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摘 要： 介绍了瓦特森-瓦特法和相关干涉仪测向理论，对比了大孔径测向天线阵和小孔径测向天线阵实现的原理和各自的优缺点。如何通过硬件设计满足沃森-瓦特法和相关干涉仪测向体制的要求。
【中图分类号】 TN827 【文献标识码】 A【文章编号】 2236-1879（2018）05-0248-02
0引言：
目前在无线电信号测向领域，常用的测向体制包含比幅法测向、瓦特森-瓦特测向、多普勒测向法、干涉仪测向和空间谱测向。在无线电监测测向领域普遍采用的是瓦特森-瓦特测向和干涉仪测向，两种测向体制在测向灵敏度、频率范围、测向误差、响应速度等方面各有优缺点，测向天线是影响上述指标的重要因素。
当前我们常见的超短波测向天线阵采用方式为：频率范围为30MHz-200MHz选用3米大孔径测向天线阵，200MHz-3GHz选用1米以下孔径的测向天线阵，安装方式多为车载和固定站，天线的运输和安装都比较麻烦。随着无线电应用频率范围的拓宽和更多应用平台的建立，传统的侧向天线阵已不能满足当前需求，而需要测向天线阵的体积更小，重量更轻，测向精度更高。
小孔径测向天线阵的孔径为0.4米，测向频率覆盖范围为30MHz-3GHz，分为两副天线。30MHz-170MHz测向天线采用瓦特森.瓦特测向体制，170MHz-3GHz测向天线采用相关干涉仪测向体制。
1瓦特森.瓦特测向原理。
低端170MHz以下采用瓦特森.瓦特测向体制，天线阵元用四个磁棒加线绕线圈来接收信号，该体制是采用计算求解或显示反正切值，测向天线属于小基础。即使测向灵敏度和抗波前失真受到限制，但系统简单，体积小，重量轻，测向精度高。
WATSON-WATT测向天线可以是下列天线之一：正交环天线阵、磁环天线阵。这些天线的共同特点是每个天线对在水平面内都具有8字方向图特性，天线对接收信号的幅度与入射波到达方位角的正弦成近似比例关系；
设磁环天线阵的孔径为D，N S天线对的方向和地理正北方向一致，N S天线对和E W天线对具有完全相同的电气特性。又设远处发射的无线电信号频率为f，对应的波长为λ，到达测向天线阵的方位角为a，仰角为θ；
采用数字测量技术可对两中频输出的振幅进行测量后做反正切运算得到a。实际的测量中，还需知道中心天线的幅度相位关系来判断a的象限。
2相关干涉仪测向原理
170MHz-3GHz测向天线采用相关干涉仪测向体制。现在的单通道和多通道测向天线阵，都是选其中的一个或者几个阵元做参考天线，这样会导致不同来波方向的信号可能被阻挡，导致参考阵元和选通阵元的接收电平幅度差别较大，也会影响测向精度指标。
新设计的小孔径测向天线阵的参考阵元采用多路阵元合成方式，如图4所示，这样既能保证参考阵元接收各个来波方向的信号幅度的一致性，避免遮挡。又能减少一路阵元，让八个阵元之间的距离拉大，减小阵元相互之间的互耦影响。从而，提高了测向精度。
另外，可用参考阵元通过开关切换后当做监测天线用，就不需要重新架设监测天线。
测向机采用单通道处理，即只使用一个接收机，则配备了正交复用器允许串行传输向测向仪的振幅和相位數据。参考通道A通过功率分配器将8根天线阵元接收的信号一半被加起来作为参考信号。另一路信号在射频模块中切换， 而四个正交相位为0°、90°、180°，在正交多路复用器中每一个信号叠加270°。两路信号矢量合成后，通过八个校准步骤，该过程产生40个信号段，在测向器中进行采样、滤波和缓冲，以进行后续分析。
3 测向天线的实际应用
小孔径超短波测向天线由于其体积小，测向频段宽，测向精度高等优点，得到越来越广泛的应用，除传统的固定式测向平台外，近些年还应用在搬移式测向系统和车载测向系统，以及机载测向平台。
