关于提高短波测向定位效果的探讨

王心尘，陈弘扬

（国家无线电监测中心福建监测站，厦门，福建 361001）

关于提高短波测向定位效果的探讨

王心尘，陈弘扬

（国家无线电监测中心福建监测站，厦门，福建 361001）

短波测向定位在排查相关干扰、维护电波秩序方面发挥着巨大的作用。本文从这个角度入手，推导了短波定位的相关算法，结合工作实例对提高短波实际定位效果提出了自己的建议，并指出了现有定位软件存在的一些不足。

短波监测；定位算法；定位效果

1 引言

短波监测的最终目标是定位发射源位置。台站的定位通常需要两个以上位置不同的测向站组网，利用各测向站的示向度（线）进行交会定位；也可使用移动测向站，在不同位置分时交测[1]。一般说来，测向站越多，定位结果越精确。

目前，我国国家短波监测网已基本建成，分布在全国九个地区的短波监测站均具备对短波信号的监听、测向功能，可定位全国、亚洲乃至全球的大部分短波信号，保证了我国短波业务的正常开展。但随着短波业务的日渐拥挤，短波信号干扰时有发生，如何提高短波定位效果和精度，进而排除干扰日益为人们所重视。

2 定位算法

无线电测向定位过程中，我们通常采用多个测向站同时实施测向以获得方位角信息，再通过定位算法求得辐射源的位置信息。距离较近时可通过平面几何三角形进行计算，并通过三角函数求解相关的信息，如图1所示。

图中固定站1的坐标为（x1，y1），固定站2的位置坐标为（x2，y2），分别测得目标信号的坐标后可以通过测得的入射角根据方程（1）求解目标坐标（x，y）。

图1 近距离两站定位原理示意图

但对短波定位而言，被测信号源与监测站之间的距离通常为几百甚至上千公里，平面三角形的方法已不再适用。此时通常用球面三角形代替平面三角形，构建相应的坐标系求解相关信号源的位置[2]。

我们构建相关的球面坐标系统，其横、纵坐标分别为赤道和零度子午线，规定东经为正，西经为负；北纬为正，南纬为负，如图2所示。图中测向站Sn（n=1，2，3…）坐标已知，分别为（λn,ϕn），在同一时刻可监测到同一信号源S发射的信号，其示向度分别为Pn（n=1，2，3…），测向线（及其延长线）分别交赤道及本初子午线于An（令其纬度为an），Bn（令其经度为bn）。监测站示向度按顺时针方向计算，通过基准点朝向北极的子午线为0°。令信号源的坐标为（λs,ϕs），则由图2易知，指向信号源的示向线与赤道和本初子午线构成直角球面三角。

图2 球坐标求解目标坐标示意图

根据球面三角形公式列出方程（2），（3）：

由上两个方程解出an，bn。

由于球面三角既在圆上又在大圆上，满足以下方程：

大弧过An，Bn两点，且测向定位通常使用两个以上监测站（坐标已知）进行定位，因此将之前求得的坐标带入上式，可得：

方程联立可得

即可得到信号源的坐标。

在测向过程中，示向度与标准来波方位角度之差，称为测向误差。测向误差可以分为系统误差和随机误差。系统误差指技术或物理上造成的误差，主要包括测向天线阵的安装产生的误差、测向接收机的本身系统误差及测向站电磁环境产生的误差；随机误差则是由不可预料的、非系统的原因产生的，主要有诸如多径效应产生的误差等。此外，系统为保证测向结果的准确性，还需要对无线电测向的地图校正，对示向线的恒向线校正方程[3]为：

或

系统集成商华日公司开发的联合定位系统在数学统计的基础上，对测向、交会过程中产生的误差进行了校准，根据不同的测向值对应的测向质量赋予以不同的权重值，从而得到相对准确的定位结果。

3 提升短波定位效率的方法

为获得精度较高的定位结果需要综合考虑多个因素，除了在建站时要充分考虑测向台址周围电磁环境，配备体制成熟，精度高的测向机外，还需要在测向时选用经验丰富的测向员、进而选择与辐射源距离较近的测向站，设定合适的参数进行监测[4]。此外，我们要注重经验的积累以及运用相关的软件辅助工作，从而提升定位效率。

