關(guān)于提高短波測(cè)向定位效果的探討

王心塵，陳弘揚(yáng)

（國(guó)家無(wú)線電監(jiān)測(cè)中心福建監(jiān)測(cè)站，廈門，福建 361001）

關(guān)于提高短波測(cè)向定位效果的探討

王心塵，陳弘揚(yáng)

（國(guó)家無(wú)線電監(jiān)測(cè)中心福建監(jiān)測(cè)站，廈門，福建 361001）

短波測(cè)向定位在排查相關(guān)干擾、維護(hù)電波秩序方面發(fā)揮著巨大的作用。本文從這個(gè)角度入手，推導(dǎo)了短波定位的相關(guān)算法，結(jié)合工作實(shí)例對(duì)提高短波實(shí)際定位效果提出了自己的建議，并指出了現(xiàn)有定位軟件存在的一些不足。

短波監(jiān)測(cè)；定位算法；定位效果

1 引言

短波監(jiān)測(cè)的最終目標(biāo)是定位發(fā)射源位置。臺(tái)站的定位通常需要兩個(gè)以上位置不同的測(cè)向站組網(wǎng)，利用各測(cè)向站的示向度（線）進(jìn)行交會(huì)定位；也可使用移動(dòng)測(cè)向站，在不同位置分時(shí)交測(cè)[1]。一般說(shuō)來(lái)，測(cè)向站越多，定位結(jié)果越精確。

目前，我國(guó)國(guó)家短波監(jiān)測(cè)網(wǎng)已基本建成，分布在全國(guó)九個(gè)地區(qū)的短波監(jiān)測(cè)站均具備對(duì)短波信號(hào)的監(jiān)聽、測(cè)向功能，可定位全國(guó)、亞洲乃至全球的大部分短波信號(hào)，保證了我國(guó)短波業(yè)務(wù)的正常開展。但隨著短波業(yè)務(wù)的日漸擁擠，短波信號(hào)干擾時(shí)有發(fā)生，如何提高短波定位效果和精度，進(jìn)而排除干擾日益為人們所重視。

2 定位算法

無(wú)線電測(cè)向定位過(guò)程中，我們通常采用多個(gè)測(cè)向站同時(shí)實(shí)施測(cè)向以獲得方位角信息，再通過(guò)定位算法求得輻射源的位置信息。距離較近時(shí)可通過(guò)平面幾何三角形進(jìn)行計(jì)算，并通過(guò)三角函數(shù)求解相關(guān)的信息，如圖1所示。

圖中固定站1的坐標(biāo)為（x1，y1），固定站2的位置坐標(biāo)為（x2，y2），分別測(cè)得目標(biāo)信號(hào)的坐標(biāo)后可以通過(guò)測(cè)得的入射角根據(jù)方程（1）求解目標(biāo)坐標(biāo)（x，y）。

圖1 近距離兩站定位原理示意圖

但對(duì)短波定位而言，被測(cè)信號(hào)源與監(jiān)測(cè)站之間的距離通常為幾百甚至上千公里，平面三角形的方法已不再適用。此時(shí)通常用球面三角形代替平面三角形，構(gòu)建相應(yīng)的坐標(biāo)系求解相關(guān)信號(hào)源的位置[2]。

我們構(gòu)建相關(guān)的球面坐標(biāo)系統(tǒng)，其橫、縱坐標(biāo)分別為赤道和零度子午線，規(guī)定東經(jīng)為正，西經(jīng)為負(fù)；北緯為正，南緯為負(fù)，如圖2所示。圖中測(cè)向站Sn（n=1，2，3…）坐標(biāo)已知，分別為（λn,?n），在同一時(shí)刻可監(jiān)測(cè)到同一信號(hào)源S發(fā)射的信號(hào)，其示向度分別為Pn（n=1，2，3…），測(cè)向線（及其延長(zhǎng)線）分別交赤道及本初子午線于An（令其緯度為an），Bn（令其經(jīng)度為bn）。監(jiān)測(cè)站示向度按順時(shí)針?lè)较蛴?jì)算，通過(guò)基準(zhǔn)點(diǎn)朝向北極的子午線為0°。令信號(hào)源的坐標(biāo)為（λs,?s），則由圖2易知，指向信號(hào)源的示向線與赤道和本初子午線構(gòu)成直角球面三角。

