測向計演算法

① 有哪幾種主要的測向方法

1．利用羅盤（指北針）。 將羅盤或指北針水平放置，使氣泡居中，此時磁針靜止後，標有「N」的一端所指的便是北方。
2．利用太陽。 在晴朗的白天，根據日出、日落就可以很方便地知道方向，但只能是大致的估計，較准確的測定有下列幾種方法。 （1）手錶測向。「時數折半對太陽，12指的是北方」。一般在上午9時至下午4時之間可以很快地辨別出方向，用時間的一半所指的方向對向太陽，12時刻度就是北方。如，下午14∶40的時間，其一半為7∶20，把時針對向太陽，那麼12指的就是北方。 （2）日影測向。晴天，在地上豎立一木棍，木棍的影子隨太陽位置的變化而移動，這些影子在中午最短，其末端的連線是一條直線，該直線的垂直線為南北方向。 3．利用地物和植物特徵。 有時野外的一些地物和植物生長特徵是良好的方向標志，增加這方面的知識可以幫助我們快速地辨別方向。 （1）地物特徵。 房屋：一般門向南開，我國北方尤其如此。 廟宇：通常也是向南開門，尤其廟宇群中的主體建築。 突出地物：向北一側基部較潮濕並可能生長低矮的苔蘚植物。 （2）植物生長特徵。 北側山坡，低矮的蕨類和藤本植物比陽面更加發育。樹木樹乾的斷面可見清晰的年輪，向南一側的年輪較為疏稀，向北一側則年輪較緊密。

② 無線電測向技術的無線電測向的方法

無線電測向一般有以下幾種方法： 幅度比較式測向體制的工作原理是：依據電波在行進中，利用測向天線陣或測向天線的方向特性，對不同方向來波接收信號幅度的不同，測定來波方向。
幅度比較式測向體制的特點：測向原理直觀明了，一般來說系統相對簡單，體積小，重量輕，價格便宜。存在間距誤差和極化誤差，抗波前失真的能力受到限制。頻率覆蓋范圍、測向靈敏度、准確度、測向時效、抗多徑能力和抗干擾能力等重要指標，要根據具體情況做具體分析。 干涉儀測向體制的測向原理是：依據電波在行進中，從不同方向來的電波到達測向天線陣時，在空間上各測向天線單元接收的相位不同，因而相互間的相位差也不同，通過測定來波相位和相位差，即可確定來波方向。在干涉儀測向方式中，是直接測量測向天線感應電壓的相位，而後求解相位差，其數學公式與幅度比較式測向的公式十分相似。
相關干涉儀測向：是干涉儀測向的一種，它的測向原理是：在測向天線陣列工作頻率范圍內和360度方向上，各按一定規律設點，同時在頻率間隔和方位間隔上，建立樣本群，在測向時，將所測得的數據與樣本群進行相關運算和插值處理，以獲得來波信號方向。
干涉儀測向體制的特點：採用變基線技術，可以使用中、大基礎天線陣，採用多信道接收機、計算機和FFT技術，使得該體制測向靈敏度高，測向准確度高，測向速度快，可測仰角，有一定的抗波前失真能力。該體制極化誤差不敏感。干涉儀測向是當代比較好的測向體制，由於研製技術較復雜、難度較大，因此造價較高。干涉儀測向對接收信號的幅度不敏感，測向天線在空間的分布和天線的架設間距，比幅度比較式測向靈活，但又必須遵循某種規則。例如：可以是三角形，也可以是五邊形，還可以是L形等。 多普勒測向體制的測向原理：依據電波在傳播中，遇到與它相對運動的測向天線時，被接收的電波信號產生多普勒效應，測定多普勒效應產生的頻移，可以確定來波的方向。
為了得到多普勒效應產生的頻移，必須使測向天線與被測電波之間做相對運動，通常是以測向天線在接收場中，以足夠高的速度運動來實現的，當測向天線完全朝著來波方向運動時，多普勒效應頻移量(升高)最大。
多普勒測向，通常不是直接旋轉測向天線，因為這在工程上難於實現，它是將多個天線架設在同心圓的圓周上，電子開關順序快速接通各個天線，等效於旋轉測向天線。人們稱這種測向機為准多普勒測向機。
多普勒測向體制的特點：可以採用中、大基礎天線陣，測向靈敏度高，准確度高，沒有間距誤差，極化誤差小，可測仰角，有一定的抗波前失真能力。多普勒測向體制的缺欠是抗干擾性能較差，如：遇到同信道干擾、調頻調制干擾時，會產生測向誤差。該體制尚在發展之中，改進會使系統變得復雜，造價會隨之升高。 到達時間差測向體制的測向原理：依據電波在行進中，通過測量電波到達測向天線陣各個測向天線單元時間上的差別，確定電波到來的方向。它類似於比相式測向，但所測量的參數是時間差，而不是相位差。該測向體制要求被測信號具有確定的調制方式。
到達時間差測向體制的特點：測向准確度高，靈敏度高，測向速度快，極化誤差不敏感，沒有間距誤差，測向場地環境要求低。但是抗干擾性能不好，載波必須有確定的調制，目前應用尚不普及。 空間譜估計測向體制的測向原理：在已知坐標的多元天線陣中，測量單元或多元電波場的來波參數，經過多信道接收機變頻、放大，得到矢量信號，將其采樣量化為數字信號陣列，送給空間譜估計器，運用確定的演算法求出各個電波的來波方向、仰角、極化等參數。
空間譜估計測向體制的特點：空間譜估計測向技術可以實現對幾個相干波同時測向；可以實現對同信道中、同時存在的多個信號，同時測向；可以實現超分辨測向；僅需要很少的信號采樣，就能精確測向，因而適用於對跳頻信號測向；可以實現高測向靈敏度和高測向准確度；測向場地環境要求不高，可以實現天線陣元方向特性選擇及陣元位置選擇的靈活性。以上空間譜估計測向的優點，正是傳統測向方法長期以來存在的難題。
空間譜估計測向系統尚在研究試驗階段。在這個系統中，要求具備寬頻測向天線，要求各個天線陣元之間和多信道接收機之間，電性能具有一致性。此外還需要簡捷高精度的計算方法和高性能的運算處理器，以便解決實用化問題。

