随着现代无线电通信装备的高度集成和性能的提升,对短波通信信号侦察带来了全新的挑战。长期以来短波通信信号侦收系统和测向系统都是各自独立的系统装备。由于侦收天线阵列和测向天线阵列功能要求不同,因此难以做到两套系统共用一套天线阵列形式,形成侦测合一系统。侦测合一系统使得侦收分系统和测向系统高度集成,形成即侦即测和数据同源,以此提升侦察效益。但是要将高增益定向性好的侦收天线(如对数周期天线等)阵列,同时作为测向天线使用面临诸多难点。侦收天线为了实现空间信号的广域覆盖,各个定向天线阵元指向不同方向,其极化取向不尽相同(异构阵列)。然而面向测向应用时,传统测向系统要求所有天线阵元取向一致(同构阵列)。因此如何将各个阵元取向不尽相同的异构阵列同时作为测向阵列使用成为一个尚未解决的问题。要实现高性能的侦测合一系统,首先要面临异构阵列如何在侦测合一系统中应用的问题。本文从天线角度出发,系统地阐述了异构阵列天线的特性及其在实际测向系统中的应用问题。分析阐述了异构阵列天线的特点,并针对系统应用设计了一款高性能异构测向阵列,得到实际验证。这为侦测合一系统研究奠定了一定的物理基础。本文针对异构阵列研究,主要工作具体如下:1.从水平电偶极子天线出发,深入研究分析了水平电偶极子的空域极化特性,指出水平电偶极子空域极化参数随空间观测角度变化而变化。同时由于实际有限导电地面的影响,水平电偶极子空域极化并非在空间所有观测角上表现出线极化状态,而是椭圆极化态,只有在最大辐射方向上表现出线极化态。通过数学推导,揭示了由水平电偶极子构成异构阵列的极化敏感机理。2.基于异构阵列,详细推导了自由空间和实际地面上的异构阵列的测向阵列流形一般表达式。提出了一种改进的MUSIC测向方法—极化MUSIC方法(Pol-MUSIC),使其能够适应异构阵列极化特性。该方法不需要在极化空间中进行搜索测向,只需要空间搜索即可获得未知极化参数的信号方向信息。通过仿真验证该方法具有良好的稳健性和准确度。证明了异构阵列流形具有低的空间相关性,可以分辨角度更接近的两个信号。通过仿真实验,验证了异构阵列相对于同构阵列具有更好的角度分辨率,其原因就在于异构阵列对不同极化的信号,具有不同的阵列响应。最后讨论了实际地面参数不均匀时,测向误差的问题。3.针对异构阵列测向应用问题,设计了一款24阵元短波水平对数周期天线(LPDA)圆形异构阵列。提出了一种新的对数周期天线设计方法。相对于传统Carrel设计方法,通过采用数周期天线的尺度因子?和间隔因子?在每一对振子上连续变化的设计,可以控制辐射区移动速度。通过这样的设计能够在固定天线长度的情况下,有效扩展天线相位中心到馈电点的距离。进而在组成圆形异构阵列时,能够扩展阵列有效半径,这对于测向天线来说非常有利。通过电感加载,缩小对数周期天线的横向尺寸,使得阵列具有合理的基线距离,形成一种紧凑型内向圆形异构阵列。整个阵列由24个水平对数周期天线构成均匀分布的圆形阵列(UCA-LPDA)。各个阵元天线指向不同的方位,能够有效覆盖0-360°范围。经过实际测试,阵中单元天线在2-30MHz范围内电压驻波比小于2.0,具有13dBi的高增益,幅度方向图和相位方向图与理论计算比较吻合。4.基于对数周期天线圆形异构阵列,提出了一种对数周期天线相位中心测量方法。该方法利用多通道接收机获取阵元之间的相位差信息,利用最小二乘方法,采用搜索的方法,可以获得准确的相位中心位置。该方法适合短波天线外场测试,在天线测量过程中利用短波接收机数据,直接反演获得。结果表明实测的对数周期天线相位中心位置与理论计算结果较一致,验证了测试方法的准确性。5.理论分析了现有基于相位加权的波束合成方法的性能,数学证明了该方法只适用于天线极化取向一致的同构阵列。但是对于水平对数周期天线圆阵这种异构阵列,采用相位加权方法其合成效果受限。只有当来波极化中水平极化分量占优时才能够有较好的合成效果。对此提出了一种极化-空域联合加权方法,通过仿真,联合加权能够改善合成器效果。6.通过仿真和实际测试验证,基于对数周期天线圆形异构阵列,采用传统MUSIC方法测向具有视向度不稳定现象,在低频测向误差较大。这主要是由于水平对数周期天线圆阵是一种异构阵列,具有极化效应。在低频由于阵列耦合大,天线空域极化随角度变化更为剧烈。采用改进后的极化MUSIC方法(Pol-MUSIC),能够改善测向结果。这为对数周期圆形异构阵列这种侦收天线应用到测向系统奠定了现实应用基础,使得侦测合一系统面向实际应用成为可能。