【定位】无线电测向相关知识（1）

梦里梦外; 2023-01-19 08:09 147阅读 0赞

### 无线电测向相关知识（1） ###

*  发射
 *  传输
 *  接收
 *  定位相关
 *  载波调制（模拟信号）
 *   *  目的：
     *  分类：
 *  比较
 *   *  雷达和声纳
 *  关于无线电测向比赛
 *  参考

2021年5月8日

无线电的整个过程分为：发射、传播、接收三个大步骤。其中细节在下面进行详细描述。

\[注\] 此处所指无线电仅限于30KHz–300mHz频段相关电波。

# 发射 #

【脉冲调制器】首先产生有用的信号，譬如图片、声音等。将信号和高频振荡器产生的高频波使用脉冲调制器进行调制，得出调制信号 。

【放大器】调制信号比较微弱（一般指幅值小，强度低），随后将调制信号进行**放大处理**，保证在一定区域内的接收机可以接收到满意的电平，且不干扰相邻信道的通信。步骤为：输入待测信号，经放大和带通滤波后与参考信号共同输入乘法器得到的结果再通过低通滤波器滤波后输出。（没看懂）

【天线】通过天线将放大后的信号进行发射。偶极振子的原理，引用知乎上[无线深海][Link 1]这位老哥文章中的一张图来解释。此时的振子长度为 1 2 \{1 \\over 2\} 21的时候效果最好。

![Alt][]

它的这张图也贼形象～

![Alt][Alt 1]

# 传输 #

电磁波在日常生活中的实际传播环境，由于地面存在各种各样的物体，使电磁波除了由直射的情况外，还会发生反射、折射、绕射（衍射）、穿透，还会出现噪声干扰等情况。

# 接收 #

【谐振电路】通过对电路参数的调节,我们可以得到有较大的响应特定频率的信号，由此可以区分不同的信号。

【天线】因为空间是充满电磁波的所以只要在空间中部署一根导线（此处为天线）即可产生电荷的移动变化，通过测量由于电荷聚散所引起的变化的电压，就可以间接得到电磁波的频率。最终得到电磁波中所传递的信息。

【放大器】通过在空中的传播，由天线获取的信号已经变得比较微弱，需要使用放大器对其进行放大。

【滤波器】对于上步所获得的信号波，对其进行滤波以获得目标信息。放大和滤波的顺序？

【解调器】根据预知的调制算法进行解调。

# 定位相关 #

距离：根据上述过程我们可以很清楚地看到在接收阶段一个是天线获取的数据会因距离等因素而产生不同的强度的信号波（电压不同），二是最后解调器输出的最终信号的质量可以更加直观地给予我们信号的质量（譬如，收音比较模糊）。

方向：当天线和发射设备发射方向成平行（重合）时，声音是最大的，需要听声辨位。（无线电测向比赛中）

# 载波调制（模拟信号） #

广义的调制分为基带调制、载波调制，根据信号种类可以分为模拟信号和数字信号。本小节仅限于**模拟信号的载波调制**。

## 目的： ##

1.  无线传输过程中，为了提高接收效率，天线的尺寸必须和发射信号的波长相似，而这是不现实的。**并非高中所学的低频信号无法发出，在理论上是可行的，只能说是不合适**
    
    > 波速 = 波长\*频率 单位分别为：m/s、 m、Hz
2.  信道多路复用，提高信道利用率；
3.  扩展信号带宽，提高系统的抗干扰能力。

## 分类： ##

> 1.  **调幅** ：AM，即幅度调制。有调制信号控制高频载波的幅度，使之随调制信号作线性变化的过程。已调信号由波峰和波谷的形状来代替原来信号的形状。
> 2.  **调频** ：FM，是一种以载波的瞬时频率变化来表示信息的调制方式。瞬时相位偏移随调制信号m(t)作**比例变化**。
>     
>     已调信号由频率的变化表示原信号的数值变化。
> 3.  **调相** ：PM，是一种以载波的瞬时频率变化来表示信息的调制方式。瞬时相位偏移随调制信号m(t)作**线性变化**。
>     
>     和调频统称为角度调制。
> 4.  **脉冲调宽** ：？？？？没看懂。

**调幅示意1：**

设正弦型载波为：

c ( t ) = A c o s ( ω c t + φ 0 ) c(t) = Acos(\\omega\_c t + \\varphi\_0) c(t)=Acos(ωct\+φ0)

其中：A为载波幅度；omega\_c 为载波角频率；phi\_0为载波初始相位，可以假设其为0，由此来进行讨论。

调幅完成后的以调信号可以表示为：

s m ( t ) = A m ( t ) c o s ω c t s\_m(t)=Am(t)cos\\omega\_ct sm(t)=Am(t)cosωct

其中：m(t)为基带调制信号，即原信号。

则已调信号的频谱（即，频率的分布曲线）为

？ ？ S m ( ω ) = A 2 \[ M ( ω + ω c ) + M ( ω − ω c ) \] ？？S\_m(\\omega)=\{A \\over 2\}\[M(\\omega+\\omega\_c)+M(\\omega-\\omega\_c)\] ？？Sm(ω)=2A\[M(ω\+ωc)\+M(ω−ωc)\]