③ 時差法測向的基本原理

超聲波流量計介紹 即速度差法包括：直接時差法、時差法、相位差法、頻差法

超聲波流量計的基本原理及類型

超聲波在流動的流體中傳播時就載上流體流速的信息。因此通過接收到的超聲波就可以檢測出流體的流速，從而換算成流量。根據檢測的方式，可分為傳播速度差法、多普勒法、波束偏移法、雜訊法及相關法等不同類型的超聲波流量計。起聲波流量計是近十幾年來隨著集成電路技術迅速發展才開始應用的一種

非接觸式儀表，適於測量不易接觸和觀察的流體以及大管徑流量。它與水位計聯動可進行敞開水流的流量測量。使用超聲波流量比不用在流體中安裝測量元件故不會改變流體的流動狀態，不產生附加阻力，儀表的安裝及檢修均可不影響生產管線運行因而是一種理想的節能型流量計。

眾所周知，目前的工業流量測量普遍存在著大管徑、大流量測量困難的問題，這是因為一般流量計隨著測量管徑的增大會帶來製造和運輸上的困難，造價提高、能損加大、安裝不僅這些缺點，超聲波流量計均可避免。因為各類超聲波流量計均可管外安裝、非接觸測流，儀表造價基本上與被測管道口徑大小無關，而其它類型的流量計隨著口徑增加，造價大幅度增加，故口徑越大超聲波流量計比相同功能其它類型流量計的功能價格比越優越。被認為是較好的大管徑流量測量儀表，多普勒法超聲波流量計可測雙相介質的流量，故可用於下水道及排污水等臟污流的測量。在發電廠中，用攜帶型超聲波流量計測量水輪機進水量、汽輪機循環水量等大管徑流量，比過去的皮脫管流速計方便得多。超聲被流量汁也可用於氣體測量。管徑的適用范圍從2cm到5m，從幾米寬的明渠、暗渠到500m寬的河流都可適用。

