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1RMS;
2. 测向灵敏度高:全波段内可以达到1~10V/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。
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