阮黎明，孫旭祥，章 煜

(中國電子科技集團公司第三十六研究所，浙江 嘉興 314033)

0 引言

測向系統(tǒng)的測向精度是評估測向系統(tǒng)性能時的一個重要指標。傳統(tǒng)測向精度的測試方案一般以測向系統(tǒng)為中心，在距離R的圓周上選取八個測試方位。發(fā)射點到接收點的距離R一般在10到15個波長以上(以3 MHz為例，就是1～1.5 km)。系統(tǒng)分別對每個測試點的信號進行測向，與實際方位進行比較，綜合各個點位計算測向誤差的均方根值，得到系統(tǒng)的測向精度指標[1]。

這種測向精度的測試方法原理比較簡單，但實際實施起來卻有一定的難度。主要是滿足測試條件的場地環(huán)境比較難找，它要求周圍無遮擋，盡量遠離高壓線、變壓器、變電站、高大建筑物、大的金屬廣告牌、江河等可能造成干擾的環(huán)境因素，以盡可能保證信號的直線傳播[2]。理想的情況是有一塊田字形的大型空曠場地，測向系統(tǒng)布置在中心，裝有電臺的車輛沿著四邊道路機動，然而在城市現(xiàn)代化高速發(fā)展的今天，要找到這樣一塊合適的測試場地并非易事。

另一種方案是建設一個高精度旋轉平臺，將測向系統(tǒng)放在旋轉平臺上測試。電臺發(fā)射點一般固定在離旋轉平臺一定距離的位置上，測向系統(tǒng)在工作頻段范圍內(nèi)進行測試。完成一組測試后，電臺不需要移動，只需要控制平臺轉動一定的角度，就可以進行下一個方位角度的測試，這樣每個方位的測試環(huán)境都是相同的，場地的建設可以無限接近標準場地的要求，測試結果受環(huán)境的影響很小。

相比于第一種方案，這種方案的優(yōu)勢是很明顯的。但它的場地建設要求還是比較高的，其轉臺的角度旋轉也需要有高精度的數(shù)控設備來控制，制造成本較高。也因此，即便建設起來測試場地，電臺到轉臺之間的距離往往也比較有限，一般能達到100 m～200 m就非常不錯了，對于超短波系統(tǒng)還行，但對于短波系統(tǒng)顯然是遠遠不夠的。專業(yè)的研究機構可能建設超短波系統(tǒng)的測試場或微波暗室來進行這方面的測試，但條件所限，一般對于100 MHz以下的測試暗室很難建設。而短波系統(tǒng)由于受天線尺寸和測試距離的限制，很難用這種方法測試。

綜上，現(xiàn)有測向技術存在如下不足：

1)道路導致測試點無法到達，場地傳輸路線上有障礙物，影響信號的直線傳播；

2)測試時電臺和測向系統(tǒng)的配合，逐個頻率的人工測試效率非常低下。

因此，尋找另一種簡單易行高效的測試方法是非常必要的。

1 設計實現(xiàn)

仔細分析傳統(tǒng)的測試方法，主要有兩方面的問題。一個是沒有道路測試點無法到達，或者場地傳輸路線上有障礙物，影響信號的直線傳播。還有一個就是人工測試的低效問題。如果能解決好這兩個問題，測向性能的測試問題基本也就解決了。

第一個問題最好的解決辦法是不要用車輛來運輸電臺，而采用空中發(fā)射平臺，既可以到達任何位置，又可以避開信號傳輸路線上的障礙物，保證信號沿直線傳播?，F(xiàn)代無人機技術的高速發(fā)展，多旋翼無人機的出現(xiàn)提供了一條解決這個問題的捷徑。

多旋翼無人機相較于其它無人機具有得天獨厚的優(yōu)勢，它具有可以垂直起降，可以定點盤旋、機械結構簡單、安全性高、使用成本低等優(yōu)點。機上大多配置有GPS/GLONASS/BD等定位和遙控裝置，可以從地面很好地遙控飛行和滯空停留，其定位數(shù)據(jù)如經(jīng)緯度坐標和高度都可以很方便地讀取。

有了合適的平臺，還需要解決電臺的問題，普通的通信電臺由于重量太大，不適合于安裝在一般的民用多旋翼無人機平臺上。為此可以設計一個小型的簡易信標源，用于產(chǎn)生出符合要求的頻率信號作為測試目標。其整體重量應嚴格控制，太大的重量會影響無人機的滯空時間。

第二個問題最好的解決辦法是避免人工測試，而采用軟件自動化測試方法。

信標源的遠程遙控需要通信方式來保證，傳統(tǒng)的通信方式往往需要兩部電臺來實現(xiàn)，其較大的體積和重量顯然并不適合應用在本方案。信標源的控制可以采用4G無線網(wǎng)卡通信方式實現(xiàn)。在地面測向系統(tǒng)的微機終端和無人機載信標源上各裝一個4G無線網(wǎng)卡，其體積重量非常小，內(nèi)插SIM卡，在有4G手機網(wǎng)絡信號的地方都可以實現(xiàn)無線通信。

