無(wú)線電監(jiān)測(cè)測(cè)向與定位技術(shù)研究

崔 楊

（長(zhǎng)春市無(wú)線電監(jiān)測(cè)站 吉林 長(zhǎng)春 130022）

0 引言

無(wú)線電通信將文本、聲音、圖像等電信號(hào)調(diào)制成無(wú)線電磁波，實(shí)現(xiàn)信息在空間的傳輸。例如，雷達(dá)、移動(dòng)電話和Wi-Fi 都是典型的無(wú)線電通信設(shè)備。普通無(wú)線電磁波的頻率約為3 Hz ～300 GHz，稱為頻譜。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織將頻譜劃分為幾個(gè)大頻段，每個(gè)頻段適用于不同類型的通信技術(shù)或通信目的，例如調(diào)幅廣播，實(shí)現(xiàn)了聲音信號(hào)在300 kHz ～3 MHz 頻段的傳輸。然而，頻譜是一種有限的自然資源。無(wú)線電管理部門必須對(duì)管轄范圍內(nèi)的無(wú)線電通信進(jìn)行監(jiān)督管理，維護(hù)無(wú)線電頻率的合法權(quán)益，打擊非法占用頻譜，保障頻譜資源高效、有序使用。在實(shí)際的發(fā)展過程中，對(duì)無(wú)線電監(jiān)測(cè)測(cè)向與定位技術(shù)研究是一項(xiàng)十分有價(jià)值的工作[1]。

1 無(wú)線電監(jiān)測(cè)測(cè)向與定位技術(shù)現(xiàn)狀分析

“十二五”期間，我國(guó)主要城市相繼開展了電網(wǎng)無(wú)線電監(jiān)控網(wǎng)試點(diǎn)建設(shè)。例如，上海將電網(wǎng)測(cè)試網(wǎng)與固定監(jiān)測(cè)站相結(jié)合，提高了區(qū)域內(nèi)無(wú)線電頻譜資源的調(diào)控能力。當(dāng)前，隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”等新興信息產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，各類新型無(wú)線電設(shè)備和應(yīng)用急劇增加，導(dǎo)致頻譜供需矛盾日益突出。為適應(yīng)新的發(fā)展形勢(shì)，無(wú)線電監(jiān)測(cè)管理進(jìn)入了新的“智能化”階段。智能頻譜管理和智能監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)分析成為這一時(shí)期的研究熱點(diǎn)。其中，智能頻譜管理在不打破原有頻率規(guī)劃的前提下，運(yùn)用認(rèn)知無(wú)線電等新技術(shù)，提高有限頻譜資源的使用效率，促進(jìn)頻率利用由獨(dú)占方式向共享方式的轉(zhuǎn)變，有助于頻譜資源的科學(xué)規(guī)劃和動(dòng)態(tài)管理[2]。無(wú)線電監(jiān)測(cè)測(cè)向與定位技術(shù)隨著社會(huì)的發(fā)展也得到一定的提升，促進(jìn)了行業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步。

2 無(wú)線電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成

無(wú)線電監(jiān)控系統(tǒng)在實(shí)際的使用過程中主要組成部分有以下幾個(gè)方面：無(wú)線設(shè)備、轉(zhuǎn)換設(shè)備、接收設(shè)備。天線陣接收空氣中產(chǎn)生的相應(yīng)的無(wú)線電信號(hào)；天線選擇設(shè)備在實(shí)際的發(fā)展過程中把監(jiān)控中心發(fā)出的指令發(fā)送到專門進(jìn)行轉(zhuǎn)換調(diào)解的相關(guān)設(shè)備；信號(hào)轉(zhuǎn)換以及調(diào)解的設(shè)備在實(shí)際的發(fā)展過程中具備很好的功能，其優(yōu)勢(shì)主要在于可以將所選的信號(hào)進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的實(shí)際轉(zhuǎn)換，并將處理后的信號(hào)傳輸給信號(hào)接收設(shè)備，對(duì)所述的信號(hào)作出詳細(xì)處理；將信息發(fā)送到信號(hào)接收設(shè)備后，通過a/D 轉(zhuǎn)換后發(fā)送到監(jiān)控中心，即單片機(jī)。這樣就可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)識(shí)別和信號(hào)存儲(chǔ)，將信號(hào)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)業(yè)務(wù)中，并且無(wú)線電信號(hào)中的相關(guān)參數(shù)也會(huì)在實(shí)際的使用過程中進(jìn)行顯示。無(wú)線電監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理相對(duì)簡(jiǎn)單，其主要是根據(jù)客戶的要求以及相關(guān)的參數(shù)，通過天線選擇設(shè)備對(duì)運(yùn)行的天線等進(jìn)行相應(yīng)的控制，確保接收的無(wú)線電信號(hào)在合適的位置上，然后將轉(zhuǎn)換設(shè)備和接收設(shè)備上的無(wú)線電信號(hào)傳輸?shù)较嚓P(guān)的控制中心，從而更好地實(shí)現(xiàn)無(wú)線電信號(hào)在實(shí)際工作過程中的收集和集成，如光譜信號(hào)和位置信號(hào)等[3]。監(jiān)控中心也具備一定的功能，其主要是利用接收器對(duì)所需的信息進(jìn)行實(shí)際的分析和研究，對(duì)這些信息進(jìn)行處理，并將相關(guān)的信息傳輸?shù)綌?shù)據(jù)服務(wù)設(shè)備，保證數(shù)據(jù)得到穩(wěn)定存儲(chǔ)。

