国内外空中无线电定位跟踪测向原理与方法

第一章绪论

1.1研究的背景与意义
1.1.1研究背景
无线电频谱资源不仅关系到“信息时代”经济的发展，民生的改善，同时影响国家主权、国家安全和国防建设。无线电频谱是一种稀缺的特殊资源，具有资源的有限性、复用性、非消耗性、易污染性和传播的无国界性等特点，它归国家所有。随着无线电业务的日益丰富，科学有效地管理好无线频谱资源，不仅对保障各种无线业务的应用和发展有积极意义，更对国家、社会安全，人民群众正常的工作、生活秩序起着重要的保障作用。随着第3代移动通信技术走向商用、Wi-n和WiMAX等技术的日益成熟、宽带无线接入系统以及移动数字电视技术的广泛应用、各类无线电台站和无线电发射设备的数量急剧增加，也使得传统的无线电管理面临着更多的挑战。
日趋复杂的电磁环境也对无线电管理的各类手段提出了更高的要求，面对电磁环境测试、无线电频率监测、干扰查处、重大活动保障等日趋艰巨的各项监测任务，构筑适合区域广度和功能深度的无线电监管手段，已成为区域无线电管理的基本要求；而保证无线电管理的有效性和及时性，也成为政府部门监管导向能适应无线电业务变革的基本要求。无线电定位技术的实际应用幵始于第一次世界大战初期，在军事领域中应用也越来越重要，如今广泛应用于导航、气象、测绘和天体研究等方面。无线电定位可以为人类提供精确的导航、地理测量等信息，是现代社会生活的重要保障；在无线电监测任务中，查找干扰源位置，查处干扰源，是保护合法站点的有力保障。
在军事领域，无线电定位技术是电子战的一个重要研究领域和重要分支，在现代高技术条件下，天、地、海、空电磁波领域的多维一体化作战的战争中，该技术在电子战系统中占据着越来越重要的地位和作用。它有助于发挥精确打击武器的作用，为最终摧毁对方提供强有力的保障；在部队执行任务时，监测部队用频被非法占用的频率，有利于保障部队的频率资源，以及查找敌方频率位置，有力打击敌方单位，是完成各项任务的有力保障。为了适应无线电事业迅速发展的需要，管理和维护好空中电波秩序，保障国家安全和人民生命财产安全，强化无线电管理技术手段，合理开发利用无线电频谱资源，促进社会经济发展的总体要求;同时在现阶段武警部队执行任务中面对复杂电磁环境的条件下，为了保障部队执行任务的频率需求，以及精确定位敌方单位的需要，对空中无线电监测测向系统进行研究分析，尝试建立空地一体的无线电监测网，以适应未来信息化战争的需要。
在结合云南省无线电监测中心与云南大学信息学院的合作项目《云南省空中无线电监测平台技术及方法研究》的基础上，构建一套空中无线电监测测向系统，形成具备远程控制、联合测向、重点监测、精确定位、实时查处等多功能的现代化立体化监测系统，将可实现对所管辖区域内全频段、全业务、全时段、全方位的监测、测向、定位，从而全面提升技术管理水平，其地位和作用尤为重要。本文对空中无线电监测测向与定位技术进行研究分析，特别对空中单站无源定位技术进行研究，构建一套空中无线电监测测向系统，指导实际应用，具有现实价值。
1.1.2研究的意义
近年来，我国各级无线电管理部门在无线电日常监测任务中，能及时查处有害干扰，维护无线电电波秩序，为国家的经济建设、维护国家安全和社会稳定做出了积极贡献。随着无线电技术的广泛应用和迅速发展，无线电监测工作的责任越来越重大，尤其是涉及国家安全、影响社会稳定、危害人民生命、财产安全的重大突发事件，要求无线电监测管理部门在认真做好日常监测任务的同时，建立应急监测机制，快速高效处置突发事件，并将其纳入重要工作日程，从人员、设备、运行机制上形成一个严密体系，建立严格的工作制度，常抓不懈空中无线电监测系统的建立将大大扩展无线电应急管理体制的广度与深度，实现空、地一体，快速反应，有效处置的能力。建立空中无线电监测测向系统有以下意义[3]:
(1)保障重要部门无线电通信畅通，维护国家安全和社会稳定。通过空中无线电监测准确地掌握空中电磁环境情况，构建良好的电磁环境、良好的电波秩序，可以有力保障军队、政府、航空、航海、公安、交通、气象、广电等重要部门的无线电通信畅通和安全，保障正常的经济建设和社会活动。
(2)保障民用航空、导航无线电等业务的安全。通过空中无线电监测，可以及时、全面地掌握机场导航台上空的电磁环境情况，有效防止航空管制区域的无线电干扰，保障机场航空、导航无线电业务的安全。
(3)保障地区及边境无线电通信安全。在边境口岸众多的地方，与许多国家接壤，通过实施空中无线电监测，能够保障特定地区及边境的无线电通信安全，保护国家无线电频率资源。

