准确度的因素很多，因此要重视对测向定位技术误差修正的重要性。221测向误差随着计算技术及与此有关的自动取向在测向技术中的应用，对测向误差的研究变得越来越重要。对误差控制的程度决定机器和测量结果的质量。在测向过程中，示向度与标准来波方位角度之差，称为测向误差。由于在不同测向体制、不同频段、不同时间和地点条件下，得到的测向结果都可能不同：其准确度涉及到电磁波传播理论、地球磁场、太阳活动周期、电离层变化等；以及测向设备本身和测向体制的因素，这些都可能导致示向度的不准确。一般影响测量精度的误差可以分为系统误差和随机误差。系统误差是由于技术上或物理上的原因造成的，可以再现但是几乎不能由测量信息本身识别出来，可利用校正曲线表示