近年来,随着软件无线电技术的不断发展,软件无线电平台在雷达方面的预研和应用方面的工作也在如火如荼的开展。传统的无线电业务由于技术限制的原因在监测频带范围和监测角度上都十分受限,而基于软件无线电的无线电频谱监测和测向系统可以很好的克服以上问题,因此吸引了更多的科研技术人员投入到基于软件无线电的测向系统方向上进行研究。本课题主要依托于“星载无线电等离子体探测系统”项目,设计一款基于软件无线电的宽带信号三维测向系统。“星载无线电等离子体探测系统”作为国家重大科研仪器研制项目,目的是研发一种多功能的星载无线电仪器和信号处理软件平台,该系统样机具备重量低、功耗低和灵活性强等特点,主要功能可用于对电离层的关键区域中空间等离子体密度的分布和结构进行探测,以及对空间等离子体在空间的运动轨迹信息进行提取和分析。在电离层空间中等离子体密度分布不均,为使雷达要能够对不同区域的空间等离子体进行成像,则对于空间等离子体的探测范围应覆盖30k Hz～3MHz,同时对于空间等离子体反射的信号进行接收以及对来波信号进行空间定位也是一个亟待解决的问题。因此本文立足于对来波信号实现接收以及定位设计了一种基于USRP X310的宽带信号三维测向系统,该系统可以准确的判断目标信号源的来波方向,对于空间等离子体的探测和成像方面具有重要意义。本文的研究内容和结果主要包括以下几个方面:首先,由于传统的无线电测向系统设备普遍存在造价高昂和操作性不够灵活等问题,本文选用通用软件无线电硬件平台和GNU Radio软件相结合设计了一种无线电测向系统,并运用MUSIC算法实现了对来波信号进行测向的功能。其次,本文通过GNU Radio软件结合自定义模块设计了一个宽带信号收发系统,该系统可以实现信号源的扫频步进收发功能,结合无线电测向系统可以实现在扫频步进的方式下对来波信号进行接收,拓宽了来波信号频带监测范围。最后,通过USRP X310设备搭载两块Twin RX子板,并连接四根胶棒天线形成天线阵列作为信号接收机,对天线阵列进行相位校正后开始测向,然后再对接收信号进行来波方向估计。经过反复多次的实验结果表明,通过操控发射机的天线方向改变信号源的方位,接收机可以实时分辨并显示来波方向,该系统可以有效估计出空间中信号的来波方向,具备有效性和实用性。