测向系统中的宽带测向应用

随着近些年无线业务的快速发展，宽带无线技术得到广泛的应用，其具有高数据传输速率和宽频带宽的特点，典型的应用有：

1.移动通信网络：

◆4G/5G网络：宽带无线通信是实现高速数据传输（如 eMBB，增强移动宽带）的关键技术。

2.无线局域网（WLAN）和无线个人局域网（WPAN）：

◆Wi-Fi 6/7：利用宽带技术提高无线局域网的容量和速度。

◆Bluetooth 5.x：增强无线个人局域网的数据传输速度和范围。

3.公共安全和应急响应:

◆宽带专用通信：用于无人机、应急响应中的实时高清视频传输。

4.航空和航天:

◆雷达：目标定位和测速等。

5.数字电视：

◆DTMB 数字电视

对于这些应用产生有用信号或者干扰信号的测向具有很大的需求，同时也有很大难度。要对这些信号进行测向，首先要在频谱上分析其特征。

01通信信号或者雷达信号的频谱特征

从频谱上，能够看到一些基本信息：频率范围、电平、跳频等。

01宽带数字电视信号：

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

DTMB是数字电视多媒体广播技术（Digital Television Terrestrial Multimedia Broadcast）的缩写，由中国国家广播电视总局于2004年8月研发并制定，全称是《数字电视地面广播传输系统帧结构、信道编码和调制》GB20600-2006。

支持多种业务：高清晰度、多频道、多业务等广播服务，包括数字电视、移动电视等。

图1-1：宽带数字电视信号

02中国广电5G FDD 下行：

758 MHz-788 MHz

图1-2：中国广电5G FDD 下行

034G下行：

2110 MHz-2130 MHz（中国电信）和 2130 MHz -2155 MHz （中国联通）

图1-3：4G下行

04雷达：chirp信号

Chirp信号，也称为线性调频信号，是一种频率随时间变化的信号。在雷达系统中，Chirp信号通过线性增加或减少频率来传输，这种特性使得Chirp信号能够在较宽的频率范围内工作，从而提高雷达的距离分辨率。

Chirp信号在雷达系统中的应用带来了许多优势。首先，它提高了雷达的距离分辨率和测量精度，使得雷达能够更准确地检测和跟踪目标。其次，Chirp信号具有良好的抗干扰能力，能够在复杂的电磁环境中保持稳定的通信质量。此外，Chirp信号还能够在较宽的频率范围内传播，提高了频带的利用率。

总的来说，Chirp信号是雷达系统中一种非常重要的信号类型，它通过独特的频率变化特性和脉冲压缩技术，实现了高分辨率和抗干扰能力的双重提升。

图1-4：雷达

05无人机：

上行跳频控制信号，频率2.4GHz-2.48GHz，跳频时长最短为350us

无人机上行跳频控制信号是一种采用跳频技术的信号，用于无人机与地面控制站之间的数据通信。这种信号的主要特点是能够在一定的频率范围内，按照某种规律或伪随机序列快速跳变，从而提高通信的抗干扰能力和安全性。

采用跳频技术的无人机上行控制信号具有以下优点：

01抗干扰能力强

由于信号在多个频率上跳变，可以有效地避免单一频率上的干扰，提高通信的可靠性。

02安全性高

跳频序列的伪随机性使得干扰者难以预测和跟踪信号的频率，从而增加了通信的保密性。

03适应性强

跳频技术可以适应不同的电磁环境，即使在复杂的多径传播和干扰条件下，也能保持稳定的通信。

然而，跳频技术也存在一些挑战，如跳频序列的设计、同步问题以及硬件实现等。此外，随着电磁环境的日益复杂和干扰技术的不断发展，对跳频技术的抗干扰能力和安全性也提出了更高的要求。

总的来说，无人机上行跳频控制信号是一种高效、可靠的通信方式，对于提高无人机的操控性能和安全性具有重要意义。

图1-5：无人机上行跳频控制信号

02“宽带测向”模式

宽带测向可用于不同情况。每种情况都有不同的挑战。

通常，此模式用于以下情况：

●在包含多个固定频率信号的场景中使用测向

●在包含频率捷变跳跃信号的场景中使用测向

01包含多个固定频率信号的测向场景

图 2-1 提供了一些典型示例，说明传播路径如何影响“方位角”显示。

图 2-1 仅为示例。实际显示看起来类似，但也可能包含噪声、杂散发射、随机反射、干扰源等。

图2-1，宽带测向模式举例

1 = 环绕（0°~360°）

2 = 直接路径或者单个强反射路径

3 = 直接路径 + 反射路径，或两个反射路径，或 2 个相同频率的发射器

4 = 散射

5 = 电平值小于“静噪”阈值

对于移动站，可以通过移动车辆来解决 (1) 中显示的问题。

理想情况下，每个信号的方位角表示类似于 (2)，表示直接路径。

在开阔的地形上，(2) 是直接路径的可能性很高。在城市和郊区，(2) 可以表示单个强反射信号。您可以使用干扰追踪技术来验证直接路径或找到反射器。这涉及移动车辆或使用带有手持定向天线的便携式接收机。

