邊境電磁環境監測新需求及現有監測設備適用性研究

梁 驍，朱臻真，馮寶山

（國家無線電監測中心哈爾濱監測站，哈爾濱 150010）

隨著無線電業務的飛速發展和廣泛應用，國家間對頻譜資源的爭奪愈加激烈，在邊境地區尤甚。邊境電磁環境監測作為國家掌握邊境頻譜態勢、管理邊境頻譜資源的重要技術手段，必須充分適應和滿足邊境管理形勢與需求，才能更好地發揮作用。本文首先結合邊境頻率國際保護對新形勢下的邊境電磁環境監測工作進行了簡要分析，然后基于邊境監測實踐探討了現有設備在功能適用性方面的缺陷，最后從解決實際問題的角度提出了相關建議。

1 新形勢下的邊境電磁環境監測需求

無線電波可不受行政區域的約束在自由空間傳播，且極易受到干擾。據統計，自2010年以來，我國邊境地區共監測到來自鄰國的越界覆蓋無線電信號超過3，000個，發生受鄰國無線電干擾事件超過800起。在這樣嚴峻的形勢下，我國近年大力開展的邊境頻率臺站國際登記與頻率協調工作，使我國進一步認識到在邊境頻率臺站國際保護中暴露出的戰略性部署經驗不足的問題，而申報資料屢遭鄰國主管部門反對、某些邊境地區雙邊協調異常困難等現狀，就是這一問題的突出體現。此外，我國邊境線漫長、鄰國及邊境口岸眾多、周邊地區政治經濟環境復雜等因素，也客觀增加了邊境頻率國際保護這項涉外工作的開展難度。因此，在我國大力推進“一帶一路”建設的戰略背景下，必須準確、全面、及時的掌握邊境地區我國與鄰國的重要無線電地面業務應用現狀及雙方態勢對比，才能更科學、更有針對性及預見性地制定邊境頻率國際保護策略，最終有效落實保護工作、切實提升保護效果、有力保障國家權益。正所謂“知己知彼，百戰不殆”。

以上在新形勢下產生的邊境地區無線電地面業務應用態勢評估需求，對邊境電磁環境監測也提出了新的要求。在現行的、用于指導邊境電測環境監測開展的《邊境（界）地區電磁環境測量規范》中，有以下幾方面內容值得關注：

一是對測試目標進行了定義，明確了邊境測試對無線電頻率協調的技術支持作用；二是規定了適用范圍，強調此方法側重于對相關地面業務無線電特性做定量評估；三是從工作內容角度，明確了測試的具體參數，如頻率、電平、帶寬、調制方式等；四是規范了測試設備，如在通用測試中使用接收機或頻譜分析儀；五是在測試步驟中規范了監測方法，并以全頻段掃描和逐個信號中頻測量為主要操作。

根據以上內容，可知現行《規范》的針對性強、限定明確、結構完整，具有很強的指導意義與可實踐性。不過，由于《規范》更注重從單頻逐個測量的角度來實施典型信號監測或瞬時頻譜狀態監測（可簡稱為“信號特性定量監測”），而欠缺對狀態累積所形成的態勢的考量，導致在評估邊境業務應用總體態勢時無法提供足夠的信息支持，不能很好地滿足邊境協調需求。同時，根據現行測量方法獲取到的監測數據主要是單次或單頻測量后形成的人工記錄數據，數據量不足，因此無法為邊境態勢分析提供充分的數據支撐。由此分析，邊境電磁環境監測需從頻譜態勢評估和監測大數據獲取角度加以充實，進而更好地滿足邊境無線電地面業務應用態勢評估需求，有力支撐邊境頻率協調及國際保護。

2 現有監測設備在新形勢下的適用性研究

面對邊境態勢評估方面的新需求，現有監測設備已經暴露出了一些功能上的適用性問題。下面結合理論分析與邊境監測實踐來做具體分析。

公眾移動通信作為邊境協調事務中的代表性業務，一直是邊境電磁環境監測的重點關注對象。在實測中，為充分掌握其業務應用現狀，往往需要在使用專業解析設備獲取業務特征參數的基礎上，再持續采集一定時間的業務頻段頻譜數據，以獲取足夠的頻譜信息供邊境態勢評估使用。

哈爾濱站在開展邊境測試時主要依靠某型號便攜式頻譜儀和便攜式接收機。若利用頻譜儀來執行頻段頻譜采集任務，那么可從理論上對采集時間做出如下評估：

（1）頻譜儀主要通過設置測量頻段范圍（SPAN）和分辨率帶寬（RBW）來決定采集效果和速度。測量數據經人工操作存儲到.CSV 格式的文件中；

（2）該頻譜儀產品說明書將其掃描速度描述為“Best Speed at 201 Point，1 Sweep，210ms”，可理解為該儀表一次掃描201個點的最快速度為210ms。若按照“RBW=12.5kHz”來對包含有公眾移動業務全部頻段的700-3000MHz 頻段進行5000次掃描采集，那么預計掃描時間為：（3000MHz-700MHz）/12.5kHz/201*210ms*5000≈96100s ≈26.69h，即需要超過一天時間來進行不間斷的采集才能完成此次掃描任務。

基于上述理論分析，哈爾濱站在開展黑河中俄邊境實測時進行了專門的測試和調研，實踐表明頻譜儀的實際采集速度與理論計算值大致相符，進而總結出以下三個突出問題：

（1）掃描時間過長。由于邊境態勢評估需由大量的瞬時頻譜狀態作為支撐，因此監測時應盡可能多次執行頻譜掃描和數據采集。但由于頻譜儀并非是以掃描速度見長的儀表，因此掃描時間會隨著掃描次數的大幅增加而成倍延長。這對于主要在戶外開展的邊境實測來說是不利的；