圖2 球坐標(biāo)求解目標(biāo)坐標(biāo)示意圖

根據(jù)球面三角形公式列出方程（2），（3）：

由上兩個(gè)方程解出an，bn。

由于球面三角既在圓上又在大圓上，滿足以下方程：

大弧過(guò)An，Bn兩點(diǎn)，且測(cè)向定位通常使用兩個(gè)以上監(jiān)測(cè)站（坐標(biāo)已知）進(jìn)行定位，因此將之前求得的坐標(biāo)帶入上式，可得：

方程聯(lián)立可得

即可得到信號(hào)源的坐標(biāo)。

在測(cè)向過(guò)程中，示向度與標(biāo)準(zhǔn)來(lái)波方位角度之差，稱為測(cè)向誤差。測(cè)向誤差可以分為系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差。系統(tǒng)誤差指技術(shù)或物理上造成的誤差，主要包括測(cè)向天線陣的安裝產(chǎn)生的誤差、測(cè)向接收機(jī)的本身系統(tǒng)誤差及測(cè)向站電磁環(huán)境產(chǎn)生的誤差；隨機(jī)誤差則是由不可預(yù)料的、非系統(tǒng)的原因產(chǎn)生的，主要有諸如多徑效應(yīng)產(chǎn)生的誤差等。此外，系統(tǒng)為保證測(cè)向結(jié)果的準(zhǔn)確性，還需要對(duì)無(wú)線電測(cè)向的地圖校正，對(duì)示向線的恒向線校正方程[3]為：

或

系統(tǒng)集成商華日公司開發(fā)的聯(lián)合定位系統(tǒng)在數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上，對(duì)測(cè)向、交會(huì)過(guò)程中產(chǎn)生的誤差進(jìn)行了校準(zhǔn)，根據(jù)不同的測(cè)向值對(duì)應(yīng)的測(cè)向質(zhì)量賦予以不同的權(quán)重值，從而得到相對(duì)準(zhǔn)確的定位結(jié)果。

3 提升短波定位效率的方法

為獲得精度較高的定位結(jié)果需要綜合考慮多個(gè)因素，除了在建站時(shí)要充分考慮測(cè)向臺(tái)址周圍電磁環(huán)境，配備體制成熟，精度高的測(cè)向機(jī)外，還需要在測(cè)向時(shí)選用經(jīng)驗(yàn)豐富的測(cè)向員、進(jìn)而選擇與輻射源距離較近的測(cè)向站，設(shè)定合適的參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)[4]。此外，我們要注重經(jīng)驗(yàn)的積累以及運(yùn)用相關(guān)的軟件輔助工作，從而提升定位效率。

3.1 根據(jù)實(shí)際情況靈活選擇測(cè)向站

考慮到設(shè)站位置及信號(hào)的實(shí)際接收效果，多站定位并不能確保得出更準(zhǔn)確的定位結(jié)果，因此需要具體問(wèn)題具體分析，從而得到最優(yōu)的測(cè)向定位結(jié)果。

定位短波信號(hào)時(shí)，監(jiān)測(cè)員常常遇到這樣的情況：全國(guó)短波監(jiān)測(cè)網(wǎng)中只有三個(gè)站可以接收到目標(biāo)信號(hào)，但因?yàn)槟承┰?，只有其中兩個(gè)站的監(jiān)測(cè)結(jié)果可供使用。我們以國(guó)家短波監(jiān)測(cè)網(wǎng)共同定位廣州海事信號(hào)12 613kHz為例，監(jiān)測(cè)交會(huì)圖（福建站、上海站、深圳站聯(lián)合定位）如圖3與圖4所示。由圖上可知，當(dāng)我們采用三站聯(lián)合定位時(shí)，因武夷山站和上海站示向線幾乎重合，定位效果較差，無(wú)法得到定位結(jié)果（圖3）；但僅采用福建站與深圳站聯(lián)合定位的效果就很好（圖4）。而通過(guò)查找資料發(fā)現(xiàn)，二站定位得到的結(jié)果與臺(tái)站普查得到的臺(tái)站實(shí)際發(fā)射地址僅相距10公里左右，這表明靈活采用二站定位的方法具有一定的可靠性。