参考文献
[1] 带局部搜索的动态多群体自适应差分进化算法及函数优化[J]. 张雪霞，陈维荣，戴朝华. 电子学报. 2010（08）
【中图分类号】 TN827 【文献标识码】 A【文章编号】 2236-1879（2018）05-0248-02
0引言：
目前在无线电信号测向领域，常用的测向体制包含比幅法测向、瓦特森-瓦特测向、多普勒测向法、干涉仪测向和空间谱测向。在无线电监测测向领域普遍采用的是瓦特森-瓦特测向和干涉仪测向，两种测向体制在测向灵敏度、频率范围、测向误差、响应速度等方面各有优缺点，测向天线是影响上述指标的重要因素。
当前我们常见的超短波测向天线阵采用方式为：频率范围为30MHz-200MHz选用3米大孔径测向天线阵，200MHz-3GHz选用1米以下孔径的测向天线阵，安装方式多为车载和固定站，天线的运输和安装都比较麻烦。随着无线电应用频率范围的拓宽和更多应用平台的建立，传统的侧向天线阵已不能满足当前需求，而需要测向天线阵的体积更小，重量更轻，测向精度更高。
小孔径测向天线阵的孔径为0.4米，测向频率覆盖范围为30MHz-3GHz，分为两副天线。30MHz-170MHz测向天线采用瓦特森.瓦特测向体制，170MHz-3GHz测向天线采用相关干涉仪测向体制。
1瓦特森.瓦特测向原理。
低端170MHz以下采用瓦特森.瓦特测向体制，天线阵元用四个磁棒加线绕线圈来接收信号，该体制是采用计算求解或显示反正切值，测向天线属于小基础。即使测向灵敏度和抗波前失真受到限制，但系统简单，体积小，重量轻，测向精度高。
WATSON-WATT测向天线可以是下列天线之一：正交环天线阵、磁环天线阵。这些天线的共同特点是每个天线对在水平面内都具有8字方向图特性，天线对接收信号的幅度与入射波到达方位角的正弦成近似比例关系；
设磁环天线阵的孔径为D，N S天线对的方向和地理正北方向一致，N S天线对和E W天线对具有完全相同的电气特性。又设远处发射的无线电信号频率为f，对应的波长为λ，到达测向天线阵的方位角为a，仰角为θ；
采用数字测量技术可对两中频输出的振幅进行测量后做反正切运算得到a。实际的测量中，还需知道中心天线的幅度相位关系来判断a的象限。
2相关干涉仪测向原理
170MHz-3GHz测向天线采用相关干涉仪测向体制。现在的单通道和多通道测向天线阵，都是选其中的一个或者几个阵元做参考天线，这样会导致不同来波方向的信号可能被阻挡，导致参考阵元和选通阵元的接收电平幅度差别较大，也会影响测向精度指标。
新设计的小孔径测向天线阵的参考阵元采用多路阵元合成方式，如图4所示，这样既能保证参考阵元接收各个来波方向的信号幅度的一致性，避免遮挡。又能减少一路阵元，让八个阵元之间的距离拉大，减小阵元相互之间的互耦影响。从而，提高了测向精度。
另外，可用参考阵元通过开关切换后当做监测天线用，就不需要重新架设监测天线。
测向机采用单通道处理，即只使用一个接收机，则配备了正交复用器允许串行传输向测向仪的振幅和相位數据。参考通道A通过功率分配器将8根天线阵元接收的信号一半被加起来作为参考信号。另一路信号在射频模块中切换， 而四个正交相位为0°、90°、180°，在正交多路复用器中每一个信号叠加270°。两路信号矢量合成后，通过八个校准步骤，该过程产生40个信号段，在测向器中进行采样、滤波和缓冲，以进行后续分析。
3 测向天线的实际应用
小孔径超短波测向天线由于其体积小，测向频段宽，测向精度高等优点，得到越来越广泛的应用，除传统的固定式测向平台外，近些年还应用在搬移式测向系统和车载测向系统，以及机载测向平台。
参考文献
[1] 带局部搜索的动态多群体自适应差分进化算法及函数优化[J]. 张雪霞，陈维荣，戴朝华. 电子学报. 2010（08）