短波監測一體化平臺在監測工作中的應用研究

劉 燕，成思玥

（1.國家無線電監測中心烏魯木齊監測站，烏魯木齊 830000；2.國家無線電監測中心北京監測站，北京 102609）

1 引言

短波監測一體化平臺是在無線電管理一體化平臺的基礎上開發的應用軟件，是為滿足當前短波監測工作需求，解決當前監測系統缺乏頂層設計平臺及統一數據庫平臺支持、各類固定或移動監測設備獨立工作，協同工作能力差、監測系統自動化程度低，設備利用率低、各監測站信息交互能力差、數據分析利用手段缺乏、設備監管能力弱等一系列問題，以短波監測/測向業務為核心，構建統一的監測業務和監測數據處理平臺，實現短波監測業務流程化信息化，完成連貫的監測任務下發、任務啟動、數據匯總、上報等工作，實現監測數據的自動化處理和深度挖掘并逐步實現各固定監測站及移動監測站相互支援，監測與測向高度配合，寬帶窄帶結合，高度協同的監測業務新模式，切實實現資源共享、提高監測工作效率。

該平臺軟件是由國家無線電監測中心聯合成都華日通訊技術有限公司共同研究開發的，自投入使用以來，中心及各監測站大量測試使用發現其所涉及的應用功能基本滿足當前的需求，但在應用過程中存在很多問題，除平臺不穩定和可靠性差之外，在各模塊功能方面存在典型問題：一是測向誤差太大，單頻測向或聯合測向不準確；二是地圖服務存在異常，地圖與監測測向終端操作不匹配且頻繁不響應測向等操作；三是自動任務頻繁失敗，自動采集短波信號推出的信號列表信息不完整且準確度不高，整點半點錄音無法自定義時長；四是數據存儲與管理不利于當前大量監測數據深度分析與挖掘，并且存在大量冗余或無數據，缺乏準確性和可靠性。本文對該平臺在監測工作中重點常用的功能進行闡述并總結存在的問題，提出修改方法并改進；針對應用中存在的關鍵技術問題進行深入研究并提出解決方案，并與華日公司共同逐步改進更新該平臺，改進后對其進行反復測試，驗證其性能，以確保其真正滿足當前監測工作的需求，提高短波監測工作效率。

2 短波監測一體化平臺在監測工作中的應用

2.1 實時監測與測向

該平臺可實現選取某一監測站的監聽或測向設備對某個信號進行監聽錄音或單站測向，讀取信號頻譜、電平、示向度等信息；同時也可以任意選取兩個站或兩個以上空閑測向設備，利用全國短波監測網進行聯合測向對某信號進行交會定位，但在實際應用中單頻測向示向度不穩定，聯合測向交會定位和深度挖掘并逐步實現各固定監測站及移動監測站相互支援，監測與測向高度配合，寬帶窄帶結合，高度協同的監測業務新模式，切實實現資源共享、提高監測工作效率。

該平臺軟件是由國家無線電監測中心聯合成都華日通訊技術有限公司共同研究開發的，自投入使用以來，中心及各監測站大量測試使用發現其所涉及的應用功能基本滿足當前的需求，但在應用過程中存在很多問題，除平臺不穩定和可靠性差之外，在各模塊功能方面存在典型問題：一是測向誤差太大，單頻測向或聯合測向不準確；二是地圖服務存在異常，地圖與監測測向終端操作不匹配且頻繁不響應測向等操作；三是自動任務頻繁失敗，自動采集短波信號推出的信號列表信息不完整且準確度不高，整點半點錄音無法自定義時長；四是數據存儲與管理不利于當前大量監測數據深度分析與挖掘，并且存在大量冗余或無數據，缺乏準確性和可靠性。本文對該平臺在監測工作中重點常用的功能進行闡述并總結存在的問題，提出修改方法并改進；針對應用中存在的關鍵技術問題進行深入研究并提出解決方案，并與華日公司共同逐步改進更新該平臺，改進后對其進行反復測試，驗證其性能，以確保其真正滿足當前監測工作的需求，提高短波監測工作效率。

3 短波監測一體化平臺在監測工作中的應用

3.1 實時監測與測向

該平臺可實現選取某一監測站的監聽或測向設備對某個信號進行監聽錄音或單站測向，讀取信號頻譜、電平、示向度等信息；同時也可以任意選取兩個站或兩個以上空閑測向設備，利用全國短波監測網進行聯合測向對某信號進行交會定位，但在實際應用中單頻測向示向度不穩定，聯合測向交會定位。