圖3 三站定位廣州海事臺(tái)信號(hào)圖

圖4 二站定位廣州海事臺(tái)信號(hào)圖

3.2 靈活選擇合適的監(jiān)測(cè)站

選取合適的監(jiān)測(cè)站對(duì)短波定位結(jié)果影響也很大。我們可以使用模擬軟件對(duì)監(jiān)測(cè)站的監(jiān)測(cè)效果進(jìn)行評(píng)估，選取適合的監(jiān)測(cè)站對(duì)信號(hào)源進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從而提高測(cè)向精度。

以接收新疆方向的單邊帶信號(hào)為例進(jìn)行說(shuō)明。表1是預(yù)測(cè)采用的參數(shù)，設(shè)定電臺(tái)工作功率為100W，天線增益為3dBi，發(fā)射頻率為12 000kHz。

表1 烏魯木齊發(fā)射仿真參數(shù)（部分）

根據(jù)實(shí)際接收功率公式P=Prec+137+Ge，式中，Prec為單邊帶電臺(tái)理論接收?qǐng)鰪?qiáng)，可根據(jù)短波電臺(tái)的相應(yīng)參數(shù)仿真得到，此處為-116dBW；137為單位換算值；Ge為深圳站鏈路提供額外增益。

根據(jù)資料，深圳站天線場(chǎng)背景噪聲測(cè)量結(jié)果如圖5所示。其中橫軸為頻率（單位MHz），縱軸對(duì)應(yīng)于背景噪聲強(qiáng)度（單位d BμV）。

圖5 深圳站天線場(chǎng)背景噪聲測(cè)量結(jié)果

通過(guò)測(cè)試，12MHz對(duì)應(yīng)的背景噪聲為3.5dBμV，帶入公式可知，P=12.5dBμV，高于該頻率的背景噪聲，說(shuō)明深圳站理論上可以接收到來(lái)自烏魯木齊的短波單邊帶電臺(tái)信號(hào)。但單邊帶電臺(tái)發(fā)射功率小，發(fā)射天線增益較低，且新疆至深圳站天波路徑長(zhǎng)，電離層多變，背景噪聲也不穩(wěn)定，影響了深圳站的接收效果。此時(shí)，若其他短波站能獲得更好的接收效果，則定位精度也會(huì)相應(yīng)提升。

基于上述考慮，我們對(duì)烏魯木齊發(fā)射的12 000kHz信號(hào)采用ITS軟件進(jìn)行相關(guān)預(yù)測(cè)。仿真時(shí)間為清晨8點(diǎn)（UTC時(shí)間0點(diǎn)，新疆與深圳有2個(gè)小時(shí)時(shí)差），信噪比為45。

圖6、圖7分別為烏魯木齊發(fā)射的MUF預(yù)測(cè)圖與接收效果圖。由圖6可見，成都站與深圳站的MUF非常接近（均為13 400kH z左右），而圖7則顯示成都站與深圳站接收相同USB報(bào)話信號(hào)的強(qiáng)度高出10dB左右（接收效果分別為-105d BμV與-115d BμV），可見從理論上說(shuō)，成都站在預(yù)測(cè)的時(shí)段內(nèi)比深圳站更適宜監(jiān)測(cè)烏魯木齊方向信號(hào)。此時(shí)若采用成都監(jiān)測(cè)站對(duì)目標(biāo)信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，無(wú)疑將起到更好的效果。

