基于網格化無線電監測的技術問題

云南省保山市工業和信息化局 嚴春明

無線電技術得到了廣泛的應用，作為一種長距離信息傳輸技術，受空間因素限制比較小，可以在長距離范圍內實現信號的傳輸，達到訊號通信的目的。本文重點從網格無線電的若干技術問題及處理、以及怎樣解決無線電監測的基本技術問題等方面對本章的主要課題作出了總結，意在與廣大同行交流及學習。

隨著計算機、網絡和無線電信息的快速發展，對無線電傳輸數據的有效利用和管理提出了更高的技術要求，傳統無線網絡監控的技術局限性日益突出。網格技術以網絡信息和數據的有效集成和資源共享為基礎，已成為現代無線電電子計量監控系統的主要發展趨勢之一。網格作為現代信息技術領域的新浪潮，其總體目標是實現目標區域內計算信息資源、數據信息資源、數據庫信息資源、網絡信息網絡資源等所需信息資源的有效整合和資源共享。在無人機應用領域，網格探測主要是指采集傳感器節點之間的數據關聯特征，利用網絡傳輸實現數據傳輸和匯總，并對數據進行相應的處理，從而產生不同的結論，滿足探測要求，從而使無人機的探測范圍更大，數據量更多，工作環境更長。

1 云南網格化無線電監測現狀

傳統的無線電裝置一般將高山頂、高樓頂作為最高點，在最高點的位置建造或者購買所需面積的房子用來配備無線電監測裝置和監控設備。建造對應高度的無線電鐵塔，同時配備安全、通訊、電力等設備。在傳統的無線電監測和管理站，往往選擇高塔、高山、高樓等地。其裝置對電磁的環境要求非常高，周圍不能有影響無線電信號的設備存在，需要周圍環境較開闊并且沒有明顯的障礙物[1]。

(1)由于城市化進程的加快，高樓林立，傳統的無線電監測裝置已經不能覆蓋所有區域，不是城市的制高點了。在信號傳播的過程中，無線電信號經過無數次高樓的反射和折射，信號變得很弱，嚴重的影響了無線電監測的功能，有些無線電站點已經失去了原有的定位功能。

(2)無線電面臨的頻譜環境漸漸變得復雜，無線電頻率已經從之前單一的信號頻率變成大功率、大覆蓋的微蜂窩和數字信號。無線數字集群、WLAN等技術進入了越來越多的家庭，總體出現了一種微功率、高速的發展趨勢。

(3)傳統的無線電監測裝置要求靈敏度很高，覆蓋的范圍也相應的比較大，對無線電監測的設備和技術要求都很高。另外，裝置的體積大需要另外建造較大面積的房子，需要有專門的看守，運營費用、人工費都很高。目前，具有測定方向位置的無線電裝置占總裝置成本的70%，但是在實際運營中，測定方位的裝置使用頻率確實最低的。

云南某無線電技術測試數據網格驗證網絡建設項目系統工程啟動，選用CRFSLimited公司生產的RFeye設備。本項目選擇某新城作為典型檢測區域，部署了5套射頻網絡檢測裝置。經過前期聯網測試檢測，逐步確認了電網用于無線電監測的實際效果和使用價值，并總結積累了相應的建設經驗[2]。

云南網格化管理無線電電子計量監測系統對網絡建設項目的核心文化建設工作進行了實驗研究論證，主要有：在云南XX區域經濟建立了5個具有TDOA功能和POA功能的網格節點，形成了網格化管理監測技術試驗研究驗證網絡，如圖1所示。

圖1 TDOA 測試環境搭建示意圖Fig.1 Schematic diagram of TDOA test environment setup

2 測試過程及結果分析

2.1 測試過程

電網監測節點之間的距離不等于實際安裝距離，而是通過將信號發射器移動到電網區域來選擇不同的測試點。在地圖上，可以利用GPS定位的信息數據來統計測試點的實際工況，并與系統功能測試顯示的情況進行對比，從而得出定位測量結果。信號傳輸系統采用SSMF100 A標準信號源設備提供的測試信號，由HG-2013000X-W天線（增益-15～3dbi）通過225～512 MHz 50W功率放大器傳輸。從所有網格節點設備中隨機選取三組網格節點設備，組成TDOA定位環境進行檢測。三套被測器件排列成三角形，發射源在三角形內管理和設置。通過TDOA定位系統，可以遠程控制三個被測設備，并在市場上定位排放源。網格中節點設備之間的距離依次為l1、l2和l3，定位結果與源之間的最大誤差距離為d，因此d應滿足技術要求。TDOA定位，L1、L2、L3不小于800m，誤差結果D不大于200m。

2.2 結果分析

電網監控演示并驗證運行期間系統設備的系統健康狀況，如下所示：

(1)系統投入使用后，系統實施跟蹤檢測，測量信息采用在檢測范圍內隨機選擇區域，單頻點傳輸長信息的方法。測量結果滿足信息采集和定位精度的要求。沒有發現由于建筑企業環境問題的復雜性（如系統性能分析和測試），環境檢測存在明顯的盲點。