無(wú)線電測(cè)向系統(tǒng)主要包括以下幾方面內(nèi)容。

2.1 幅值比較DF 系統(tǒng)

幅值比較DF 系統(tǒng)利用了DF 天線陣列或DF 天線的方向性特性，因?yàn)椴煌较虻娜肷洳ń邮盏降男盘?hào)幅值也不同。入射波的方向是用這種方法測(cè)量的。振幅比較測(cè)向系統(tǒng)是常用的測(cè)向系統(tǒng)，不同測(cè)向機(jī)的測(cè)向方式也不同。

2.2 森瓦特DF 系統(tǒng)

沃森瓦特DF 機(jī)實(shí)際上屬于幅值比較DF 系統(tǒng)，但在實(shí)際DF 中，沃森瓦特DF 機(jī)往往不使用直接或間接旋轉(zhuǎn)天線圖，而是使用計(jì)算來(lái)求解或顯示反正切值。

2.3 烏蘭威布爾DF 系統(tǒng)

采用大型基本DF 天線陣。在這些大型的基本DF 天線陣周圍豎立了大量的DF 天線，使入射的波信號(hào)通過可旋轉(zhuǎn)測(cè)角器、移相電路和組合差分電路形成組合差分圖，最終找到波的方向。由于烏蘭威布爾DF 采用的是相位比較，因此常被歸類為比較DF。與其他DF 系統(tǒng)相比，烏蘭威布爾DF 系統(tǒng)的天線陣直徑更大，一些天線陣直徑甚至可以達(dá)到數(shù)百公里或數(shù)千公里。

3 無(wú)線電干擾監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及發(fā)展

無(wú)線電干擾監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是為了對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的無(wú)線電頻段內(nèi)的干擾進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，確保無(wú)線電干擾管理系統(tǒng)在機(jī)場(chǎng)能夠正常使用。日本采用外部小型固定無(wú)線電監(jiān)測(cè)站與移動(dòng)探測(cè)車相結(jié)合的方式，構(gòu)建覆蓋東京的無(wú)線電監(jiān)測(cè)網(wǎng)。至1999 年底，我國(guó)各級(jí)無(wú)線電監(jiān)測(cè)站均已配備相應(yīng)的軟硬件配套設(shè)備，無(wú)線電監(jiān)測(cè)設(shè)施和管理技術(shù)整體進(jìn)入了規(guī)范化、科學(xué)化發(fā)展軌道。2000 年以來(lái)，得益于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，無(wú)線電監(jiān)測(cè)與管理經(jīng)歷了10 年的“網(wǎng)絡(luò)化”跨越式發(fā)展?！笆濉逼陂g，我國(guó)不斷加強(qiáng)無(wú)線電監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)，達(dá)到數(shù)據(jù)共享和監(jiān)測(cè)設(shè)備資源整合的目的，該監(jiān)測(cè)網(wǎng)可實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星在50°～180°軌道范圍內(nèi)運(yùn)行。近年來(lái)，監(jiān)測(cè)任務(wù)日趨復(fù)雜和多樣化。原有的以大型站為主、中小型站為輔的監(jiān)測(cè)模式已不能滿足日常無(wú)線電監(jiān)測(cè)的需要。倫敦奧運(yùn)會(huì)期間，奧組委在各比賽場(chǎng)館和運(yùn)動(dòng)員住所建設(shè)區(qū)域網(wǎng)格無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，為奧運(yùn)會(huì)無(wú)線電通信護(hù)航[4]。