圖6 烏魯木齊發(fā)射MUF預(yù)測(cè)圖

圖7 烏魯木齊發(fā)射12 000kHz信號(hào)接收效果圖

3.3 加強(qiáng)對(duì)算法研究和現(xiàn)有軟件功能的改進(jìn)

目前，短波干擾查找的手段主要是通過(guò)國(guó)家短波監(jiān)測(cè)網(wǎng)定位干擾至省、市一級(jí)，然后與現(xiàn)有短波數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)資料進(jìn)行對(duì)比或采用移動(dòng)監(jiān)測(cè)車逼近查找，對(duì)短波定位數(shù)據(jù)精度的依賴有限。但如何提高短波定位精度也是我們進(jìn)一步提高和完善短波監(jiān)測(cè)網(wǎng)功能的課題之一。另外，對(duì)短波定位效果的評(píng)估仍缺乏相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，操作流程也尚待梳理和統(tǒng)一，頻譜監(jiān)測(cè)手冊(cè)中提到的操作建議，如對(duì)短波信號(hào)“必須有足夠的時(shí)間去得到充分的平均值”這一事實(shí)與短波信號(hào)出現(xiàn)的特殊性及相應(yīng)操作流程仍存在沖突，上述問(wèn)題均需在之后的工作中繼續(xù)研究。

此外，現(xiàn)有的國(guó)家無(wú)線電監(jiān)測(cè)中心短波定位系統(tǒng)采用對(duì)不同的出于計(jì)算精度和收斂速度的考慮，在計(jì)算時(shí)通常對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行數(shù)學(xué)處理。數(shù)學(xué)模型的簡(jiǎn)化固然提升了處理速度，但也造成交會(huì)結(jié)果誤差。存在的不足主要是：

⊙相關(guān)算法的交會(huì)精度僅達(dá)到半個(gè)經(jīng)緯度的量級(jí)，制約了結(jié)果的準(zhǔn)確度。

⊙短波天波模型傳播受制于大氣層狀況及多徑效應(yīng)，目前仍缺乏更準(zhǔn)確的模型。

⊙現(xiàn)有定位軟件更著重于呈現(xiàn)交會(huì)結(jié)果，相對(duì)忽視測(cè)向的可信度的評(píng)級(jí)，算法也更側(cè)重于從統(tǒng)計(jì)學(xué)角度降低誤差。

以上技術(shù)方面的難點(diǎn)也亟需得到解決。

4 結(jié)束語(yǔ)

短波固定測(cè)向站建設(shè)投入大、周期長(zhǎng)，僅依靠增加固定站的數(shù)量來(lái)提高定位效果并不可取。短波定位算法復(fù)雜，研究難度大，因此短期內(nèi)只能從現(xiàn)有設(shè)備使用方法以及數(shù)學(xué)處理過(guò)程著手提高短波網(wǎng)的定位能力。本文從這個(gè)角度出發(fā)，推導(dǎo)了地球表面短波監(jiān)測(cè)兩站定位的基本公式，并通過(guò)實(shí)例討論了工作中若干提升短波定位效果的做法及現(xiàn)有軟件算法存在的不足。相信隨著相關(guān)算法研究的深入和其他先進(jìn)定位方法的被提出，短波監(jiān)測(cè)網(wǎng)的定位能力一定會(huì)繼續(xù)提高。

