随着低空经济、卫星互联网、5G/6G 等新业态加速落地，城市核心区、机场、重大活动场馆周边的电磁环境日渐密集。无线电监测的工作不再只是“听得见”——发现一个异常信号，更要“测得准”：判定它从哪里来，进而通过多站交汇锁定发射源位置。测向，正是把“频谱感知”转化为“空间定位”的那一步。

在无线电管理业务中，应用最广的测向体制主要有三类：干涉仪测向、空间谱测向和比幅测向。三者并非简单的“新旧替代”关系，而是在精度、时效、成本、适用频段上各有取舍的技术路线。本文对其原理、优劣势、适用场景，以及测向系统的测试内容与依据标准做系统梳理。

一、技术全景：测向的四条技术路线

从信息维度看，测向技术可分为四条路线。理解这一分类，是理解三种体制定位的前提。

在国际标准层面，ITU-R SM.854-3《监测站的测向和位置测定》明确建议：以 HF 频段测向为目的时，应优先采用角度计、干涉仪、相关干涉仪或多普勒体制，而不宜采用简单的旋转环或交叉环测向设备——因为后者在电离层传播条件下可靠性不足。

二、干涉仪测向：用相位差换取高精度

干涉仪测向是当前固定监测站应用最广的高精度测向体制。它的技术核心是相位测量——用“波程差—相位差”这一确定的对应关系，换取远高于幅度测向的测向精度。

（一）原理

干涉仪测向基于“同一来波到达不同阵元存在波程差”这一基本事实。信号以平面波入射时，相邻阵元间距 d 引入的波程差为 d·sinθ，对应相位差为：

φ = 2πd·sinθ / λ

其中 λ 为波长，θ 为来波方位角。测得相位差，即可反解出来波方向。工程上为避免“测向模糊”，通常需要多组不同间距的基线组合（长短基线配合）进行解模糊；而相关干涉仪则更进一步：把实测的多通道相位差向量与预先标定的“相位差—方位”样本库做相关匹配，取相关系数最大的方位作为结果。

（二）优势

测向精度高。在标准场地无反射条件下，干涉仪体制的测向精度通常可达到 1°～2°（RMS）量级，优于比幅体制。

时效性好。属于“瞬时测向”体制，单次测向驻留时间可做到毫秒级，适合快速扫描。

频段覆盖宽。通过分段天线阵设计，可覆盖短波、超短波直至微波频段，是固定监测站的主流选择之一。

相关干涉仪对多径与通道失配有一定容忍度。样本库匹配的方式使其在非理想场地下的鲁棒性优于直接反解算。

（三）局限

存在相位模糊。阵元间距大于半个波长时相位测量出现多值，必须依靠多基线或先验信息解模糊，阵型设计与算法复杂度随之上升。

对通道一致性要求苛刻。各接收通道的幅度、相位不一致会直接转化为测向误差，需要宽带幅相校准，且校准需随温度、频率变化复测。

同频多信号与相干信号处理能力有限。当监测带宽内同时存在同频多目标，或存在建筑物反射形成的相干多径信号时，示向度可信度会明显下降。

对场地多径敏感。固定站周边的反射体、金属构筑物会引入方位偏差，因此对站点电磁环境有明确要求。

（四）典型场景

频谱监测网的固定测向站、干扰源定位与查处、卫星干扰源定位、机场及重要区域电磁环境监测、无人机侦测与反制中的来向判定等。

三、空间谱测向：在“拥挤”的电磁空间里分辨同频多目标

空间谱测向代表了测向技术从“单一维度信息提取”到“多维矢量处理”的一次跨越，也是三类体制中理论门槛最高、算法迭代最快的一类。

（一）原理

空间谱测向（矢量测向）不再依赖单一维度的幅度或相位信息，而是用多阵元阵列同步采集信号的幅度与相位完整信息，将时域的谱估计理论拓展到空域，构建空间谱 P(θ) 实现波达角估计。

早期的常规波束形成（CBF）本质是“空域能量加权求和”，结构简单、计算量小，但其分辨率受制于空域“瑞利限”，无法分辨角度间隔过近的两个信号。突破来自子空间类算法：1979 年 Schmidt 提出 MUSIC（多重信号分类）算法，相关成果于 1986 年正式发表于 IEEE《天线与传播汇刊》；其核心是利用接收数据协方差矩阵的特征分解，把观测空间划分为信号子空间与噪声子空间，依靠二者正交性构建空间谱，谱峰位置即信号来向。1989 年 Roy 和 Kailath 提出 ESPRIT 算法，利用阵列平移不变性直接求解角度，无需谱峰搜索，计算量显著降低。

