測向系統(tǒng)中的寬帶測向應(yīng)用

隨著近些年無線業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，寬帶無線技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用，其具有高數(shù)據(jù)傳輸速率和寬頻帶寬的特點，典型的應(yīng)用有：

1.移動通信網(wǎng)絡(luò)：

◆4G/5G網(wǎng)絡(luò)：寬帶無線通信是實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸（如 eMBB，增強移動寬帶）的關(guān)鍵技術(shù)。

2.無線局域網(wǎng)（WLAN）和無線個人局域網(wǎng)（WPAN）：

◆Wi-Fi 6/7：利用寬帶技術(shù)提高無線局域網(wǎng)的容量和速度。

◆Bluetooth 5.x：增強無線個人局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸速度和范圍。

3.公共安全和應(yīng)急響應(yīng):

◆寬帶專用通信：用于無人機、應(yīng)急響應(yīng)中的實時高清視頻傳輸。

4.航空和航天:

◆雷達：目標定位和測速等。

5.數(shù)字電視：

◆DTMB 數(shù)字電視

對于這些應(yīng)用產(chǎn)生有用信號或者干擾信號的測向具有很大的需求，同時也有很大難度。要對這些信號進行測向，首先要在頻譜上分析其特征。

01通信信號或者雷達信號的頻譜特征

從頻譜上，能夠看到一些基本信息：頻率范圍、電平、跳頻等。

01寬帶數(shù)字電視信號：

DTMB（8 MHz 帶寬），526MHz -566MHz，DS20-DS24

DTMB是數(shù)字電視多媒體廣播技術(shù)（Digital Television Terrestrial Multimedia Broadcast）的縮寫，由中國國家廣播電視總局于2004年8月研發(fā)并制定，全稱是《數(shù)字電視地面廣播傳輸系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)、信道編碼和調(diào)制》GB20600-2006。

支持多種業(yè)務(wù)：高清晰度、多頻道、多業(yè)務(wù)等廣播服務(wù)，包括數(shù)字電視、移動電視等。

圖1-1：寬帶數(shù)字電視信號

02中國廣電5G FDD 下行：

758 MHz-788 MHz

圖1-2：中國廣電5G FDD 下行

034G下行：

2110 MHz-2130 MHz（中國電信）和 2130 MHz -2155 MHz （中國聯(lián)通）

圖1-3：4G下行

04雷達：chirp信號

Chirp信號，也稱為線性調(diào)頻信號，是一種頻率隨時間變化的信號。在雷達系統(tǒng)中，Chirp信號通過線性增加或減少頻率來傳輸，這種特性使得Chirp信號能夠在較寬的頻率范圍內(nèi)工作，從而提高雷達的距離分辨率。

Chirp信號在雷達系統(tǒng)中的應(yīng)用帶來了許多優(yōu)勢。首先，它提高了雷達的距離分辨率和測量精度，使得雷達能夠更準確地檢測和跟蹤目標。其次，Chirp信號具有良好的抗干擾能力，能夠在復雜的電磁環(huán)境中保持穩(wěn)定的通信質(zhì)量。此外，Chirp信號還能夠在較寬的頻率范圍內(nèi)傳播，提高了頻帶的利用率。

總的來說，Chirp信號是雷達系統(tǒng)中一種非常重要的信號類型，它通過獨特的頻率變化特性和脈沖壓縮技術(shù)，實現(xiàn)了高分辨率和抗干擾能力的雙重提升。

圖1-4：雷達

05無人機：

上行跳頻控制信號，頻率2.4GHz-2.48GHz，跳頻時長最短為350us

無人機上行跳頻控制信號是一種采用跳頻技術(shù)的信號，用于無人機與地面控制站之間的數(shù)據(jù)通信。這種信號的主要特點是能夠在一定的頻率范圍內(nèi)，按照某種規(guī)律或偽隨機序列快速跳變，從而提高通信的抗干擾能力和安全性。

