無線電測(cè)向系統(tǒng)設(shè)備性能測(cè)試

畢浩云 秦夏臻 馬 欣 / . 廣州市無線電監(jiān)測(cè)計(jì)算站；. 上海市計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究院上海市電磁兼容檢測(cè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

0 引言

無線電測(cè)向主要用于測(cè)量無線發(fā)射源的方向，在無線電監(jiān)測(cè)部門用于查找干擾源和定位非法電臺(tái)。

無線電測(cè)向系統(tǒng)由測(cè)向天線和測(cè)向系統(tǒng)設(shè)備（接收機(jī)、測(cè)向處理器和控制單元）組成。為了解無線電測(cè)向系統(tǒng)的性能是否達(dá)到設(shè)計(jì)的要求，需要就測(cè)向系統(tǒng)的測(cè)向準(zhǔn)確度、測(cè)向靈敏度、最小測(cè)向時(shí)間和測(cè)向速度對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試分為設(shè)備測(cè)試和場(chǎng)地測(cè)試。場(chǎng)地測(cè)試要求在沒有傳播和環(huán)境干擾的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試場(chǎng)地架設(shè)測(cè)向天線進(jìn)行。本文以五單元雙通道相關(guān)干涉測(cè)向系統(tǒng)為例，研究除天線以外的測(cè)向系統(tǒng)設(shè)備的性能測(cè)試。

1 測(cè)向天線模擬器

測(cè)試采用天線模擬器來代替測(cè)向天線。測(cè)向天線模擬器將信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)輸出相位一致的多路功分器，通過特定長(zhǎng)度的饋線調(diào)整相位后送到天線開關(guān)單元，從而模擬了某一入射信號(hào)在測(cè)向天線的5個(gè)振子中產(chǎn)生的相位差。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3組饋線對(duì)應(yīng)了3層測(cè)向天線。圖2是某層測(cè)向天線模擬器的示意圖。該測(cè)向天線模擬器模擬了72°入射角，即正對(duì)著2號(hào)天線振子入射。

圖1 測(cè)向天線模擬器

圖2 模擬72°入射角

其中L1至L5為天線振子對(duì)應(yīng)的5條饋線長(zhǎng)度，該層測(cè)向天線的直徑為D。假設(shè)信號(hào)入射角為72°，即正對(duì)2號(hào)天線振子入射，從上圖的三角幾何關(guān)系不難得出：

設(shè)定L2= 50 cm 代入式（1）、（2）可得出各饋線組的饋線長(zhǎng)度，見表1。

天線模擬器必須用網(wǎng)絡(luò)分析儀作校準(zhǔn)才能使用。使用天線模擬器時(shí)測(cè)向處理器中應(yīng)裝入根據(jù)模擬天線尺寸計(jì)算生成的相位作為原始相位樣本。

表1 72°天線模擬器的饋線長(zhǎng)度 單位：cm

2 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)

測(cè)試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖3，由測(cè)試計(jì)算機(jī)通過GPIB接口控制信號(hào)發(fā)生器，產(chǎn)生相應(yīng)頻率和幅度的射頻信號(hào)在天線模擬器上模擬與1號(hào)天線振子72°夾角的入射信號(hào)，測(cè)向處理器的測(cè)向結(jié)果通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)接口傳回測(cè)試計(jì)算機(jī)。從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)測(cè)向系統(tǒng)的自動(dòng)測(cè)試。

圖3 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)

3 測(cè)試指標(biāo)和方法

3.1 測(cè)向靈敏度

測(cè)向靈敏度是指保證測(cè)向示向度讀數(shù)偏差容限所需信號(hào)的最小電場(chǎng)強(qiáng)度。由于采用了天線模擬器，可根據(jù)實(shí)際天線的天線因子計(jì)算出實(shí)際天線在各頻率上相應(yīng)的最大輸入電平Pe，即靈敏度要求。