（2）人工操作過多。根據頻譜儀的使用方法，監測者每執行一次存儲操作才會新增一個格式為CSV 的數據文件，那么完成5，000次掃描就需要執行大量的手動設置和存儲操作，工作效率極低。此外，對于秋冬季節室外溫度較低的中俄邊境地區來說，頻繁進行手動操作也存在較多不便；

（3）難以保證采集效果。對于工作頻率范圍較寬的公眾移動業務來說，不同制式信號的帶寬值存在明顯差異，因此對應著制式頻段來差異化的設置RBW 才能充分保證采集效果、提高采集效率。而采用12.5kHz 的RBW 來掃描700-3000MHz 頻段的采集方法明顯缺乏科學性和靈活性，但若采用分段設置參數進行逐段測量的采集方法又會成倍增加頻譜儀操作的復雜性、大幅降低工作效率。

使用接收機進行測試，也存在著與頻譜儀類似的問題，而這兩類設備正是當前執行邊境測試時普遍采用的。因此，現有設備雖能很好的完成《規范》要求的測試任務，但在執行以邊境態勢評估為目的的監測時，就會因功能不匹配而無法完全勝任。

3 問題解決方案與建議

以上問題的產生根源：一是以往的邊境測試方法更注重從短時或瞬時頻譜狀態入手針對具體頻率進行監測，而邊境頻率協調工作卻越來越依靠持續性監測所采集到的頻譜大數據；二是作為一直以來監測站執行移動監測和干擾查找的常備設備，便攜式頻譜儀和接收機在功能設計上是有所側重的（并非專為頻譜高速采集而設計），因此適用范圍存在局限性，無法滿足新形勢下邊境測試的全部需求。問題的解決方案，即可針對產生根源，分別從完善測試方法和補充設備配置兩個角度提出。

一是可在現行《規范》的基礎上，增加“邊境態勢評估監測”方面的內容。所謂“邊境態勢評估監測”，可將其定義為：以評估邊境地區我國與鄰國無線電地面業務應用態勢為目的而開展的“長時曝光監測”。這種監測類似于長時曝光攝影（通過長時間開啟快門對固定鏡頭前的事物進行持續一定時間的拍攝，得到能夠反映物體運動規律和發展趨勢的照片），側重于對頻譜占用態勢的捕捉，進而提供頻譜大數據供業務應用態勢評估使用。態勢評估的結論，則可為邊境頻率協調、國際登記申報、邊境臺站管理等工作提供參考。

在納入“邊境態勢評估監測”的同時，還應考慮到相關技術問題。比如應明確制定出“長時曝光監測”的頻譜采集方法，包括限定采集條件、定義采集內容、規范數據格式、統一存儲形式等；應針對采集數據建立起完善的處理機制，包括面向頻譜大數據的融合機制、篩選機制、分析機制與結果生成機制；應結合實踐需求開發專用的邊境監測與數據處理工具，提供專業的邊境態勢監測功能、頻譜大數據分析功能與態勢評估功能。解決以上問題，有利于規范邊境態勢評估監測操作，提升頻譜大數據采集的智能化與自動化程度，提高監測數據的利用價值，進而使得此類監測更具有實際意義與實踐價值。

二是將性能可靠的高速掃描接收機納入到設備配置中，用于支撐“邊境態勢評估監測”，進而與現用的便攜式頻譜儀和接收機組成側重點互補的完整測試設備體系。現以國產某型接收機為例進行分析。

（1）主要技術指標見表1。

表1 主要技術指標

（2）若利用該接收機以12.5kHz 的RBW 執行5000 次700-3000MHz 頻段采集任務，則采集時間的理論計算值為：5000/{15GHz/s/（3000MHz-700MHz）}≈766s ≈12.78min，相比頻譜儀所需的采集時間（26小時）有大幅縮短，可操作性大幅提升。在此基礎上，即可適當延長采集時間，進一步增加數據采集量，形成頻譜大數據。此外，采集數據可按照國家規范格式以二進制流文件的形式實時自動儲存，無需手動操作，即使分段設置采集參數也不會明顯提升操作的復雜程度。

（3）從表1可見，該接收機除掃描速度較快外，其他技術指標和硬件規格均可滿足邊境監測實際需求。同時經調研了解，我國已有多款此類型接收機的國產成熟產品，可選空間大，且價格基本都控制在7萬元以內，采購難度較小。

根據上述分析，若從功能互補的角度形成高速掃描接收機與便攜式頻譜儀的設備搭配方案，即可在實測中充分發揮各類設備的優勢，同時執行“邊境態勢評估”與“信號特性定量”兩種模式的監測，進而獲取更有價值的足量邊境頻譜數據，供邊境頻率協調與國際保護使用。

4 結束語

邊境無線電頻率協調及國際保護是一項長期工作，而我國與各鄰國的邊境無線電地面業務應用態勢始終處于變化狀態這一客觀事實，又要求我們必須對邊境態勢進行準確、全面、快速、定期的評估和判斷。對此，無線電管理部門有必要在以往經驗的基礎上，及時加強邊境電磁環境監測這一邊境無線電管理技術手段，進而適應新形勢下的邊境管理需求。下階段，可結合大數據、云計算、“互聯網+”等信息技術，緊密圍繞邊境地區智能化監測網建設，繼續開展有關邊境電磁環境監測的研究與實踐，著手解決其中涉及到的具體技術問題，為我國在信息時代下實現國家網絡空間安全戰略貢獻力量。