3.1 根据实际情况灵活选择测向站

考虑到设站位置及信号的实际接收效果，多站定位并不能确保得出更准确的定位结果，因此需要具体问题具体分析，从而得到最优的测向定位结果。

定位短波信号时，监测员常常遇到这样的情况：全国短波监测网中只有三个站可以接收到目标信号，但因为某些原因，只有其中两个站的监测结果可供使用。我们以国家短波监测网共同定位广州海事信号12 613kHz为例，监测交会图（福建站、上海站、深圳站联合定位）如图3与图4所示。由图上可知，当我们采用三站联合定位时，因武夷山站和上海站示向线几乎重合，定位效果较差，无法得到定位结果（图3）；但仅采用福建站与深圳站联合定位的效果就很好（图4）。而通过查找资料发现，二站定位得到的结果与台站普查得到的台站实际发射地址仅相距10公里左右，这表明灵活采用二站定位的方法具有一定的可靠性。

图3 三站定位广州海事台信号图

图4 二站定位广州海事台信号图

3.2 灵活选择合适的监测站

选取合适的监测站对短波定位结果影响也很大。我们可以使用模拟软件对监测站的监测效果进行评估，选取适合的监测站对信号源进行监测，从而提高测向精度。

以接收新疆方向的单边带信号为例进行说明。表1是预测采用的参数，设定电台工作功率为100W，天线增益为3dBi，发射频率为12 000kHz。

表1 乌鲁木齐发射仿真参数（部分）

根据实际接收功率公式P=Prec+137+Ge，式中，Prec为单边带电台理论接收场强，可根据短波电台的相应参数仿真得到，此处为-116dBW；137为单位换算值；Ge为深圳站链路提供额外增益。

根据资料，深圳站天线场背景噪声测量结果如图5所示。其中横轴为频率（单位MHz），纵轴对应于背景噪声强度（单位d BμV）。

图5 深圳站天线场背景噪声测量结果

通过测试，12MHz对应的背景噪声为3.5dBμV，带入公式可知，P=12.5dBμV，高于该频率的背景噪声，说明深圳站理论上可以接收到来自乌鲁木齐的短波单边带电台信号。但单边带电台发射功率小，发射天线增益较低，且新疆至深圳站天波路径长，电离层多变，背景噪声也不稳定，影响了深圳站的接收效果。此时，若其他短波站能获得更好的接收效果，则定位精度也会相应提升。

基于上述考虑，我们对乌鲁木齐发射的12 000kHz信号采用ITS软件进行相关预测。仿真时间为清晨8点（UTC时间0点，新疆与深圳有2个小时时差），信噪比为45。

图6、图7分别为乌鲁木齐发射的MUF预测图与接收效果图。由图6可见，成都站与深圳站的MUF非常接近（均为13 400kH z左右），而图7则显示成都站与深圳站接收相同USB报话信号的强度高出10dB左右（接收效果分别为-105d BμV与-115d BμV），可见从理论上说，成都站在预测的时段内比深圳站更适宜监测乌鲁木齐方向信号。此时若采用成都监测站对目标信号进行监测，无疑将起到更好的效果。

图6 乌鲁木齐发射MUF预测图

图7 乌鲁木齐发射12 000kHz信号接收效果图

3.3 加强对算法研究和现有软件功能的改进

目前，短波干扰查找的手段主要是通过国家短波监测网定位干扰至省、市一级，然后与现有短波数据库数据资料进行对比或采用移动监测车逼近查找，对短波定位数据精度的依赖有限。但如何提高短波定位精度也是我们进一步提高和完善短波监测网功能的课题之一。另外，对短波定位效果的评估仍缺乏相关的标准，操作流程也尚待梳理和统一，频谱监测手册中提到的操作建议，如对短波信号“必须有足够的时间去得到充分的平均值”这一事实与短波信号出现的特殊性及相应操作流程仍存在冲突，上述问题均需在之后的工作中继续研究。

此外，现有的国家无线电监测中心短波定位系统采用对不同的出于计算精度和收敛速度的考虑，在计算时通常对计算结果进行数学处理。数学模型的简化固然提升了处理速度，但也造成交会结果误差。存在的不足主要是：

⊙相关算法的交会精度仅达到半个经纬度的量级，制约了结果的准确度。

⊙短波天波模型传播受制于大气层状况及多径效应，目前仍缺乏更准确的模型。

⊙现有定位软件更着重于呈现交会结果，相对忽视测向的可信度的评级，算法也更侧重于从统计学角度降低误差。

以上技术方面的难点也亟需得到解决。

4 结束语

短波固定测向站建设投入大、周期长，仅依靠增加固定站的数量来提高定位效果并不可取。短波定位算法复杂，研究难度大，因此短期内只能从现有设备使用方法以及数学处理过程着手提高短波网的定位能力。本文从这个角度出发，推导了地球表面短波监测两站定位的基本公式，并通过实例讨论了工作中若干提升短波定位效果的做法及现有软件算法存在的不足。相信随着相关算法研究的深入和其他先进定位方法的被提出，短波监测网的定位能力一定会继续提高。