[1] 汪祖升．無(wú)線電測(cè)向[M]．中國(guó)人民解放軍信息工程學(xué)院，1988

[2] 習(xí)項(xiàng)武．古典幾何學(xué)[M]．上海：復(fù)旦大學(xué)出版社，1986:63-65

[3] 劉嘉佳．無(wú)線電測(cè)向定位算法的研究及其應(yīng)用[D]．四川大學(xué)，2004

[4] 周鴻順．頻譜監(jiān)測(cè)手冊(cè)[M]．北京：人民郵電出版社，2006

銳捷網(wǎng)絡(luò)公布2014產(chǎn)品戰(zhàn)略

近日，銳捷網(wǎng)絡(luò)在北京公布了2014年產(chǎn)品戰(zhàn)略并推出了幾款新產(chǎn)品?！昂?jiǎn)網(wǎng)絡(luò)，云體驗(yàn)”產(chǎn)品戰(zhàn)略主張打破傳統(tǒng)龐雜的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)體系，開啟“極簡(jiǎn)網(wǎng)絡(luò)”全新時(shí)代，現(xiàn)在開始，你只需要管理“一臺(tái)”交換機(jī)。同時(shí)，面向移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展所帶來(lái)的終端和應(yīng)用的激增及巨變，而作為承載終端和應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)本身并沒(méi)有太大的變化，銳捷網(wǎng)絡(luò)聚焦移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的終端和應(yīng)用，為客戶打造“為移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)而生的網(wǎng)絡(luò)”。另外，在如何幫助中國(guó)用戶在云計(jì)算和大數(shù)據(jù)時(shí)代成功，銳捷網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有從按傳統(tǒng)思路去考慮云架構(gòu)怎么建，服務(wù)器怎么規(guī)劃等等。而是反過(guò)來(lái)思考云，為什么會(huì)有云，因?yàn)樵颇軌蚪o最終IT使用者更好的體驗(yàn)，哪些傳統(tǒng)IT可以變成云IT，基于云的應(yīng)用需要什么樣的內(nèi)容網(wǎng)絡(luò)，需要什么樣的數(shù)據(jù)中心，從這樣的思路去做產(chǎn)品，致力于為中國(guó)的云應(yīng)用進(jìn)行創(chuàng)新，成為用戶可信賴的“云伙伴“。

銳捷網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品和解決方案市場(chǎng)部總經(jīng)理?xiàng)罴t飛說(shuō)，傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)更多的在強(qiáng)調(diào)有線網(wǎng)絡(luò)，而今天的網(wǎng)絡(luò)除了有線還必須融合無(wú)線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，整體復(fù)雜性進(jìn)一步增加，給用戶的應(yīng)用也帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。銳捷強(qiáng)調(diào)的“簡(jiǎn)網(wǎng)絡(luò)”，就是要讓網(wǎng)絡(luò)更簡(jiǎn)單，“簡(jiǎn)單”不僅使得網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建、使用、管理更具易用性，同時(shí)，“簡(jiǎn)單”也意味著網(wǎng)絡(luò)更強(qiáng)大，更具擴(kuò)展性。而“云體驗(yàn)”則是從“云”誕生的初衷出發(fā)，關(guān)注云的應(yīng)用需要什么樣的網(wǎng)絡(luò)，需要什么樣的數(shù)據(jù)中心。銳捷致力于以“云”為基礎(chǔ)替最終用戶打造出更好的體驗(yàn)。

楊紅飛進(jìn)一步談到，要真正實(shí)現(xiàn)“簡(jiǎn)網(wǎng)絡(luò)·云體驗(yàn)”的產(chǎn)品戰(zhàn)略，就必須用與眾不同的創(chuàng)新模式來(lái)驅(qū)動(dòng)，這也是銳捷獨(dú)特的創(chuàng)新之道：即從客戶的需求和問(wèn)題出發(fā)，基于不同應(yīng)用場(chǎng)景的模式去創(chuàng)新，只有將每個(gè)場(chǎng)景的體驗(yàn)做到極致，才能做出真正創(chuàng)新的、前所未有的產(chǎn)品，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)從跟隨到領(lǐng)先的跨越。