圖1 改進前聯合測向狀態顯示

圖2 改進后聯合測向狀態顯示

圖3 改進后聯合測向三屏顯示效果示意

3.2 地理信息服務與應用

地理信息服務是短波監測一體化平臺的一個子系統，實現了日常監測工作與地圖的結合使用，能夠在地圖上直觀地看到監測站和臺站的分布情況，以及對監測任務執行情況的展示，并且能夠綜合展示臺站數據、頻率信息、無線電監測站信息、監測站覆蓋范圍分析、臺站信號覆蓋范圍等無線電管理相關信息，此外還提供多種無線電分析模型用于計算監測站的監測覆蓋范圍和臺站的信號覆蓋范圍等功能。與實時監測數據（單頻或聯合測向）進行聯動，將實時的監測數據反應到地圖上并實時展示短波監測中心和所有短波監測站的狀態信息、實測頻率及其列表等是最常用、最重要的功能，實時展示任務執行情況及讀取測向示向度或交會定位結果、對較難定位的微弱信號及其他特殊信號進行人工量判和手動交會定位等，地理信息服務發揮了很大的作用。

但實際應用中地圖服務不能及時響應實時監測且存在無連接不響應或各站點狀態信息錯誤等異常信息，監測人員針對此類問題提出解決方案并進行修改，將與地圖響應速度有關的示向線過濾算法參數進行調整，降低默認的測向電平門限和質量門限值，并且除了默認值之外，允許通過監測測向終端各站示向度羅盤右邊的電平與質量門限滾動條進行手動調整，如遇微弱信號，可將電平和質量門限值降至最小，以提高測向與定位的地圖響應速度和準確度，確保各站測向設備狀態顯示正常且無異常報錯。其地圖示向線（示向度）實現的流程簡單概述為首先各選取站點的測向電平和質量門限過濾，在一定時間內接收到的示向度進行統計篩選，示向度出現概率從大到小排序，然后選取出現概率較大的5個數值進行聚類并且找中心點（中間值），其他值與中心點比較過濾，差值超過2的數值進行剔除，剩余數值進行求平均，最終給出一個較為準確的示向度數值。此外，地圖服務調整了操作響應時間，提高響應速度并減少響應時長，示向線過濾及進一步的交會定位算法也相應縮短了處理時間。改進后的地理信息服務相比較之前版本，處理速度和準確度得到很大提高。

3.3 自動信號采集與分析

自動化監測與測向是短波一體化監測平臺的重要功能。該平臺目前利用EB510寬帶接收機和EM510電平采集系統共同進行自動信號采集與分析，兩類原子設備協同工作，各站EM510進行寬帶掃描并提取信號后推送給EB510進行窄帶測量分析，自動采集與分析后的數據存儲至監測中心服務器進行信號數據合并處理，合并統計分析后存儲信號列表并推送至各站數據存儲服務器，展示信號列表等信息，與此同時各站EM510自動采集的電磁環境原始數據存儲至本地服務器，經過數據抽取統計服務處理后，給出統計數據結果并推送至數據分析系統，進行電平數據回放查詢、電磁環境數據查詢、信道占用度統計以及頻率使用情況分析等，自動信號采集及推送的流程如圖4所示。

圖4 自動信號采集及推送流程圖

在實際應用過程中，自動統計分析給出的信號列表有重復信號或很多大信號并沒有記錄，間隔幾赫茲就給出一個信號（存在虛假信號），已存儲的信號存在錯誤或是多次被人工分析進行修改，頻繁出現數據丟失等情況，對信號進行分析的內容不全且缺乏自動信號定位，針對這些問題，監測人員分析探討，修改自動數據采集的步進為500Hz并修改信號提取算法，對各站推送至中心服務器的同一信號按時間進行排序且只記錄一次，若相同信號多次出現（各站均出現測量分析或時間上重復出現）記錄首次出現時間和最后一次出現時間、測量頻次等，并優先記錄該信號首次進行采集、測量分析完成的監測站至信號列表，若后期人工進行深入分析，鎖定分析人員且分析結束后其他人員不能擅自修改和刪除；經反復測試，基本解決了當前存在的問題。

4 應用中關鍵技術問題研究與分析

4.1 交會定位算法分析

短波監測一體化過程中測向與交會定位簡言之分為兩個過程，即示向線過濾和定位計算。此平臺涉及到交會橢圓法和三角判斷法兩種定位算法。交會橢圓法其應用思路即每個站測向設備的測向數據都有測向方差（測向精度），每兩個站形成四條示向線，四條線交點可推算出一個概率橢圓點，在測向精度范圍內確定交會橢圓及其中心點作為信號定位位置，如圖5所示。該算法下2～3個站鎖定的示向線交會后一般能得到定位結果且較準確，多于3站參與交會定位則一般很難形成定位橢圓，若選用多個站，最終只會選取兩個站的示向線進行計算定位結果且作為最終定位位置在地圖上展示，這就可能存在增加新的示向線（測向站）不會影響定位結果，此外該方法計算出來的概率橢圓區域較大，所以使用此算法需要事先正確選擇適當的（接收效果最佳）、示向度穩定的測向站，這樣才能確保定位準確度。但在實際應用中，對某一信號進行定位存在很多未知因素，尤其對小信號或微弱信號進行定位，很難快速選擇較為適當的監測站且九個站共用同一短波監測網，會存在任務沖突，搶占測向設備等情況，無法確保定位準確度和提高工作效率。

