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1、超短波监测站系统性能指标要求探析沈国勤0 前言超短波监测站作为承担完成超短波监测任务的基本技术设施，是频谱管理部门掌握指定区域超短波台站频谱使用情况的基础手段，在无线电管理技术设施建设中占据重要地位。超短波监测站一般主要承担 VHF/UHF 频段无线电台站频谱参数质量监测、空间无线电频谱利用率监测、指定类别调制信号解调和指定信号无线电测向定位等任务。超短波监测站设计和建设的基本目标是保证系统功能实用、系统性能真实、测量结果准确无误、测量搜索快捷有效、系统运行稳定可靠等。依据监测任务和建设目标要求，我们需要深化论证其技术性能要求，研究提出超短波监测站的系统性能指标要求。结合系统性能参数指标情况，
2、超短波监测站系统性能可分为基本系统性能参数指标和特定系统性能参数指标两类。1 基本系统性能参数指标基本系统性能参数指标是设计和建设超短波监测站所必须明确的参数，并且是有明确定值指标要求和普遍已认可的性能参数指标，主要以下几个方面。（1）监测系统灵敏度具有一定调制带宽的标准测试信号发射时，在给定扫描速度下，监测站接收系统能够捕获到该标准测试信号时的最小信号场强值为监测系统接收灵敏度，捕获判决准则是有用信号大于噪声电平 6dB，量值单位是 dBV/m。监测系统灵敏度主要根据监测站信号监测覆盖范围要求、电磁环境背景噪声情况提出设计指标要求，并由监测接收机接收灵敏度、监测天线增益、射频电缆和开关矩阵损
3、耗等具体参数量值确定。为了进一步解释监测系统灵敏度，我们举例分析：监测接收机噪声系数典型值是 10dB，S/N=6dB，接收机输入端口灵敏度典型值是118dBm/10kHz（-11dBuV/10kHz），常用全向监测天线 HK014（100MHz1300MHz 频段），天线增益典型值是 0dB，对应天线 K 因子是 11dB31dB，射频电缆和开关矩阵损耗在对应工作频段为 5dB，计算获得 100MHz1300MHz 频段内监测系统灵敏度为 5 dBuV/m/10kHz25 dBuV/m/10kHz。这与超短波监测系统灵敏度要求达到 10 dBV/m20dBV/m 的限值相一致。如果采用增益达
4、 7dB 的对数周期接收天线，对应频段监测系统灵敏度可达到-2dBV/m18dBV/m。此外，采用 ESMB 接收机为主体构成的超短波监测系统的实测系统灵敏度也是10dBV/m20dBV/m。因此，超短波监测系统灵敏度为 10 dBV/m20dBV/m 是合适的，同时符合实际情况。（2）测向系统灵敏度一般地，将发射标准调制信号源功率调至足够大，使被测系统能够获得一个稳定的示向度 0，然后逐步减小信号源的信号强度，直到被测系统的示向度与 0 的差等于3时，被测系统所测得的最小信号场强值称为测向系统灵敏度，量值单位是 dBV/m。测向系统灵敏度主要由测向天线确定，典型 超短波测向天线灵敏度是0dB
5、V/m20dBV/m。此外，我们对采用 R&S DDF05E 测向接收机和 ADD153 测向天线为主体构成的超短波测向系统的实测系统灵敏度是10dBV/m20dBV/m。因此，超短波测向系统灵敏度为0dBV/m20dBV/m 是合理的、可行的。（3）测向系统准确度测向准确度是指在被测信号大于测向灵敏度 20dB 的情况下，测向设备测出的示向度与被测目标的真实方位角之差的统计值。通常应在测出各个方位角上、整个频段内所有频率点示向度误差 ij 后，采用统计误差计算方法获得系统测向误差。系统测向误差可用平均误差、均方根误差（RMS）和标准偏差三种统计误差表示。测向系统准确度是同监测站周边环境紧密相