**角度调制示意2：**

设正弦载波为：

x c ( t ) = A c c o s ( 2 π f c t ) x\_\{c\}(t)= A\_\{c\} \\ cos(2 \\pi f\_ \{c\}t) xc(t)=Accos(2πfct)

其中

角度调制信号的一般表达式为：

s m ( t ) = A c o s \[ ω c t + φ ( t ) \] s\_m(t)=Acos\[\\omega\_ct+\\varphi(t)\] sm(t)=Acos\[ωct\+φ(t)\]

其中：A为载波的恒定振幅， ω c t + φ ( t ) \\omega\_ct+\\varphi(t) ωct\+φ(t) 为信号的瞬时相位，记为  θ ( t ) \\theta(t) θ(t) ; φ ( t ) \\varphi(t) φ(t) 为相对于载波相位  ω c t \\omega\_ct ωct 的瞬时相位偏移； d d t ( ω c t + φ ( t ) ) \{d\\over dt\} (\\omega\_ct+\\varphi(t)) dtd(ωct\+φ(t)) 为信号的瞬时角频率，记为 ω ( t ) \\omega(t) ω(t) ； d φ ( t ) d t \{d\\varphi(t) \\over dt\} dtdφ(t) 为相对于载频 ω c \\omega\_c ωc 的瞬时频偏。

对于**PM**， φ ( t ) = K p m ( t ) \\varphi(t)=K\_pm(t) φ(t)=Kpm(t),其中 K p K\_p Kp为调相灵敏度，含义为：单位调制信号幅度引起PM信号的相位偏移量。

此时可有调相信号为：

s P M ( t ) = A c o s \[ ω c t + K p m ( t ) \] s\_\{PM\}(t)=Acos\[\\omega\_ct+K\_pm(t)\] sPM(t)=Acos\[ωct\+Kpm(t)\]

对于**FM**， d φ ( t ) d t = K f m ( t ) \{d\\varphi(t) \\over dt\}=K\_fm(t) dtdφ(t)=Kfm(t),其中的 K f K\_f Kf为调频灵敏度。

此时有调频信号为：

s F M ( t ) = A c o s \[ ω c t + K f ∫ m ( τ ) d τ \] s\_\{FM\}(t)=Acos\[\\omega\_ct+K\_f \\int m(\\tau)d\\tau\] sFM(t)=Acos\[ωct\+Kf∫m(τ)dτ\]

注：频率和相位具有微分和积分的关系，即调频和调相二者之间可以相互转换。

# 比较 #

## 雷达和声纳 ##

雷达和声呐是定位设备自身主动向外发射信号，通过反射来计算斜距、仰角、方位角，由此来确定被定位设备的位置。

无线电测向是通过接收被定位设备发出的信号来对其进行定位的。

即前者是定别人位，后者是让别人定位。

# 关于无线电测向比赛 #

这部分是从我朋友那里了解到的，他们在18年曾参加过测向比赛。  
现场整体范围不大，会有n个信号发射器，每个信号发射器的频率不同，需要按照顺序进行查找打卡。其中会存在m个干扰信号源，其发射频率和要求的信号源会有几分相像。他们通过听声音来分辨方位，通过两个点辨方位构造三角形来进行第三个点的大体位置的确定，然后就，跑，跑，不停地跑～～～

# 参考 #

1.  樊昌信 曹丽娜《通信原理（第7版）》，国防工业出版社，2019.
2.  [通俗易懂！看完你就是半个天线专家了][Link 1]
3.  [维基百科–频谱][Link 2]
4.  [维基百科–频率调制][Link 3]
5.  [Vol.014 相控阵雷达如何发现目标 - YouTube][Vol.014 _ - YouTube]
6.  [06电磁波的发射 电磁波 高中物理 - YouTube][06_ _ _ - YouTube]
7.  [07无线电波的接收 电磁波 高中物理 - YouTube][07_ _ _ - YouTube]
8.  [天线是如何接收到电磁波的？ - 或非鱼的回答 - 知乎][- _ -]
9.  [天线是如何接收到电磁波的？ - Pjer的回答 - 知乎][- Pjer_ -]
10. [维基百科–无线电][Link 4]

[Link 1]: https://zhuanlan.zhihu.com/p/51098683
[Alt]: /images/20221021/970215bf7fbe486a8d34adbb9bb0ae17.png
[Alt 1]: /images/20221021/b8f9b4e669ae49d0a0a930fcdb57c131.png
[Link 2]: https://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%A2%91%E8%B0%B1
[Link 3]: https://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%A2%91%E7%8E%87%E8%B0%83%E5%88%B6#%E8%B0%83%E5%88%B6
[Vol.014 _ - YouTube]: https://www.youtube.com/watch?v=fAUUHRXxTI4&t=70s
[06_ _ _ - YouTube]: https://www.youtube.com/watch?v=mrZw3u1Aa74
[07_ _ _ - YouTube]: https://www.youtube.com/watch?v=0PO9rthNdew&t=1s
[- _ -]: https://www.zhihu.com/question/328054510/answer/846620809
[- Pjer_ -]: https://www.zhihu.com/question/328054510/answer/809134835
[Link 4]: https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%97%A0%E7%BA%BF%E7%94%B5#%E4%BC%A0%E6%92%AD