（二）优势

超分辨能力。分辨率不再单纯由天线孔径决定，而是由阵元数与算法精度共同决定，可实现优于传统波束形成的角度分辨。

同频多目标分辨。可在同一测向带宽内同时给出多个信号的来向，这是比幅、相位干涉仪体制难以做到的。

对相干信号有明确的技术路径。MUSIC 对相干信号本身失效，但可通过空间平滑等解相干预处理，或改用稀疏重构类算法解决。

抗多径与低信噪比性能更好。子空间类算法在低信噪比下仍能保持较高估计精度。

（三）局限

计算量大、实时性受限。谱峰搜索与特征分解带来较高运算开销，对处理器与接收机通道数要求高；ESPRIT 等免搜索算法可部分缓解。

对阵列误差敏感。阵元位置误差、通道幅相不一致、互耦都会显著恶化估计性能，校准成本高。

超分辨并非“无限分辨”。实际分辨率仍受阵元数、信噪比、快拍数限制，工程上 0.1° 已接近极限。

阵元数并非越多越好。性能提升呈边际递减，而通道一致性、计算复杂度与硬件成本快速上升，工程上 8～16 阵元常为较优区间。

（四）典型场景

复杂电磁环境下的频谱态势感知、电子对抗与信号侦察、同频多目标监测、城市多径环境测向、5G 基站定位与优化、低空复杂电磁环境感知等。

四、比幅测向：用幅度比较换取简单与低成本

比幅测向是最早实现工程化的测向方式，思路朴素——用不同指向天线接收到的信号强弱差异来判断来向，代价则是精度与抗干扰能力。

（一）原理

比幅测向通过比较多个定向天线（或波束）接收到的信号幅度差来判断来向。经典实现是沃森-瓦特测向：采用两组正交的阿德科克天线（南北向与东西向），分别输出与 sinθ、cosθ 成正比的电压，通过 θ = arctan(V南北 / V东西) 直接解出方位角。工程中也有单脉冲比幅（相邻波束幅度差查表）和多波束切换比幅等实现形式。

（二）优势

结构简单、成本低、体积小。无需精确的多通道相位校准网络，对硬件一致性要求相对宽松。

无相位模糊问题。不依赖相位测量，天生规避了解模糊难题。

瞬时带宽宽、测向速度快。部分实现具备很宽的瞬时带宽，适合快速扫描与宽带监测一体化的使用需求。

适合作为组网中的“粗测向”节点。与精测向体制配合，可显著降低组网成本。

（三）局限

测向精度相对较低。一般量级为几度至十几度，明显低于干涉仪与空间谱体制。

对多径、极化与地形敏感。天线方向图畸变、幅度不平衡、周边反射都会引起明显方位偏差，沃森-瓦特体制在复杂场地下的表现尤为受限。

不适用于同频多信号场景。同一时刻只能给出一个示向度。

测向灵敏度相对偏低。对弱信号测向的可靠性不如高增益阵列体制。

（四）典型场景

车载与便携式监测设备、频谱管理网格化监测、快速普查与粗略定向、与其他体制组网形成“粗测向＋精测向”组合等。

五、三种体制横向对比与选型参考

选型的基本逻辑是：以成本与部署便利为先、精度要求不高的普查类场景，优先比幅体制；以固定站高精度定位为主、信号相对单一的常规监测，干涉仪（尤其是相关干涉仪）性价比最优；面对同频多目标、强多径、低信噪比的复杂电磁环境，则需要空间谱体制。

六、测试内容与依据标准

测向系统的性能必须在受控条件下实测验证，否则标称精度无从落地。测试环节既是设备验收的依据，也是在用系统定期“体检”的必要手段。

（一）测试场地与基本条件

开场测试（OATS）。在电磁环境干净的开阔场地布置发射系统与被测系统，适用于移动式、可搬移式监测测向系统的参数测量与在用系统的参数校验。

微波暗室。排除外界干扰与反射，适用于高精度、可重复的指标标定。

远场条件。测试距离需满足远场判据 r ≥ 2D²/λ（D 为发射天线最大尺寸），确保被测系统接收到的是近似平面波。

背景与干扰控制。测试频点上应无外界干扰；测试前需对仪器进行溯源校准，并记录环境温度、湿度等条件。

（二）主要测试项目

依据 GB/T 34089-2017《VHF/UHF 无线电监测测向系统开场测试参数和测试方法》，主要测试项目包括：

此外，实务中还常补充测试天馈系统驻波比、接收机杂散发射、扫描速度、通道幅相一致性、方位覆盖范围（0°～360°）与极化误差等项目。与之配套的行业标准 YD/T 2675-2013 覆盖 VHF/UHF 频段，YD/T 3811-2020 则将测试方法延伸至 3 GHz～12.75 GHz 频段。

（三）示向度精度与结果表述

测向精度须用不同频率、不同来波方向多次测量的统计值来表述，单点单次测量值不具代表性。ITU-R SM.854-3 给出了方位角可信度的分类方法：频率大于 30 MHz 时，A 类 ±1°、B 类 ±2°、C 类 ±5°、D 类 > ±5°；频率小于等于 30 MHz 时，A 类 ±2°、B 类 ±5°、C 类 ±10°、D 类 > ±10°。使用时应在方位角数值后附加相应类别字母，标注其可信度。检测结果还需依据 JJF 1059.1《测量不确定度评定与表示》给出测量不确定度评定，避免以单次测量值直接等同于系统精度。

（四）主要依据标准

七、结语：从单一体制走向融合

三种测向体制的技术边界正在被不断打破。一方面，多体制融合成为主流方向：比幅负责快速普查与粗定向，干涉仪负责高精度单目标定位，空间谱负责复杂环境下的多目标分辨，三者在同一套监测网络中互为补充；另一方面，测向与多站时差定位的联合、稀疏重构等新算法在少快拍与相干场景下的应用，正在把测向从“能给出方位”推进到“能在最恶劣的电磁环境下给出可信方位”。

对于无线电管理工作而言，技术选型之外，标准化测试同样是不可省略的一环。只有把测向精度、灵敏度、抗扰度等指标放到标准场地与统一方法下反复验证，才能保证监测网络在真正需要“测得准”的时候不掉链子。