提高短波定位准确度的方法

江建兴，叶晓明，王心尘

（国家无线电监测中心福建监测站，福建 厦门 361001）

1 短波测向定位

短波测向目的是为了测定短波信号的来波方位，短波交会定位则是利用两个或多个测向站的测向结果（示向线）进行地图交会从而得到短波信号源的位置。短波测向定位能为国家无线电管理部门在国际干扰排查、申诉等工作上提供有力支撑。当前，我国短波干扰源的测向定位工作主要由国家短波监测网完成，即通过分布在全国九个地区的短波监测站调用网内两个或多个测向站，利用各站示向度（线）进行交会定位。然而在实际测向过程中，由于设备及人员操作导致的各种误差不同程度上将影响最终交会定位结果的准确度。因此，如何提高定位准确度，进而高效完成干扰排查、申诉，是短波无线电监测工作者应该思考的问题。

2 误差分析

单站测向误差、多站交会误差、人为观测误差都会造成定位误差。

2.1 单站测向误差

单站测向误差主要包括传播误差、环境误差和设备误差[1]。

（1）传播误差是由于电离层的不规则性引起的。短波信号经电离层反射时，电波传播方向发生随机偏差，产生时延效应，造成信号幅度随机衰落等现象。

（2）环境误差主要是测向场地周边物理环境造成的。当信号到达测向站时，如果遇到高压电线、桥梁、铁塔等使信号偏离传播路径的散射体或反射体，就会出现测向误差。虽然测向场地一般对环境条件进行了限定，但随着经济社会的发展，大多数测向场地周边的电磁环境均不同程度受到影响，如福建监测站测向天线场建成投入使用后，周边陆续建成了宁上高速公路、合福高速铁路，与天线场地的距离均不满足国标要求，影响了测向精度[2]。

（3）设备误差取决于设备的性能，设备出厂后就已经存在，并且会随着使用时间的增加而恶化，但这个误差可以在设备校准时候给予补偿。

2.2 人为观测误差

人为观测误差主要是主观因素造成的。由于监测人员的技术水平和设备操作的熟练程度不同，如在调整测量时间、判断测向示向度质量、合理选择测向站进行交会定位等方法上存在差异，因此得到的定位准确度也不尽相同。本文所讨论的提高定位准确度的方法也主要是针对降低人为观测误差而进行分析的。

2.3 多站交会误差

国家短波监测网测向定位软件平台中的联合定位算法基于球面坐标系统，根据各测向站的坐标、统计示向度及方差、示向线交叉角及质量（偏离90 情况）等信息计算最佳估值坐标，得到概率椭圆。长短轴越小，概率椭圆面积越小，则定位准确度越高。

3 提高定位准确度的方法

利用测向网对某信号源进行交会定位时，测向站的选择主要受以下三个因素影响，即测向站的测向精度、信号源与测向站之间的距离和示向线在目标处的交角。以下是定性分析：

图1 交会定位示意图

如图1所示，A、B是两个测向站，C是目标信号源。当A、B两站不存在测向误差时，示向线在C处交会；当A站测向误差为θ时，交会点变成了C'，此时产生△ι=CC'的线性定位误差。设A、B两站示向线在C处交叉角为β，A、C之间的距离为d，根据正弦定理可知：

根据麦克劳伦公式，当测向误差θ较小时，sin（θ）≈θ，则

由此可知，测向站选择后，其定位准确度随测向站测向精度的提高而提高，随测向站与目标距离的增加而降低；测向站之间的交叉角在90°附近时，定位准确度较高，越偏离90°，准确度越低。

短波实际监测工作中，测向站与信号源之间的距离常常可达到上千千米，因此使用球面三角形法则获得更加精确的定位[3]。联合定位算法中，根据两示向线的交叉角大小和示向线等级，赋予该交会点一组权值δj、δk和αj•k j，k=1，2Lm且j≠k，如表1和表2所示。其中δj、δk为示向线等级权值，由示向线方差值确定，αj•k（为交叉角权值。最终根据各交会点的权值对各交会点经纬度做加权平均，计算得到最佳估值坐标（λ，φ）：

表1 权值对应表

表2 示向线等级与方差值关系表

根据表中的权重判定参数，结合公式（3）可知，两示向线交叉角越偏离90°，示向线方差值越大，该交会点对估值坐标的影响越小，说明该交会点提供的信息越不可靠。因此，无线电监测人员在选择测向站进行交会定位时，应该考虑到上述问题。

如我们实际工作中，利用国家短波监测网对日本茨城发射的（NHK WORLD RADIO JAPAN）短波广播信号进行交会定位时，首先考虑选择哈尔滨站，因为无论从距离还是示向线的交会角，哈尔滨站都能达到最优值，如表3和表4所示。

表3 国家短波监测网各测向站与日本东京的距离及示向度

表4 国家短波监测网测向站之间对日本茨城的交会角（°）

在各测向站测向误差相同的前提下，根据本文提出的方法，应选择哈尔滨站、上海站进行交会定位。在实际工作中，有部分测向站可能距离信号源较远或者未处于台站定向发射方向上，信号接收质量较差导致测向误差较大，此时相对双站定位，多站定位并不能确保得到更加准确的定位结果。

4 实测结果分析

我们利用国家短波监测网对日本茨城发射的若干个广播信号进行联合测向定位，根据本文提出的方法，得到了两组定位数据：一组是利用哈尔滨站和上海站进行多次双站定位得到的；另一组则不选择哈尔滨站和上海站，用接收质量较好的三个测向站进行三站定位得到的。将两组定位数据描绘在地图上，如图2、图3所示，其中一个红色点代表单次交会定位结果。从图中明显可以看出，利用哈尔滨站和上海站进行双站定位的结果比较集中且均在日本茨城县附近，而另一组的定位结果比较分散且大部分均在距离实际发射台较远的海上。

根据NHK WORLD RADIO实际发射台经纬度，我们计算得到两组数据的均方根误差分别为63.034 km和382.238 km。这一结果可说明，选择哈尔滨站和上海站作为最优测向站，可以提高国家短波监测网对日本茨城NHK广播信号的定位准确度。

图2 哈尔滨和上海站对日本NHK广播双站定位结果

图3 未选择哈尔滨和上海站时对日本NHK广播的定位结果

5 结束语

本文首先通过对造成定位误差的原因进行了分析，并针对其中的人为观测误差提出了通过优化选择测向站提高定位准确度的方法，最后通过国家短波监测网的实际测试验证了该方法的可行性。