采用跳頻技術(shù)的無人機上行控制信號具有以下優(yōu)點：

01抗干擾能力強

由于信號在多個頻率上跳變，可以有效地避免單一頻率上的干擾，提高通信的可靠性。

02安全性高

跳頻序列的偽隨機性使得干擾者難以預測和跟蹤信號的頻率，從而增加了通信的保密性。

03適應(yīng)性強

跳頻技術(shù)可以適應(yīng)不同的電磁環(huán)境，即使在復雜的多徑傳播和干擾條件下，也能保持穩(wěn)定的通信。

然而，跳頻技術(shù)也存在一些挑戰(zhàn)，如跳頻序列的設(shè)計、同步問題以及硬件實現(xiàn)等。此外，隨著電磁環(huán)境的日益復雜和干擾技術(shù)的不斷發(fā)展，對跳頻技術(shù)的抗干擾能力和安全性也提出了更高的要求。

總的來說，無人機上行跳頻控制信號是一種高效、可靠的通信方式，對于提高無人機的操控性能和安全性具有重要意義。

圖1-5：無人機上行跳頻控制信號

02“寬帶測向”模式

寬帶測向可用于不同情況。每種情況都有不同的挑戰(zhàn)。

通常，此模式用于以下情況：

●在包含多個固定頻率信號的場景中使用測向

●在包含頻率捷變跳躍信號的場景中使用測向

01包含多個固定頻率信號的測向場景

圖 2-1 提供了一些典型示例，說明傳播路徑如何影響“方位角”顯示。

圖 2-1 僅為示例。實際顯示看起來類似，但也可能包含噪聲、雜散發(fā)射、隨機反射、干擾源等。

圖2-1，寬帶測向模式舉例

1 = 環(huán)繞（0°~360°）

2 = 直接路徑或者單個強反射路徑

3 = 直接路徑 + 反射路徑，或兩個反射路徑，或 2 個相同頻率的發(fā)射器

4 = 散射

5 = 電平值小于“靜噪”閾值

對于移動站，可以通過移動車輛來解決 (1) 中顯示的問題。

理想情況下，每個信號的方位角表示類似于 (2)，表示直接路徑。

在開闊的地形上，(2) 是直接路徑的可能性很高。在城市和郊區(qū)，(2) 可以表示單個強反射信號。您可以使用干擾追蹤技術(shù)來驗證直接路徑或找到反射器。這涉及移動車輛或使用帶有手持定向天線的便攜式接收機。

由于傳播路徑中的樹木或開闊水體，可能會發(fā)生散射。

(5) 表示的結(jié)果可能是故意的（操作員通過排除弱信號來整理顯示）。

(5) 表示的結(jié)果也可能使用測向時操作員的典型錯誤。如果未顯示“方位角”值，請檢查靜噪電平和靜噪質(zhì)量值。它們可能設(shè)置得太高，不適合當前感興趣的信號。

測向站點相對于固定頻率發(fā)射器

圖 2-2 顯示了從兩個不同的測向站點獲得的方位角值。

顯然，測向站點 2 在此場景中提供了更好的結(jié)果。

圖 2-2: 兩個測向站點對三個固定頻率發(fā)射的結(jié)果

02包含頻率捷變跳頻信號的測向場景：

在跳頻場景中，以下組合很常見：

●單個跳頻信號

●多個跳頻信號（相同類型）

●多個跳頻信號（不同類型）

●多個跳頻信號（有些相同，有些不同）

當不同的跳頻信號在不同的頻率范圍內(nèi)運行時，您可以很容易地看到頻譜中存在多個跳頻信號。

跳頻信號使用部分或完全重疊的頻率范圍時，測向可以顯示有多個發(fā)射器處于活動狀態(tài)。

但是，各個發(fā)射器的方位角值之間必須有足夠的間隔。因此，站點選擇對于獲得最佳結(jié)果至關(guān)重要。

在跳頻帶寬內(nèi)，還可以提示場景中有多少種不同類型的跳頻信號處于活動狀態(tài)。如果一種跳頻的跳頻范圍明顯寬于另一種，則可以在方位角顯示中加以區(qū)分（例如，參見圖 2-3）。

測向站點相對于跳頻發(fā)射的位置

如果跳頻信號使用不同的頻率范圍，則可以獲得類似于圖 2-2 的結(jié)果。

但是，跳頻也可以占用相同的頻率范圍。在這種情況下，圖 2-3 中的結(jié)果是典型的。

圖2-3: 跳頻信號使用相同頻率范圍時，2 個測向站點的典型結(jié)果

從測向站點 1，操作員無法區(qū)分單個跳頻。

從測向站點 2，操作員可以根據(jù)跳頻的方位角清楚地區(qū)分跳頻

上述兩種情況中，實際上頻率捷變跳頻信號的寬帶測向應(yīng)用更具有實際意義，因為實際中有很多跳頻信號，另外跳頻信號的持續(xù)時間的大小也是很大的挑戰(zhàn)。