6、关的一个系统性能指标，通常测向系统均不提供实际站址的测向准确度指标要求，而提供无反射开阔测试场的测向准确度指标限值，典型指标限值是2RMS。为了实现和提高实际站址的测向准确度指标，相关部门对超短波站址确定和测向天线架设提出了明确的技术规范要求，国标VHF/UHF 频段无线电监测站电磁环境要求和测试方法对超短波监测站的电磁环境干扰信号和周边障碍物情况提出了明确的限制要求。一般地，超短波站址确定和测向天线架设严格按相关技术标准执行，实际站址的测向准确度测试结果应该是比较理想的。我们对在北京近郊高山站设置的采用 R&S DDF05E 三通道数字测向接收机和 ADD153/070 测向天线为主体构成的
7、超短波固定监测站进行实测显示其测向系统准确度是 1.8RMS，达到无反射开阔测试场的测向准确度指标限值要求。（4）最小测向时间最小测向时间反映测向系统对短时及低截获无线电信号的测向能力，它是指测向系统能准确获取被测信号方向信息所必须持续的最短驻留时间，亦称测向信号最小持续时间。最小测向时间是衡量测向系统性能的重要指标，它与测向体制、接收机射频通道数量等紧密相关。对于不同的测向体制，相互间的最小测向时间差异是比较大的，如采用多普勒测向体制的 R&S PA1555 超短波测向系统，其最小测向时间典型值是 50ms；R&S DDF01E 短波测向系统，采用瓦特森-瓦特测向体制，其最小测向时间典型值是
8、 0.8ms，采用相关干涉仪测向体制，其最小测向时间典型值是 3.6ms。在超短波测向系统实际应用中，相关干涉仪测向系统使用大孔径测向天线，具有测向精度高、抗波前失真性能好的特点，是比其他测向体制应用更普遍的测向体制。在采用相同的相关干涉仪测向体制，而接收机射频通道数量不等时，测向系统间的最小测向时间差异也是比较大的，如 R&S DDF195 单通道相关干涉仪测向系统，其最小测向时间典型值是 10ms，R&S DDF05E 三通道相关干涉仪测向系统，其最小测向时间典型值是 0.5ms，THALES ESMERALDA 二通道相关干涉测向系统，其最小测向时间典型值是 2ms，南非的 MRD300
9、0W5 五通道相关干涉仪测向系统，其最小测向时间典型值是 80s。不同测向体制、不同射频通道数量的测向系统，相互间的最小测向时间指标差异如此之大，那么规定最小测向时间限值指标为多少比较合适呢？这应由被测信号的时间特性和测向系统应用方式确定。在民用无线电频谱监测应用中，主要是对发射幅值大、持续时间长的干扰信号进行定位查处，测向系统最小测向时间的限值指标不应该太高。国际电联出版的频谱监测手册规定，无线电测向系统应该能够检测持续时间为 10ms 或更短的信号。民用监测系统规定最小测向时间10ms 是合适的。2 特定系统性能参数指标特定系统性能参数指标是设计和建设超短波监测站应该明确要求的系统性能参数
10、，但目前还没有定量指标要求，并缺乏普遍认可的性能参数指标。（1） 准确性指标监测结果要达到准确无误，规定准确性指标范围和要求尤为重要。在超短波监测系统中，比较重要的准确性指标有 ITU 标准参数测量的准确性、频率占用度测量和统计的准确性两类指标。ITU 标准参数测量主要包括频率测量、场强及功率通量密度测量、占用带宽测量、调制度测量等。国际电联出版的频谱监测手册对 ITU 标准参数提供有明确的测量准确性建议值和测量方法，其推荐的相关参数建议值分别是：频率测量误差10-7，场强及功率通量密度测量误差3dB，占用带宽测量误差5%，其他参数尚没有建议值。参照相关监测产品技术指标规定，建议规定调制度测量
11、（指 AM、FM、PM 测量）误差5%。频率占用度测量和统计是无线电监测的重要任务，但真实测量频率占用度及规范统计方法非常复杂，国际电联频谱监测手册对频率占用度测量技术、测量方法、监测接收机技术要求及统计分析方法都给予明确描述，但没有明确该参数的准确性限值指标要求。在监测接收机技术要求和频率占用度监测局限性等章节，明确提出测量频率占用度的监测接收机必须具有高的 RF 选择性，射频前端应有足够多的 RF 滤波器，避免产生接收机互调产物；并强调在监测站系统设计时要注意避免接收机产生互调产物，监测软件能辨别这些产物并利用相关算法予以剔除，具体方法是在交替扫描中自动插入一个已知固定的射频衰减量值，软件