另外，超聲測量儀表的流量測量准確度幾乎不受被測流體溫度、壓力、粘度、密度等參數的影響，又可製成非接觸及攜帶型測量儀表，故可解決其它類型儀表所難以測量的強腐蝕性、非導電性、放射性及易燃易爆介質的流量測量問題。另外，鑒於非接觸測量特點，再配以合理的電子線路，一台儀表可適應多種管徑測量和多種流量范圍測量。超聲波流量計的適應能力也是其它儀表不可比擬的。超聲波流量計具有上述一些優點因此它越來越受到重視並且向產品系列化、通用化發展，現已製成不同聲道的標准型、高溫型、防爆型、濕式型儀表以適應不同介質，不同場合和不同管道條件的流量測量。

超聲波流量計目前所存在的缺點主要是可測流體的溫度范圍受超聲波換能鋁及換能器與管道之間的耦合材料耐溫程度的限制，以及高溫下被測流體傳聲速度的原始數據不全。目前我國只能用於測量200℃以下的流體。另外，超聲波流量計的測量線路比一般流量計復雜。這是因為，一般工業計量中液體的流速常常是每秒幾米，而聲波在液體中的傳播速度約為1500m／s左右，被測流體流速(流量)變化帶給聲速的變化量最大也是10－3數量級．若要求測量流速的准確度為1％，則對聲速的測量准確度需為10-5～10-6數量級，因此必須有完善的測量線路才能實現，這也正是超聲波流量計只有在集成電路技術迅速發展的前題下才能得到實際應用的原因。

超聲波流量計由超聲波換能器、電子線路及流量顯示和累積系統三部分組成。超聲波發射換能器將電能轉換為超聲波能量，並將其發射到被測流體中，接收器接收到的超聲波信號，經電子線路放大並轉換為代表流量的電信號供給顯示和積算儀表進行顯示和積算。這樣就實現了流量的檢測和顯示。

超聲波流量計常用壓電換能器。它利用壓電材料的壓電效應，採用適出的發射電路把電能加到發射換能器的壓電元件上，使其產生超聲波振勸。超聲波以某一角度射入流體中傳播，然後由接收換能器接收，並經壓電元件變為電能，以便檢測。發射換能器利用壓電元件的逆壓電效應，而接收換能器則是利用壓電效應。

超聲波流量計換能器的壓電元件常做成圓形薄片，沿厚度振動。薄片直徑超過厚度的10倍，以保證振動的方向性。壓電元件材料多採用鋯鈦酸鉛。為固定壓電元件，使超聲波以合適的角度射入到流體中，需把元件故人聲楔中，構成換能器整體(又稱探頭)。聲楔的材料不僅要求強度高、耐老化，而且要求超聲波經聲楔後能量損失小即透射系數接近1。常用的聲楔材料是有機玻璃，因為它透明，可以觀察到聲楔中壓電元件的組裝情況。另外，某些橡膠、塑料及膠木也可作聲楔材料。

超聲波流量計的電子線路包括發射、接收、信號處理和顯示電路。測得的瞬時流量和累積流量值用數字量或模擬量顯示。

根據對信號檢測的原理，目前超聲波流量計大致可分傳播速度差法(包括：直接時差法、時差法、相位差法、頻差法)波束偏移法、多普勒法、相關法、空間濾波法及雜訊法等類型，如圖所示。其中以雜訊法原理及結構最簡單，便於測量和攜帶，價格便宜但准確度較低，適於在流量測量准確度要求不高的場合使用。由於直接時差法、時差法、頻差法和相位差法的基本原理都是通過測量超聲波脈沖順流和逆流傳報時速度之差來反映流體的流速的，故又統稱為傳播速度差法。其中頻差法和時差法克服了聲速隨流體溫度變化帶來的誤差，准確度較高，所以被廣泛採用。按照換能器的配置方法不同，傳播速度差撥又分為：Z法(透過法)、V法(反射法)、X法(交叉法)等。波束偏移法是利用超聲波束在流體中的傳播方向隨流體流速變化而產生偏移來反映流體流速的，低流速時，靈敏度很低適用性不大．多普勒法是利用聲學多普勒原理，通過測量不均勻流體中散射體散射的超聲波多普