三角判定法其主要思路是首先在選取參與交會定位的測向站后，計算兩站示向線平行夾角誤差（定義平行夾角誤差臨界值為10°），根據平行夾角誤差值篩選出大于10°的示向線，剔除小于10°的，最終得到參與交會定位的站列表信息；其次對每個站的測向示向度方差進行等級劃分并進行分組，每組3個站，分別計算每組站示向度交點，每個交點與兩站示向線之間的夾角再進行計算得到一個夾角權重值；然后將該權重值用于加權平均值公式并進行融合計算，每組得到一個融合后的交點，進而對每組的交點再做一次融合得到最終交點位置；最后對最終交點進行有效性判定，即利用最大示向度誤差（定義為5°）進行過濾，判斷參與交會的站點和交點的角度與示向度值是否都大于最大示向度誤差，若均大于5°則該最終交點有效。此方法彌補了交會橢圓算法的不足，定位結果能夠受到三個及以上的站的影響，其對于三個或三個以上站，先把三個站分為一組，形成一組或多組，每組站示向線交點，根據示向度方差和夾角加權，計算得到加權平均點，最后多組再進行計算得到最終加權平均點，這樣就讓每個滿足調節參數的站都能參與到計算中，讓計算結果更加準確，交會定位位置區域較小，交會定位更準確。

圖5 交會橢圓算法示意圖

在實際應用中這兩種算法各有其不足與優勢，分析總結及大量測試后確定三角判斷方法更適用于當前交會定位需求，極大地提高了短波信號定位的準確度和可靠性。

4.2 優化自動交會定位應用研究

當前一體化平臺可實現人工實時測向定位與信號列表選定信號并觸發進行自動定位兩種定位方式，自動定位流程圖如圖5所示，要求監測人員須先確認信號列表中待分析信號的中心頻率，并加入自動定位隊列，平臺對隊列中的待定位信號進行輪詢定位，未檢測到待測信號會在下一次輪詢時再次定位，直到完成預設的定位次數上限；完成測向定位的結果將自動錄入相應頻率的定位信息結果里。此自動定位功能在監測流程上提高了監測定位的效率，但是目前自動定位的成功率和準確度不高，短波信號定位仍需要采用自動定位和人工定位相結合方式，在自動定位失敗或定位結果不準確的情況下，需要監測人員啟動人工定位，人工定位由監測終端發起，可對目標信號示向度進行精確測量，可進行監測站選擇、示向度范圍控制、測向帶寬等參數調整等操作，由監測終端完成的監測定位其結果無自動數據存儲功能，與一體化平臺自動信號采集與存儲相互獨立，監測結果無法自動入庫至信號列表中相應頻率，需要人工選擇信號列表中的對應信號進行定位結果錄入，如果信號列表中無當前已定位的頻率或者頻率定位信息不完善，均需要人工添加完整的信號信息，這樣工作效率較低且存在錄入重復信號或分析內容不準確等問題；所以經研究分析，加入信號關聯功能，人工定位的頻率通過地圖上的交會列表，選擇需要關聯的頻率，確定需要錄入數據庫的信號，點擊關聯信號，一鍵將人工定位的結果等信號信息自動關聯至自動采集的信號列表數據庫中，這樣不僅提高了定位工作效率，同時實現了自動和人工定位信息共享，避免了信號重復定位以及信號遺漏或定位分析不完善等問題。優化后的交會定位流程如圖6所示。

圖6 優化后的交會定位流程示意圖

一體化平臺采用自動化和人工定位相結合的方式，通過信號關聯模式將人工定位及分析結果自動關聯至自動采集的數據庫，與自動定位結果共享同一數據庫，實現了短波信號全覆蓋定位和精確定位，多種定位方式并存，靈活高效。

5 結束語

實現資源共享、寬窄帶相結合等高度協同的業務模式以及短波信號自動化監測與準確測向定位是當前短波監測的發展趨勢，也是當前監測工作急需的監測手段，本文緊貼當前實際需求以及一體化平臺存在的問題，通過大量監測測試，提出改進方案和應用優化方法并進行驗證測試。其核心是結合當前探索實踐監測智能化、實現監測數據自動化處理和深度挖掘，對短波資源利用和監管實施有效管理，推動短波監測資源的充分利用，確保各類監測設備相互支援且高度配合協同有序工作，打造高質高效的一體化監測平臺，為無線電頻譜資源監測與管理業務提供有效的手段和技術支持。