    1.2 空中无线电监测系统现状 ....................10-12
        1.2.1 国外现状 ....................10-12
        1.2.2 国内现状 ....................12
    1.3 论文研究的主要内容 ....................12-13
    1.4 论文研究的创新点 ....................13-14
第二章 无线电监测测向与定位技术 ....................14-28
    2.1 电磁波传播的理论与模型 ....................14-18
    2.2 无线电监测技术 ....................18-19
        2.2.1 无线电监测工作 ....................18-19
        2.2.2 无线电监测技术概况 ....................19
    2.3 无线电测向 ....................19-22
        2.3.1 无线电测向原理 ....................19-20
        2.3.2 常规无线电测向方法 ....................20-22
    2.4 无线电定位跟踪技术 ....................22-26
        2.4.1 定位跟踪技术概况 ....................22-24
        2.4.2 单站定位跟踪技术分类 ....................24-26
    2.5 本章小结 ....................26-28
第三章 空中无线电监测测向系统设计 ....................28-38
    3.1 系统的设计原则 ....................28
    3.2 系统的功能需求 ....................28-29
    3.3 系统的设计 ....................29-35
        3.3.1 监测测向设备系统 ....................29-30
        3.3.2 平台载体系统 ....................30-34
        3.3.3 指挥控制中心 ....................34
        3.3.4 数据传输系统 ....................34-35
    3.4 军事应用的系统改进 ....................35-36
    3.5 系统的应用前景 ....................36-37
    3.6 本章小结 ....................37-38
第四章 空中无线电监测测向系统试验 ....................38-56
    4.1 试验目的 ....................38
    4.2 试验内容及方法 ....................38-40
    4.3 试验条件 ....................40-45
    4.4 试验步骤 ....................45-46
    4.5 试验数据分析 ....................46-54
        4.5.1 测向误差试验数据分析 ....................46-49
        4.5.2 监测半径试验数据分析 ....................49-52
        4.5.3 两点交叉定位试验数据分析 ....................52-54
    4.6 试验结论 ....................54-55
    4.7 本章小结 ....................55-56
第五章 模型研究与仿真 ....................56-68
    5.1 传播模型本地化研究 ....................56-61
        5.1.1 模型方程建立 ....................56
        5.1.2 覆盖计算参数设置 ....................56-58
        5.1.3 模型的选择与仿真 ....................58-59
        5.1.4 模型覆盖范围仿真结果分析 ....................59-61
    5.2 定位跟踪模型仿真 ....................61-67
        5.2.1 空中无线电定位模型的建立 ....................61-64
        5.2.2 定位跟踪算法 ....................64-66
        5.2.3 仿真参数设置 ....................66
        5.2.4 仿真及结果分析 ....................66-67
    5.3 本章小结 ....................67-68

总结

为了适应迅速发展的无线电事业，应对复杂电磁环境下的无线电管理，保障并充分利用无线电频谱资源，促进社会经济健康发展、保障特殊部门的用频安全的需要，加强无线电监测，快速查找干扰源，排除干扰，显的越来越重要。同时，为了打赢未来高科技的信息化战争，武警部队执行任务的需要，维护良好的空中电波秩序，及时排除干扰，打击敌放目标，无线电监测、测向、定位都发挥着巨大的作用。本文在概述了国内外空中无线电监测测向系统的研究现状发展要求的前提下，重点介绍了电磁波传播的理论基础与常用的传播模型，对无线电的监测、测向、定位技术的原理、主要方法进行了研究，讨论了无线电定位技术在军事方面的广泛应用。
从空中无线电监测测向系统的设计原则和系统功能需求分析出发，分别对该系统的监测测向设备系统、平台载体系统、数据传输系统、指挥控制中心四个组成部分进行了分析介绍，重点讨论了针对不同的监测任务场景对监测平台系统的不同选择，同时针对武警部队执行任务的需求对系统的改进提出了一些建议。
最后，详细介绍了空中无线电监测测向系统试验的试验目的、试验内容及原理，进行了一次空中无线电监测、测向、定位试验，获得空中无线电监测测向系统在不同高度段的测向误差、监测半径的试验数据，采用两点交叉定位的定位出目标福射源的位置，最后得到试验结论。根据试验数据并对传播模型的本地化进行研究；建立空中无线电定位模型，并采用MVEKF算法仿真系统定位跟踪效果，与实际试验结果进行对比。