勒頻移來確定流體流量的，適用於含懸浮顆粒、氣泡等流體流量測量。相關法是利用相關技術測量流量，原理上，此法的測量准確度與流體中的聲速無關，因而與流體溫度，濃度等無關，因而測量准確度高，適用范圍廣。但相關器價格貴，線路比較復雜。在微處理機普及應用後，這個缺點可以克服。雜訊法(聽音法)是利用管道內流體流動時產生的雜訊與流體的流速有關的原理，通過檢測雜訊表示流速或流量值。其方法簡單，設備價格便宜，但准確度低。

以上幾種方法各有特點，應根據被測流體性質．流速分布情況、管路安裝地點以及對測量准確度的要求等因素進行選擇。一般說來由於工業生產中工質的溫度常不能保持恆定，故多採用頻差法及時差法。只有在管徑很大時才採用直接時差法。對換能器安裝方法的選擇原則一般是：當流體沿管軸平行流動時，選用Z法；當流動方向與管鈾不平行或管路安裝地點使換能器安裝間隔受到限制時，採用V法或X法。當流場分布不均勻而表前直管段又較短時，也可採用多聲道(例如雙聲道或四聲道)來克服流速擾動帶來的流量測量誤差。多普勒法適於測量兩相流，可避免常規儀表由懸浮粒或氣泡造成的堵塞、磨損、附著而不能運行的弊病，因而得以迅速發展。隨著工業的發展及節能工作的開展，煤油混合(COM)、煤水泥合(CWM)燃料的輸送和應用以及燃料油加水助燃等節能方法的發展，都為多普勒超聲波流量計應用開辟廣闊前景。