12、自动测量、判定和剔除所有发生大幅度衰减的被测信号（它们被软件自动识别为接收机互调信号）。频率占用度测量和统计是为频谱管理部门提供关于频率实际使用情况的基本参数，必须真实有效，其准确性限值指标非常重要，应尽快提出其准确性限值指标的明确要求。此外，对于数字扫描监测接收机中频带宽的不断增大、扫描速度的不断加快，更要研究对频率占用度测量和统计准确性的影响，要系统分析和测试验证宽中频、快扫描同频率占用度测量和统计准确性间的相互关系，严格控制虚假信号概率。（2） 时效性指标时效性指标是监测系统的基本性能指标，在军用无线电监测系统中时效性指标要求更为严格。比较主要的时效性指标有最小测向时间、系统测向时间、测
13、量结果显示的时效性、链路传输的时效性、占用度测量和统计分析的时效性等。最小测向时间已经有了详细描述，并建议规定民用监测系统最小测向时间10ms。从理论上讲，军用监测系统最小测向时间应越小越好，尤其对低截获短时信号、跳频信号应有更高要求的最小测向时间。但时效性指标更是一个系统性指标，应着眼于系统的角度提高时效性能。若最小测向时间指标很好，但由于设备信号处理及显示能力的局限，系统测向时间长，测向系统时效性仍会较差。我们定义系统测向时间为测向设备从收到测向指令起，到获取显示一次示向度结果所需要的时间。通常监测系统仅提供最小测向时间，不提供系统测向时间，但 R&S DDF195 单通道相关干涉仪测向系
14、统，提供最小测向时间指标是10ms，提供系统测向时间指标是 100ms5s，两者差异很大。目前人们对系统时效性指标的研究还比较肤浅，对大部分时效性参数均没有明确定义和限值要求，单站和多站测量结果显示时效性、链路传输时效性、多站测向交汇定位时效性、占用度测量和统计分析时效性等指标，相关技术文献均没有明确定义和提出限值要求。（3） 抗扰性指标抗扰性指标是衡量监测系统在复杂电磁环境情况下发挥性能的重要指标，比较重要的抗扰性指标有测向抗扰度、监测系统失真率。测向抗扰度是指在有干扰的情况下，无线电测向设备保持其测向准确度的能力。根据干扰信号频率是否落在测向设备中频通带的不同，分为带内测向抗扰度、带外测向
15、抗扰度。测向抗扰度指标同接收机射频前端选择性密切相关，典型超短波监测系统的带内测向抗扰度指标0dB、带外测向抗扰度指标60dB。监测系统产生虚假响应的概率称为监测系统失真率。监测系统产生虚假信号的重要原因一是射频前端存在多信号接收现象，二是射频前端的非线性作用。控制多信号同时进入接收机前端，需要控制接收机前端射频带宽，还要求低失真精确测量频率占用度，一定要选用窄带接收机测量，监测接收机必须具有高的 RF 选择性。设法减少射频接收电路和接收机前端器件的非线性，增加它们的线性动态范围，不仅要提高监测接收机的线性动态范围，更要提高天线、开关和射频矩阵等射频接收电路的线性动态范围。监测系统的线性接收能
16、力主要通过监测系统二阶互调截点、三阶互调截点等参数来描述，要提高超短波监测站的线性接收能力，既要选用具有高线性度的监测接收机，更要选用具有高线性度的射频接收电路，即监测天线（主要指有源天线）、射频开关、射频矩阵及接收机的二、三阶互调截点指标要好。原则上监测系统的二、三阶互调截点指标应不低于高性能的接收机指标，建议监测系统二阶互调截点40dBm，三阶互调截点10dBm。R&S EM550 高性能超短波监测系统的二阶互调截点50dBm（有预选器），三阶互调截点17dBm。另外监测系统互调截点值测量与测量频率间隔相关，测量频率间隔越大，互调截点值越大，为了比较不同监测系统的互调失真性能，必须采用相同的测试条件。在国标VHF/UHF 频段无线电监测站电磁环境要求和测试方法中，为防止VHF/UHF 频段无线电监测站出现虚假信号，标准规定监测站环境电场不能超过87dBV/m117dBV/m 的干扰允许值，这说明对于接收低于此干扰允许