03實際應(yīng)用測試

01標準場地對于多個短時信號的測試驗證

在125MHz帶寬有多個（例如：125個）短時跳頻信號（持續(xù)時間5ms），可以看到125個跳頻信號的準確的方位信息。從跳頻信號的方位信息，可以看出該發(fā)射源來自同一方向。

圖3-1：單一方向短時跳頻信號的寬帶測向

02寬帶數(shù)字電視信號測向

DTMB（8 MHz 帶寬），526MHz -566MHz，DS20-DS24

圖3-2：DTMB寬帶數(shù)字電視信號的寬帶測向

03中國廣電5G FDD 基站測向

758 MHz-788 MHz

圖3-3：5G FDD 下行信號的寬帶測向

044G基站測向

2110 MHz-2130 MHz（中國電信）和 2130 MHz -2155 MHz （中國聯(lián)通）

從下面方位信息可以看出中國電信和中國聯(lián)通來自同一個方向，說明兩個基站有可能是共塔共建。

圖3-4：4G TDD 下行信號的寬帶測向

05民航ATC 頻段的寬帶測向應(yīng)用

在40MHz的寬帶測向模式下可以涵蓋全部ATC頻段（108MHz 到 137MHz）

圖3-5：民航ATC頻段多個信號的寬帶測向

06無人機：

無人機上行跳頻控制信號和下行高清視頻信號

圖3-6：無人機上行跳頻信號和下行寬帶信號的寬帶測向”

07雷達：chirp信號

圖3-7：chirp雷達信號的寬帶測向

04寬帶測向應(yīng)用的系統(tǒng)

上文中我們列舉了通過寬帶測向功能對多種寬帶信號的有效測向和分析，說明寬帶測向功能是應(yīng)對寬帶信號干擾定位的有效手段。結(jié)合其應(yīng)用，我們推薦如下業(yè)務(wù)場景中使用這種測向模式：

1重要區(qū)域的頻譜監(jiān)測站

2民航和低空保障區(qū)域的頻譜監(jiān)測技術(shù)設(shè)施

3無線電干擾敏感的關(guān)鍵通信基礎(chǔ)設(shè)施

羅德與施瓦茨公司提供多種形態(tài)和技術(shù)能力監(jiān)測測向解決方案，均具備在不同實時帶寬下的寬帶測向能力。監(jiān)測測向系統(tǒng)可根據(jù)需求安裝在不同形式的承載平臺上，例如：

1具有天線鐵塔的固定監(jiān)測站

2車載監(jiān)測系統(tǒng)

3快速部署或可搬移監(jiān)測系統(tǒng)

羅德與施瓦茨測向系統(tǒng)由測向接收機和測向天線組成，可以根據(jù)不同需求進行組合，具體產(chǎn)品及組合方案如下：

系統(tǒng)一：DDF5GTS-C+ADD557SR（寬帶測向的實時帶寬：80MHz ）

測向天線：ADD557SR

測向機：DDF5GTS-C

系統(tǒng)二：DDF550-C+ADD557SR（寬帶測向的實時帶寬：80MHz）

測向天線：ADD557SR

測向機：DDF550-C

系統(tǒng)三：ESMW（+DF）+ADD597（寬帶測向的實時帶寬：125MHz ）

測向天線：ADD597

測向機：ESMW(+DF)

系統(tǒng)四；EM200（+DF）+ADD507（寬帶測向的實時帶寬：40MHz）

羅德與施瓦茨業(yè)務(wù)涵蓋測試測量、技術(shù)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)安全，致力于打造一個更加安全、互聯(lián)的世界。成立90 年來，羅德與施瓦茨作為全球科技集團，通過發(fā)展尖端技術(shù)，不斷突破技術(shù)界限。公司領(lǐng)先的產(chǎn)品和解決方案賦能眾多行業(yè)客戶，助其獲得數(shù)字技術(shù)領(lǐng)導力。羅德與施瓦茨總部位于德國慕尼黑，作為一家私有企業(yè)，公司在全球范圍內(nèi)獨立、長期、可持續(xù)地開展業(yè)務(wù)。