④ 測向的訓練方法

身體訓練的基礎理論和方法，例如訓練原則、教學組織方法、賽前調整期訓練、恢復期訓練、少年運動員身體特點及訓練方法等，專著已經很多。本書僅結合測向運動的特點，介紹一些一般性的訓練方法。 （1）力量素質 力量素質是指肌肉在活動時克服阻力的能力。肌肉克服阻力是通過運動員的肌力實現的。阻力包括外部阻力和內部阻力兩個方面。外部阻力包括運動員負載物體的重量、摩擦力、空氣阻力等；內部阻力指肌肉內部的阻力，如肌肉的粘滯性，各肌肉間用力的內抗性等。
力量包括絕對力量，相對力量，速度力量和力量耐力。其中，力量耐力是指長時間克服小阻力的能力，無線電測向運動中的奔跑耐力就屬於這種耐力。速度力量是指在短時間內克服小阻力的能力。無線電測向運動中的快速跑、沖刺跑都需要速度力量。不同的力量訓練可以收到不同的效果。
（2）一般性來說，重復荷、高強度而短時間的訓練可以刺激肌肉，特別是深層的肌肉，使肌肉強壯、增大。但在增強力量的訓練中，更多的是用本人最大力量的2/3左右的力量進行訓練。因為這可以減輕運動員心理上的負擔，防止外傷，保證練習中完成必要的重復次數和組數。在這樣的訓練中應當注意以下兩點：
第一、必須有一個訓練的准備過程。一般來說，先從30～40%的強度開始，逐漸增加，直至75%的強度。
第二、在訓練中間可以穿插一些超75%的小強度訓練，直至95%的強度。
（3）速度力量的訓練，在速度力量訓練中大多採用超等長練習，就是先將需要加強的肌肉拉長，然後再迅速做收縮動作。增強下肢速度練習的常用練習有蛙跳、長短距離的單、雙足跳和跳深等。
在進行這種練習時應注意以下幾點：
第一、力量的增強不僅僅在於肌肉拉長的長度，更主要在於拉長後收縮的速度。
第二、不同的練習高度作用於肌肉的部位不同。一般來說，跳的高度較低，主要發展小腿後群肌肉；練習的高度較高，主要發展股四頭肌。
第三、要做好准備活動，並逐漸增加強度，以防肌肉拉傷。
（4）力量耐力訓練，在力量耐力訓練中，要求負荷強度小，重復次數低，練習時間長。負荷的范圍一般在運動員本身承擔最大負荷的1/4以下，練習的重復次數要求達到或接近極限的程度，而練習的阻數不一定過多。對測向運動員來說，登山和輕負荷上台階（樓梯，看台等）便是一種很好的練習。做上台階練習時，要注意時間連續，掌握好上到台階頂部再返回底部重新練習時的間隔時間，不要過長。此外還可做較淺的蹲起練習。選一台階，運動員腳掌在台階上，而腳跟懸空，曲膝半蹲到大小腿夾角近90度時直立。還可以做雙腳跳台階、單腳交換跳台階等。 耐力素質是指機體長時間活動與疲勞作斗爭的能力。耐力素質一般分為肌肉耐力和心血管耐力。心血管耐力又分為有氧耐力和無氧耐力。
有氧耐力是指機體在氧氣供應比較充足時長時間工作的耐力。提高有氧耐力的目的，從身體訓練角度看，主要是增強心血管系統工作能力，提高機體攝取氧和運輸氧的能力，從而起進有機體的新陳代謝。
無氧耐力是指在機體氧供應不足，長時間在缺氧狀態下工作的能力。由於機體長時間處在無氧狀態下工作，導致機體欠下「氧債」，「氧債」需要在運動後得到補嘗。提高無氧耐力的目的。從身體訓練的角度看，就是提高運動員承擔「氧債」的能力。從不同距離跑有氧與無氧代謝的百分比看，100米、200米、400米跑屬於典型的無氧代謝項目；5000米、10000米、馬拉松跑屬於典型的有氧代謝項目；而800米、1500米跑是處於兩種代謝之間的過渡性項目。無線電測向運動中，跑動距離遠、運動時間長，而在途中擺脫對手時和近台區、終點「沖刺」時又需要快速度，因而對運動員的有氧耐力和無氧耐力的要求都比較高。
在耐力訓練中如何區分運動員是處於有氧還是無氧狀態呢？目前，主要是通過對參訓者脈搏數的監測間接判斷。處於有氧耐力訓練界限內的最高心率可以由下式求得：
心率=安靜時脈搏+（最高脈搏-安靜時脈搏）60～70%心率一旦超過，便認為該運動員已進入無氧工作狀態。
這是一個很有實用意義的公式。用這個心率的強度進行有氧耐力的訓練，可以使心臟每博輸出和每分鍾輸出血量增大，收到很好的訓練效果。在日常訓練中，為了簡便，還常常使用150次/分左右的心率來控制運動員處於有氧訓練狀態。只在短時間內允許心率達到170次/分。