[1] 汪祖升．无线电测向[M]．中国人民解放军信息工程学院，1988

[2] 习项武．古典几何学[M]．上海：复旦大学出版社，1986:63-65

[3] 刘嘉佳．无线电测向定位算法的研究及其应用[D]．四川大学，2004

[4] 周鸿顺．频谱监测手册[M]．北京：人民邮电出版社，2006

锐捷网络公布2014产品战略

近日，锐捷网络在北京公布了2014年产品战略并推出了几款新产品。“简网络，云体验”产品战略主张打破传统庞杂的基础网络体系，开启“极简网络”全新时代，现在开始，你只需要管理“一台”交换机。同时，面向移动互联网的快速发展所带来的终端和应用的激增及巨变，而作为承载终端和应用的网络本身并没有太大的变化，锐捷网络聚焦移动互联网的终端和应用，为客户打造“为移动网络而生的网络”。另外，在如何帮助中国用户在云计算和大数据时代成功，锐捷网络没有从按传统思路去考虑云架构怎么建，服务器怎么规划等等。而是反过来思考云，为什么会有云，因为云能够给最终IT使用者更好的体验，哪些传统IT可以变成云IT，基于云的应用需要什么样的内容网络，需要什么样的数据中心，从这样的思路去做产品，致力于为中国的云应用进行创新，成为用户可信赖的“云伙伴“。

锐捷网络产品和解决方案市场部总经理杨红飞说，传统的网络更多的在强调有线网络，而今天的网络除了有线还必须融合无线移动网络，整体复杂性进一步增加，给用户的应用也带来了巨大的挑战。锐捷强调的“简网络”，就是要让网络更简单，“简单”不仅使得网络的构建、使用、管理更具易用性，同时，“简单”也意味着网络更强大，更具扩展性。而“云体验”则是从“云”诞生的初衷出发，关注云的应用需要什么样的网络，需要什么样的数据中心。锐捷致力于以“云”为基础替最终用户打造出更好的体验。

杨红飞进一步谈到，要真正实现“简网络·云体验”的产品战略，就必须用与众不同的创新模式来驱动，这也是锐捷独特的创新之道：即从客户的需求和问题出发，基于不同应用场景的模式去创新，只有将每个场景的体验做到极致，才能做出真正创新的、前所未有的产品，进而实现从跟随到领先的跨越。

锐捷网络三位产品线总监潘志华、蔡韡、项小升也分别从“为中国云应用创新”、“为移动网络而生”、“极简网络”三个方面对“简网络•云体验”战略进行了深入解读。展望未来，以“简网络•云体验”的新产品战略，锐捷网络将不仅让用户充分释放出网络的能量和价值，也让每一位对云时代充满期冀的用户，能够遇见美好未来。

世纪睿科将亮相CCBN 2014

CCBN 2014即将举办，世纪睿科集团将携旗下北京世纪睿科系统技术有限公司、时代华睿（北京）科技有限公司、北京永达天恒国际数码科技有限公司盛装亮相老国展2号展馆2204展位。世纪睿科集团结合CCBN“融合高速网络，领航新媒体时代”的全新主题，部署4G传输时代、全媒体内容生产发布平台、全地域无线传输与覆盖、新一代节目传输与交换平台、你好世界杯EVSC-CAST云服务等14个展区，全方位展示覆盖制、播、传、监、控、编的全媒体高精尖系统平台和解决方案。

新媒体本次CCBN展示沿袭去年面向全媒体的采集、生产、发布的全流程系统展示模式，同时加入更多新亮点：面向4G时代的多终端传输应用，颠覆传统无线传输模式，实现真正意义基于移动通信网络的广播级高清便携移动传输；融合微信、微视、UGC等新媒体元素的面向多终端全媒体生产发布平台，为用户带来更多的节目受众群体和盈利模式。

BGAN（宽带全球局域网）以及Satcom（卫星通信）捆绑4G/3G信号回传解决方案将亮相本次展会，向用户展示通过3G/4G/Wi-Fi/K u/C波段卫星资源等多种网络进行的文件与视频流SD/HD信号传输，既可以通过专线方式接入用户传输机房也可以基于公共网络传输，最大限度节约用户应急新闻等传输成本，令用户可直接联系世纪睿科集团调配卫星资源进行传输。

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

王心尘，男，1982年生，厦门大学研究生毕业，专业为微电子学，现任国家无线电监测中心福建监测站工程师，研究方向为短波监测、信号传播。