然后編制一個自動化測試的軟件，通過地面測向系統(tǒng)的微機終端軟件同時控制信標源的信號發(fā)射和測向系統(tǒng)的方位測試，實現(xiàn)自動化測試，可以大大提高測向精度的測試效率。

這樣，基于用升空多旋翼無人機作為信標源搭載平臺，采用4G網(wǎng)絡通信作為遙控方式的一種新的軟件自動化測試方案就形成了，見圖1。

圖1 多旋翼無人機平臺測試布局示意圖

2 具體實施方式

本方案給出了一種自動化測向測試方法，參考圖2，該自動化測向測試方法包括如下步驟：

圖2 測向系統(tǒng)自動化測試步驟

步驟一、微機終端設置基本參數(shù)并通過第一4G無線網(wǎng)卡發(fā)送給多旋翼無人機攜帶的信標源。

為了保證測向精度，本方案采用多旋翼無人機搭載的信標源，實現(xiàn)了空中發(fā)射平臺，可以有效避開遮擋物，從而降低對周邊環(huán)境的要求。

為了自由選取測向系統(tǒng)的工作頻段范圍，本方案通過微機終端(即地面終端)設置基本參數(shù)(包括測向的起始頻率、頻率步進、頻率數(shù)量和信號駐留時間)，并通過基本參數(shù)，對信標源產(chǎn)生的序列信號進行頻率控制。

步驟二、信標源通過第二4G無線網(wǎng)卡接收基本參數(shù)后發(fā)射用于測試的信標。

對于500 MHz以下的信號，由信號產(chǎn)生器生成的信號經(jīng)過濾波和適當衰減提純后放大輸出，可以得到不小于0 dBm的信標，供測試使用。

對于0.5 G～6 G以上頻率較高的信號，由于頻段太寬，需要分段處理，按照頻率的高低設計了4路通道。每路通道分別設計了一個高通濾波器和一個低通濾波器，可以很好地解決信號的諧波干擾等問題，在頻率最高那路，因為信號衰減厲害，需要多設計一個放大器進行平衡。最終可以得到不小于-3 dBm的信標，供測試使用。因此，本方案的信標包括大于0 dBm的第一信標和大于-3 dBm的第二信標，其整體重量可以控制在100 g以內(nèi)。

圖3 信標源的工作原理示意圖

步驟三、測向機實時接收信標并進行同步測向并將測向結果實時返回給微機終端。

本方案通過控制頻率點和方位的采樣數(shù)，保證足夠的樣本數(shù)，以保證得到的測向精度越接近真實。

本方案中的信標源的控制，采用4G無線網(wǎng)卡實現(xiàn)。在地面測向系統(tǒng)的微機終端和無人機載信標源上各裝一個4G無線網(wǎng)卡，其體積重量非常小，內(nèi)插SIM卡，在有4G手機網(wǎng)絡信號的地方都可以實現(xiàn)無線通信，非常的方便實用。

本方案的測試流程如圖4所示：進入自動化測試界面后，首先設置好基本參數(shù)，如起始頻率、頻率步進、頻率數(shù)量以生成信號的頻率集，信號自動跳到下一個頻率點的駐留時間。然后啟動自動化測向，此時信標源生成序列信號并發(fā)射，而測向機同步進行測向，完成工作后每一個頻率點的測向結果均會被自動記錄。這個過程可以重復進行，必要時也可以修改基本參數(shù)后再行測試。

圖4 自動化控制流程圖

測試結果：系統(tǒng)測試完成后，其采集到的測向結果將自動保存到數(shù)據(jù)庫中。也可將采集到的原始數(shù)據(jù)導入EXECL表中，可以很方便地得到一張系統(tǒng)測向誤差的打點分布圖。圖5就是某套測向系統(tǒng)在某個方位工作在30 MHz～110 MHz頻段的一次自動化測試數(shù)據(jù)實例，橫軸為其工作頻段，單位：MHz，縱軸為測向誤差，單位：度。每0.5 MHz取一個采樣點，一共160個采樣數(shù)據(jù)。

圖5 測向系統(tǒng)自動化測試數(shù)據(jù)實例

在實際工程應用中，可以對系統(tǒng)進行多方位測試，比如每2度進行一次測試，依據(jù)所有的測試結果造一張系統(tǒng)的校準表輸入系統(tǒng)，測向系統(tǒng)性能可以得到大大提升！面對如此大的測試工作量，本方案的軟件自動化測試在工作效率上面的優(yōu)勢就非常明顯了。采用傳統(tǒng)方法測試可能需要幾天的工作量，在采用本自動化方法測試時可能僅需要幾十分鐘就可以完成。

3 結束語

采用多旋翼無人機搭載的信標源進行空中發(fā)射，既可以到達任何位置，又可以避開信號傳輸路線上的障礙物，保證了信號沿直線傳播，避免了測試環(huán)境這個不確定因素；微機終端通過4G無線網(wǎng)卡通信控制信標源的信號發(fā)射和測向系統(tǒng)的方位測試，最終實現(xiàn)了測向系統(tǒng)的自動化測試，大大提高了測試效率。