發展測向跑有氧代謝能力的方法主要有以下3種：
（1）持久跑訓練法，持久跑要求較長時間的跑動，中途不間斷，不休息，負荷量大，但強度保持在無氧訓練心率范圍內。一般安排距離至少在4千米左右，心率控制在140～150%次/分（或由計算更精確求得）。由於這種訓練方法持續的時間較長，運動員容易感到單調、乏味，疲勞出現較早，所以一般用變速跑、越野跑、隨意跑（又叫法特萊克跑）、勻速跑等方式的交替安排進行調節。持久跑的優點是血乳酸增加不明顯，心臟的負荷規律穩定，對長距離跑所需的有氧代謝能力有顯著效果。
（2）間歇跑訓練法，這種訓練的最大特點，是每一次練習後不讓機體得到充分恢復就進行下一次練習，以便在休息時使心臟每搏輸出血量達到最佳值，保證再次訓練時心臟內有足夠的血液輸出。這對增強心臟機能和攝氧能力是十分有效的。間歇跑的方式也可以靈活掌握。根據運動強度，可以分為小強度間歇和大強度間歇跑；根據間歇時間長短，又可以為分長間歇跑和短間歇跑。這些訓練方法，除發展有氧耐力外，對發展速度，無氧耐力均有一定效果。
（3）重復跑訓練法，這種跑法就是多次重復規定的強度和距離。一般情況下，用這種方法來提高跑的強度，以加深對機體的刺激，促進無氧強度和專項耐力的提高。根據專項要求，有兩種安排方案，一是跑專項距離的一半，一是跑專項距離。間歇到心率恢復到120次/分以下再重復下一次練習。例如，可以按測向競賽中找一個台的途中跑距離（大約1至2公里），作為一次練習的距離。
耐力訓練是測向運動員身體訓練中最管重要的訓練，也是最大量的訓練。在耐力訓練過程中，必須注意以下問題：注意培養運動員的呼吸能力，特別要培養鼻呼吸和深呼吸的能力；注意對運動員意志品質的培養；要把有氧耐力做為無氧耐力的基礎；要控制運動員的體重，勿使發胖，以免增加心臟負荷和體力消耗。 速度素質是指機體（整體或某一部分）快速運動的能力。速度素質一般分為反應速度、動作速度和移動速度。無線電測向運動員身體訓練中的速度訓練主要是進行移動速度訓練，特別是速度耐力的訓練。
（1）移動速度訓練，提高移動速度的途徑有下面兩條。
第一、可以通過動力性力量的訓練來提高移動速度。就是說要有計劃地訓練運動員獲得快速運動所需的力量以及發揮力量的能力。在力量訓練一節中我們曾提到過速度力量，是指在很短時間內克服小阻力的能力。移動速度取決於步長和步頻。在跑的過程中，前腿的高抬需要髂腰肌和股四頭肌快速有力的收宿，後腿的蹬伸需要臀大肌、梨狀肌快速有力的收縮，而髖關節的穩定需要有力的腰腹肌群進行保持。在完成跑的動作時，這些有關肌肉的動作迅速而有力，才能提高步頻，加大步長，提高速度。所以說動力性力量訓練是提高速度的必要途徑。
提高動力性力量的練習有高抬腿、小腿加負荷的高抬腿、後蹬跑、用橡皮條牽拉形成阻力的腿前擺，後蹬伸等，還可以空插安排一些蹲起，小負重的蹲起，墊上的抑卧起坐、屈膝勾頭兩頭靠、俯卧態的頭腳兩頭起等。 是在運動中進行的，負荷輕而動作速度快。練出來的力量不是「死力氣」，都可以在提高速度中發揮出來。如何判斷力量素質是否轉化到移動速度中呢？一般可以根據以下幾個方面：（a）運動員在跑的過程中，自己有「有勁」的感覺。
（b）客觀觀察可見運動員跑的動作有明顯的彈性感，有一種有力的向羊跨的感覺。
（c）運動員進行100米跑中，尤其是在後階段的跑程中，肌肉酸痛的主觀感覺減輕。
第二條提高移動速度的途徑是跑。對跑的訓練要求是：強度大，距離短，每組練習中次數不太多，間歇時間短。例如，以90%強度進行60米跑，共6組，每組3次，組間間歇2分鍾至3分鍾。
（2）速度耐力訓練，速度耐力是指較長時間內做快速運動的能力。無線電測向運動中途中加速到位，途中擺脫對手、近台區長距離跟蹤時的持續高速奔跑，都需要這種能力。在上述情況下奔跑距離大約在400米以內。練習時選擇每次跑的距離也應在400米左右。還可以用負重訓練來提高速度耐力。重量一般為本人最大負重量的80%，每次練習1～2分鍾。