由于传播路径中的树木或开阔水体，可能会发生散射。

(5) 表示的结果可能是故意的（操作员通过排除弱信号来整理显示）。

(5) 表示的结果也可能使用测向时操作员的典型错误。如果未显示“方位角”值，请检查静噪电平和静噪质量值。它们可能设置得太高，不适合当前感兴趣的信号。

测向站点相对于固定频率发射器

图 2-2 显示了从两个不同的测向站点获得的方位角值。

显然，测向站点 2 在此场景中提供了更好的结果。

图 2-2: 两个测向站点对三个固定频率发射的结果

02包含频率捷变跳频信号的测向场景：

在跳频场景中，以下组合很常见：

●单个跳频信号

●多个跳频信号（相同类型）

●多个跳频信号（不同类型）

●多个跳频信号（有些相同，有些不同）

当不同的跳频信号在不同的频率范围内运行时，您可以很容易地看到频谱中存在多个跳频信号。

跳频信号使用部分或完全重叠的频率范围时，测向可以显示有多个发射器处于活动状态。

但是，各个发射器的方位角值之间必须有足够的间隔。因此，站点选择对于获得最佳结果至关重要。

在跳频带宽内，还可以提示场景中有多少种不同类型的跳频信号处于活动状态。如果一种跳频的跳频范围明显宽于另一种，则可以在方位角显示中加以区分（例如，参见图 2-3）。

测向站点相对于跳频发射的位置

如果跳频信号使用不同的频率范围，则可以获得类似于图 2-2 的结果。

但是，跳频也可以占用相同的频率范围。在这种情况下，图 2-3 中的结果是典型的。

图2-3: 跳频信号使用相同频率范围时，2 个测向站点的典型结果

从测向站点 1，操作员无法区分单个跳频。

从测向站点 2，操作员可以根据跳频的方位角清楚地区分跳频

上述两种情况中，实际上频率捷变跳频信号的宽带测向应用更具有实际意义，因为实际中有很多跳频信号，另外跳频信号的持续时间的大小也是很大的挑战。

03实际应用测试

01标准场地对于多个短时信号的测试验证

在125MHz带宽有多个（例如：125个）短时跳频信号（持续时间5ms），可以看到125个跳频信号的准确的方位信息。从跳频信号的方位信息，可以看出该发射源来自同一方向。

图3-1：单一方向短时跳频信号的宽带测向

02宽带数字电视信号测向

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

图3-2：DTMB宽带数字电视信号的宽带测向

03中国广电5G FDD 基站测向

758 MHz-788 MHz

图3-3：5G FDD 下行信号的宽带测向

044G基站测向

2110 MHz-2130 MHz（中国电信）和 2130 MHz -2155 MHz （中国联通）

从下面方位信息可以看出中国电信和中国联通来自同一个方向，说明两个基站有可能是共塔共建。

图3-4：4G TDD 下行信号的宽带测向

05民航ATC 频段的宽带测向应用

在40MHz的宽带测向模式下可以涵盖全部ATC频段（108MHz 到 137MHz）

图3-5：民航ATC频段多个信号的宽带测向

06无人机：

无人机上行跳频控制信号和下行高清视频信号

图3-6：无人机上行跳频信号和下行宽带信号的宽带测向”

07雷达：chirp信号

图3-7：chirp雷达信号的宽带测向

04宽带测向应用的系统

上文中我们列举了通过宽带测向功能对多种宽带信号的有效测向和分析，说明宽带测向功能是应对宽带信号干扰定位的有效手段。结合其应用，我们推荐如下业务场景中使用这种测向模式：

1重要区域的频谱监测站

2民航和低空保障区域的频谱监测技术设施

3无线电干扰敏感的关键通信基础设施

罗德与施瓦茨公司提供多种形态和技术能力监测测向解决方案，均具备在不同实时带宽下的宽带测向能力。监测测向系统可根据需求安装在不同形式的承载平台上，例如：

1具有天线铁塔的固定监测站

2车载监测系统

3快速部署或可搬移监测系统

罗德与施瓦茨测向系统由测向接收机和测向天线组成，可以根据不同需求进行组合，具体产品及组合方案如下：

系统一：DDF5GTS-C+ADD557SR（宽带测向的实时带宽：80MHz ）

测向天线：ADD557SR

测向机：DDF5GTS-C

系统二：DDF550-C+ADD557SR（宽带测向的实时带宽：80MHz）

测向天线：ADD557SR

测向机：DDF550-C

系统三：ESMW（+DF）+ADD597（宽带测向的实时带宽：125MHz ）

测向天线：ADD597

测向机：ESMW(+DF)

系统四；EM200（+DF）+ADD507（宽带测向的实时带宽：40MHz）

罗德与施瓦茨业务涵盖测试测量、技术系统、网络与网络安全，致力于打造一个更加安全、互联的世界。成立90 年来，罗德与施瓦茨作为全球科技集团，通过发展尖端技术，不断突破技术界限。公司领先的产品和解决方案赋能众多行业客户，助其获得数字技术领导力。罗德与施瓦茨总部位于德国慕尼黑，作为一家私有企业，公司在全球范围内独立、长期、可持续地开展业务。