4 無(wú)線電監(jiān)測(cè)測(cè)向與定位技術(shù)研究

4.1 監(jiān)控設(shè)備的可靠性和功能多樣性

對(duì)于無(wú)線電監(jiān)測(cè)設(shè)備，它具有多種功能，可以實(shí)現(xiàn)更好的無(wú)線電監(jiān)測(cè)。它可以確定信號(hào)參數(shù)、監(jiān)測(cè)和定位信息，實(shí)現(xiàn)設(shè)備產(chǎn)品的可擴(kuò)展性，使監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有新的技術(shù)和能力，有效補(bǔ)充現(xiàn)階段無(wú)線電探測(cè)技術(shù)的不足。

4.2 網(wǎng)格無(wú)線電監(jiān)測(cè)與控制

網(wǎng)格監(jiān)測(cè)技術(shù)在無(wú)線電業(yè)務(wù)推廣、無(wú)線電信號(hào)監(jiān)測(cè)和無(wú)線電信息資源管理中運(yùn)用廣泛。它是一種融合了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和云計(jì)算技術(shù)的新型監(jiān)控模式，可以在短時(shí)間內(nèi)快速處理海量數(shù)字信息和數(shù)據(jù)。網(wǎng)格無(wú)線電監(jiān)控技術(shù)是以廣泛分布在不同區(qū)域的探測(cè)器作為系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)，將各節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇y(tǒng)一的數(shù)據(jù)控制中心進(jìn)行分析和統(tǒng)計(jì)，從而使監(jiān)測(cè)人員發(fā)現(xiàn)各類無(wú)線電信號(hào)的真實(shí)性質(zhì)，并與數(shù)據(jù)庫(kù)中記錄的各種信號(hào)進(jìn)行準(zhǔn)確比較，通過對(duì)信號(hào)的識(shí)別，證明信號(hào)的歷史軌跡和變化規(guī)律。無(wú)線電監(jiān)測(cè)技術(shù)可以建立完整可靠的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)已知的無(wú)線電信號(hào)、未知的無(wú)線電信號(hào)和特殊類型的輻射源進(jìn)行長(zhǎng)期系統(tǒng)的探測(cè)和觀測(cè)[5]。

4.3 監(jiān)控系統(tǒng)的TDOA 算法

一般來(lái)說(shuō)，由于有不同的頻帶信號(hào)，到達(dá)各自基站的時(shí)間就會(huì)不同，這就會(huì)導(dǎo)致差異。該系統(tǒng)主要用于確定無(wú)線電的位置，并借助不同的頻帶信號(hào)確定不同基站所需傳輸時(shí)間的差異。由于該技術(shù)的核心在于時(shí)間差，在運(yùn)行過程中可以忽略信號(hào)采集設(shè)備和信號(hào)監(jiān)測(cè)站。為了實(shí)現(xiàn)精確定位，需要確定多條曲線，并通過雙曲線的交點(diǎn)精確定位信號(hào)位置。一般來(lái)說(shuō)，在分析多個(gè)信號(hào)基站的時(shí)間誤差時(shí)，需要有效地獲取每個(gè)軌跡雙曲線，并利用不同曲線交點(diǎn)的特性來(lái)達(dá)到確定每個(gè)主動(dòng)位置的目的。在具體分析過程中，利用閱讀器的方位角距離和雙曲位置的交點(diǎn)，設(shè)計(jì)確定雙曲公式，從而確定無(wú)線電波的位置。距離差可以用信號(hào)傳輸效率乘以時(shí)間差來(lái)計(jì)算。通過設(shè)置m 個(gè)讀卡器，可以從不同的目標(biāo)產(chǎn)生系統(tǒng)中的信號(hào)。不同的讀卡器可以用第一讀卡器計(jì)算信號(hào)傳輸?shù)臅r(shí)間差，取i=1，m，（x，y）為系統(tǒng)坐標(biāo)，（Xi，Yi）為第i 個(gè)讀取器的位置。