測(cè)試方法：先測(cè)得足夠強(qiáng)輸入電平下的示向度θv，再測(cè)出在輸入電平Pe下的示向度 θm，并連續(xù)記錄10次有效測(cè)向（誤差不大于指標(biāo)要求且測(cè)向有效），計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)誤差δ

測(cè)試時(shí)由信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生無調(diào)制連續(xù)波射頻信號(hào)，測(cè)向機(jī)的信號(hào)捕獲時(shí)間需設(shè)至最長(zhǎng)，接收機(jī)工作在高靈敏模式，并開啟天線開關(guān)單元中的射頻放大器以達(dá)最大系統(tǒng)增益。

3.2 測(cè)向準(zhǔn)確度

測(cè)向系統(tǒng)的準(zhǔn)確度是指測(cè)向機(jī)所測(cè)得的示向度與真實(shí)方向角之間的誤差。

測(cè)試方法：由天線模擬器產(chǎn)生測(cè)向系統(tǒng)工作頻段內(nèi)，合適步長(zhǎng)的射頻信號(hào)，并確保測(cè)向機(jī)的輸入電平信噪比大于20 dB。天線模擬器模擬的信號(hào)入射角 （如72°），測(cè)向系統(tǒng)實(shí)際測(cè)得的示向度θmes，經(jīng)對(duì)M個(gè)不同頻率的信號(hào)分別測(cè)試N次后，根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)通過以下公式計(jì)算測(cè)向誤差。同時(shí)要求對(duì)測(cè)向有效率（誤差不大于指標(biāo)要求且測(cè)向有效）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

若設(shè)計(jì)要求達(dá)到ITU R SM.1269建議的測(cè)向準(zhǔn)確度A類，95%置信區(qū)間內(nèi)測(cè)向誤差需小于1°。

3.3 測(cè)向掃描速度

測(cè)向掃描速度是指在FFT帶寬內(nèi)用最大分辨力帶寬完成一次測(cè)向的速度。

測(cè)試方法：由信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生某一頻率足夠強(qiáng)的無調(diào)制信號(hào)，測(cè)向系統(tǒng)設(shè)定為頻率掃描測(cè)向模式，掃描帶寬為掃描終止頻率和起始頻率之差，掃描分辨力帶寬設(shè)至最大，捕獲時(shí)間設(shè)成最短。連續(xù)測(cè)向一段時(shí)間后，記錄在測(cè)向紀(jì)錄中兩次連續(xù)測(cè)得同一頻率的測(cè)向時(shí)間。由下式計(jì)算掃描速度：

3.4 最小測(cè)向時(shí)間

最小測(cè)向時(shí)間反映了測(cè)向系統(tǒng)對(duì)猝發(fā)信號(hào)的測(cè)向能力。

測(cè)試方法：由射頻信號(hào)源產(chǎn)生以指標(biāo)要求的最小測(cè)向時(shí)間為脈寬，以最小測(cè)向時(shí)間的100倍為周期,足夠強(qiáng)的脈沖調(diào)制信號(hào)。測(cè)向系統(tǒng)的分辨力帶寬設(shè)為最大，捕獲時(shí)間設(shè)成最短。觀察測(cè)向準(zhǔn)確度是否達(dá)到要求。

4 結(jié)語

利用測(cè)向天線模擬器替代測(cè)向天線，使無線電測(cè)向系統(tǒng)設(shè)備性能指標(biāo)測(cè)試更加便捷，而且可以有效避免場(chǎng)地測(cè)試時(shí)環(huán)境因素的影響。利用文中的天線模擬器和自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)已成功對(duì)多套Thales的ESMERALDA測(cè)向系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行測(cè)試。而針對(duì)五單元雙通道相關(guān)干涉測(cè)向原理及方法也適用于九單元多通道相關(guān)干涉測(cè)向體系。

[1]周鴻順. VHF/UHF無線電測(cè)向設(shè)備主要技術(shù)指標(biāo)和測(cè)試方法[J].中國(guó)無線電管理，1995(5)：18-20.

[2]ITU Radiocommunication Bureau.Handbook on Spectrum Monitoring[S]. Geneve, Edition，2002.