銳捷網(wǎng)絡(luò)三位產(chǎn)品線總監(jiān)潘志華、蔡韡、項(xiàng)小升也分別從“為中國(guó)云應(yīng)用創(chuàng)新”、“為移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)而生”、“極簡(jiǎn)網(wǎng)絡(luò)”三個(gè)方面對(duì)“簡(jiǎn)網(wǎng)絡(luò)?云體驗(yàn)”戰(zhàn)略進(jìn)行了深入解讀。展望未來(lái)，以“簡(jiǎn)網(wǎng)絡(luò)?云體驗(yàn)”的新產(chǎn)品戰(zhàn)略，銳捷網(wǎng)絡(luò)將不僅讓用戶充分釋放出網(wǎng)絡(luò)的能量和價(jià)值，也讓每一位對(duì)云時(shí)代充滿期冀的用戶，能夠遇見美好未來(lái)。

世紀(jì)?？茖⒘料郈CBN 2014

CCBN 2014即將舉辦，世紀(jì)?？萍瘓F(tuán)將攜旗下北京世紀(jì)睿科系統(tǒng)技術(shù)有限公司、時(shí)代華睿（北京）科技有限公司、北京永達(dá)天恒國(guó)際數(shù)碼科技有限公司盛裝亮相老國(guó)展2號(hào)展館2204展位。世紀(jì)睿科集團(tuán)結(jié)合CCBN“融合高速網(wǎng)絡(luò)，領(lǐng)航新媒體時(shí)代”的全新主題，部署4G傳輸時(shí)代、全媒體內(nèi)容生產(chǎn)發(fā)布平臺(tái)、全地域無(wú)線傳輸與覆蓋、新一代節(jié)目傳輸與交換平臺(tái)、你好世界杯EVSC-CAST云服務(wù)等14個(gè)展區(qū)，全方位展示覆蓋制、播、傳、監(jiān)、控、編的全媒體高精尖系統(tǒng)平臺(tái)和解決方案。

新媒體本次CCBN展示沿襲去年面向全媒體的采集、生產(chǎn)、發(fā)布的全流程系統(tǒng)展示模式，同時(shí)加入更多新亮點(diǎn)：面向4G時(shí)代的多終端傳輸應(yīng)用，顛覆傳統(tǒng)無(wú)線傳輸模式，實(shí)現(xiàn)真正意義基于移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的廣播級(jí)高清便攜移動(dòng)傳輸；融合微信、微視、UGC等新媒體元素的面向多終端全媒體生產(chǎn)發(fā)布平臺(tái)，為用戶帶來(lái)更多的節(jié)目受眾群體和盈利模式。

BGAN（寬帶全球局域網(wǎng)）以及Satcom（衛(wèi)星通信）捆綁4G/3G信號(hào)回傳解決方案將亮相本次展會(huì)，向用戶展示通過(guò)3G/4G/Wi-Fi/K u/C波段衛(wèi)星資源等多種網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行的文件與視頻流SD/HD信號(hào)傳輸，既可以通過(guò)專線方式接入用戶傳輸機(jī)房也可以基于公共網(wǎng)絡(luò)傳輸，最大限度節(jié)約用戶應(yīng)急新聞等傳輸成本，令用戶可直接聯(lián)系世紀(jì)?？萍瘓F(tuán)調(diào)配衛(wèi)星資源進(jìn)行傳輸。

Research on improving the Accuracy of Shortwave Signal Positioning

Wang Xinchen, Chen Hongyang
(Fujian Radio Monitoring Station, State Radio Monitoring Center, Xiamen 361001, China)

HF direction finding technology plays an important role in interference location and frequencyspectrum management. However, our existing positioning system has its natural weakness due to technologylim itation, software design and device aging. In this paper, we derived relevant location algorithms, and developseveral effective ways to improve our interference locating accuracy based on experiment.

shortwave monitoring; location algorithm; location accuracy

10.3969/j.issn.1672-7274.2014.03.013

TN8,TN 92

B

1672-7274（2014）03-0052-05

王心塵，男，1982年生，廈門大學(xué)研究生畢業(yè)，專業(yè)為微電子學(xué)，現(xiàn)任國(guó)家無(wú)線電監(jiān)測(cè)中心福建監(jiān)測(cè)站工程師，研究方向?yàn)槎滩ūO(jiān)測(cè)、信號(hào)傳播。