4.4 大容量網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸

大容量網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸在實(shí)際的發(fā)展過程中對(duì)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)的傳輸效率具有很大的提升作用。在實(shí)際的工作過程中對(duì)各種設(shè)備需要采用統(tǒng)一的接口組織，這樣可以使監(jiān)控系統(tǒng)中的設(shè)備能夠進(jìn)行個(gè)體化工作，設(shè)備之間的協(xié)作程度以及運(yùn)行效率能夠得到很大的提升，從而更好地使無(wú)線電系統(tǒng)的全面監(jiān)控得到優(yōu)質(zhì)的效果。

4.5 監(jiān)控系統(tǒng)寬頻帶

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的頻帶可以不斷擴(kuò)大無(wú)線電監(jiān)測(cè)頻帶的范圍，覆蓋的內(nèi)容包括超短波、短波和所有衛(wèi)星頻道，可以實(shí)現(xiàn)所有監(jiān)控。無(wú)線電信號(hào)識(shí)別和參數(shù)測(cè)量的目的是實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的測(cè)量和定位，獲取真實(shí)有效的信號(hào)信息。在無(wú)線電管理中，無(wú)線電監(jiān)測(cè)是一項(xiàng)重要內(nèi)容，它將直接影響到無(wú)線電管理的運(yùn)行效率和質(zhì)量。通過建立合理的計(jì)算模型，可以加強(qiáng)無(wú)線電信號(hào)在整個(gè)傳輸過程中的控制，不會(huì)在傳輸過程中損壞無(wú)線電信號(hào)的傳輸質(zhì)量。在實(shí)際無(wú)線電監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理過程中，可以根據(jù)建立的相應(yīng)數(shù)據(jù)算法模型快速計(jì)算出數(shù)據(jù)[6]。

5 便攜式頻譜分析儀在無(wú)線電信號(hào)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用實(shí)例

下面以rodschwartz 的便攜式頻譜分析FSH 為例，解釋無(wú)線電干擾故障排除時(shí)的優(yōu)化設(shè)置和使用技巧。

操作方法及依據(jù)：首先，為了獲得最大的掃描速度，可以使用粗分辨率的寬帶全寬掃描，測(cè)量時(shí)間可以設(shè)置為最小值；確定感興趣的頻帶范圍后，定義具有起始頻率和截止頻率的頻帶，并減小該值，以提高分辨率和靈敏度；當(dāng)運(yùn)行全寬度掃描時(shí)，可以切換到雙跟蹤模式，并通過標(biāo)記選擇感興趣的頻率。通過縮放運(yùn)算，可以對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析和解調(diào)。雙重跟蹤模式：當(dāng)分光計(jì)與主動(dòng)定向天線結(jié)合使用時(shí)，可以按照以下方式進(jìn)行操作：（1）把光譜儀調(diào)到目標(biāo)干擾信號(hào)的中心頻率；解調(diào)帶寬必須大于或等于干擾信號(hào)的帶寬才能獲得最大靈敏度（如果解調(diào)帶寬太窄，光譜儀只能測(cè)量部分RF 電平，這會(huì)降低系統(tǒng)靈敏度）；（2）關(guān)閉自動(dòng)頻率控制和手動(dòng)增益控制，避免接收機(jī)自動(dòng)調(diào)節(jié)效果對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響；（3）打開平均檢測(cè)器，提供穩(wěn)定的電平讀數(shù)，并將測(cè)量時(shí)間增加到200 ms，以提高穩(wěn)定性，開啟單音音色功能，監(jiān)控音頻音色，便于定位信號(hào)，無(wú)需一直觀察屏幕上顯示的電平值；如果信號(hào)太強(qiáng)，可以打開衰減器att，以避免接收機(jī)過載，當(dāng)干擾信號(hào)非常接近有用信號(hào)時(shí)，可按以下方式進(jìn)行操作：設(shè)置接收器在有用信號(hào)的中心頻率和掃描寬度為10 MHz，寬帶頻譜中只顯示有用的信號(hào)頻譜，用標(biāo)度函數(shù)突出中心頻率以外的頻譜峰值，其他峰值可能是干擾信號(hào)，選擇平均函數(shù)，平滑顯示曲線，測(cè)量時(shí)間設(shè)置為100 ms 以上。當(dāng)干擾信號(hào)與有用信號(hào)具有相同的頻率但不同時(shí)傳輸時(shí)，可進(jìn)行如下操作：設(shè)置接收有用信號(hào)的中心頻率和掃描寬度為10 MHz，選擇光譜加瀑布組合顯示模式，將if 頻譜設(shè)置為最大保持模式，并設(shè)置適當(dāng)?shù)臏y(cè)量時(shí)間，如100 ms，有用信號(hào)發(fā)出后，存在傳輸時(shí)間不確定的干擾信號(hào)；如果只截頻譜的屏幕，不能很好地捕捉這兩個(gè)信號(hào)，但可以很容易地在瀑布圖中監(jiān)測(cè)，在大量的顯示信號(hào)中，短時(shí)干擾信號(hào)很難區(qū)分，通過激活跟蹤差分操作模式，將按下接收機(jī)差分模式鍵時(shí)的頻譜保存為參考頻譜，然后，將每次測(cè)量所得的光譜與參考光譜進(jìn)行差值計(jì)算，將抑制兩個(gè)譜中存在的穩(wěn)定信號(hào)，而顯示參考譜中不存在的新信號(hào)，這種方式可以大大減少需要分析的峰值信號(hào)的數(shù)量，方便看到偶爾的干擾信號(hào)。

6 無(wú)線電監(jiān)測(cè)測(cè)向與定位技術(shù)研究方向分析

隨著無(wú)線電業(yè)務(wù)發(fā)展速度的提升，各大運(yùn)營(yíng)商對(duì)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)等需求也逐漸擴(kuò)大，專業(yè)學(xué)者對(duì)無(wú)線電監(jiān)測(cè)技術(shù)的探索更加重視，無(wú)線電監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展空間逐漸增大。目前，我國(guó)無(wú)線電監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究現(xiàn)狀主要有以下3 個(gè)方面的內(nèi)容：無(wú)線電監(jiān)控系統(tǒng)軟硬件集成、大容量網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸以及監(jiān)控系統(tǒng)寬頻帶。大容量網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸在實(shí)際的發(fā)展過程中可以更好地提升設(shè)備網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男屎唾|(zhì)量，特別是對(duì)各種設(shè)備使用統(tǒng)一接口的協(xié)議問題，監(jiān)控系統(tǒng)中的設(shè)備能夠單獨(dú)運(yùn)行，設(shè)備之間的協(xié)調(diào)和運(yùn)行效率在實(shí)際的發(fā)展過程中將得到很大提升，無(wú)線電系統(tǒng)的全面監(jiān)控工作也會(huì)得到一定控制。要想擴(kuò)大無(wú)線電監(jiān)測(cè)頻帶覆蓋范圍，我們可以通過設(shè)置無(wú)線電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)頻帶，以實(shí)現(xiàn)超短波以及衛(wèi)星全信道的監(jiān)測(cè)。無(wú)線電監(jiān)測(cè)設(shè)備具備功能多樣性，無(wú)線電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)新技術(shù)的推廣也越來(lái)越廣泛，我國(guó)無(wú)線電監(jiān)測(cè)技術(shù)得到迅速發(fā)展[7]。因此，在實(shí)際的發(fā)展過程中對(duì)無(wú)線電監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)和技術(shù)的研究是一項(xiàng)具有重要意義的工作。在監(jiān)測(cè)網(wǎng)的建設(shè)過程中，工作人員還應(yīng)結(jié)合相關(guān)監(jiān)測(cè)的要求進(jìn)行選擇，可以選擇相應(yīng)的無(wú)線電監(jiān)測(cè)站機(jī)構(gòu)，對(duì)無(wú)線電監(jiān)測(cè)站的密度的發(fā)展能夠做出合理調(diào)整。

7 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在無(wú)線電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展中，存在的問題是如何改進(jìn)頻譜監(jiān)測(cè)設(shè)備和數(shù)據(jù)管理。因此，需要建立完善的無(wú)線電監(jiān)測(cè)管理體系，采用專業(yè)的系統(tǒng)算法，加強(qiáng)頻譜資源的動(dòng)態(tài)管理，對(duì)無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)建設(shè)進(jìn)行強(qiáng)化，以提升無(wú)線電監(jiān)測(cè)效率。