(2)對監測區域進行多波段數字掃描，記錄和分析觀測區域的電磁環境。系統工作中存在的主要問題：1）穩定性。3G網絡傳輸鏈路較差，在該網絡中工作的節點設備經常掉線。由于建筑產權和鋪設專線的成本，在一些企業現場無法實現。4g通信系統在系統建設過程中仍處于試驗階段，無法在本項目中使用。2）開關和一個監控節點設備出現關機故障，經檢查懷疑是環境過熱造成的。零件損壞由于熱監測裝置通常需要放置在露天環境中，云南夏季高溫通常接近26℃，室外陽光直射區域地表溫度通常在30℃左右，裝置在工作過程中產生的持續熱能通常可以達到設定的工作環境溫度上限。

(3)監測節點設備軟件功能不足，監測數據無法納入現有監測分析系統。造成這一問題的主要原因是我國無人機探測系統的使用條件和習慣與國外有很大不同。軟件設計的功能分析問題也可以通過學生運用技術應用研發來有效解決。本次研發建設項目，重點是測試云南網格系統的可用性和實用性，計算機軟件設計的功能也將解決和實現。

3 網格化無線電的若干關鍵技術及處理

基于網格的無線電監測系統的主要研究內容包括頻譜感知、檢測管理、分析挖掘和應用基礎研究。網格化管理下無線電監測信息系統的每一項重大科技進步，都會影響監測管理水平和信息系統的學習創新能力。因此，識別和管理技術可以實現更高效的無線電檢測和管理[3]。

3.1 信號定位技術

基于網格技術的無線電電子計量檢測管理系統用時差定位技術取代了測向天線聯合交叉定位系統。時差定位法（TDOA）是在信息接收機到達時間以上三個方面，對監測站天線結構單元的時差進行分析和測量，從而對通信接收機進行時間市場定位。與傳統的測向和交叉定位方法一樣，這種定位方法也需要精確地時基電路來確認信號源的正確定位。也可以選擇GPS、北斗系統或自建精密授時系統，TDOA法的定位結果如圖2所示。

圖2 TDOA法的定位曲線圖Fig.2 Positioning curve diagram of TDOA method

通過分析檢測數據，我們可以計算出無線電系統信號到達檢測站A和B的具體時間，也就是說，在這個時間段內，到達兩個檢測站大致位置的信號的組合形成了曲線。當電網監控系統中沒有傳感器節點具有測向功能時，時差技術還可以為系統定位信號源。和傳統的測向交會定位系統一樣，一般來說，使用這種新開發的定位技術也可以為企業實現更精確的定位性能。

3.2 信息處理及應用技術

電網無線電監測系統采集的監測數據量將大大超過傳統監測信息系統。“397”的數據信息將被分類，處理需求將賦予我們一個具有超強應用功能和大數據分析技術處理能力的信息系統。這也是電網無線電監測管理的必要工作條件。通過電網監測數據處理系統，可以利用分布式網絡數據信息深度融合信息技術，將海量、冗余的信息數據快速轉化為更加實用的頻率信息，并將這些信息提煉為知識，從而獲得更加準確的頻率條件，從而進行頻率管理和大數據分析。

3.3 網格化配置技術

基于網格的無線電監測系統的主要特點是每個監測節點都需要為企業進行研究和設計工作。根據企業不同地理教學環境的特點，可以進行監控傳感器的選擇和建設，以滿足監控任務的具體需求和網絡信息覆蓋規劃的要求，這是直接影響企業網格化管理無線電監控系統監控技術水平和功能設計目標實現的關鍵問題之一。在傳統的城市監測方法中，城市地區固定監測點之間的間隔通常為10公里。基于網格配置技術可將監測范圍細分為多個重疊覆蓋的原理，系統定位技術與典型輻射源在縣城街道上的定位誤差可達100m左右，從而獲得監測精度較高的無線電信息覆蓋。此外，教育的網格化設置需要與遠程監控管理科技相結合，準確掌握相應教育設備可以使用的數據信息，提高學生對教育設備的利用率，保障學校無線電監控安全系統的順利運行。

4 如何解決無線電監測的技術問題

4.1 將認知無線電技術與無線電監測技術結合起來

了解無線電信息技術是對傳統頻譜信息技術的重大突破，已獲得世界各國政府的認證和授權。了解無線電信息技術與無線電監測信息技術的融合，將有助于解決傳統無線電監測站頻譜資源不足的問題。無線電監測站的頻譜信息數據之所以能在這樣的情況下存在，是因為無線電監測信息技術在實施無線電管制政策時，應該為我國相關部門提供技術和經濟支持[4]。兩者融合時，政府必須關注無線電信息技術的穩定性，是否會對無法應用無線電信息技術的用戶產生負面影響。因此，理解無線電信息技術和無線電監測信息技術的融合需要建立在政府客觀理解和監測所有無線電頻率環境的基礎上。

4.2 將無線電監測向網格化監測發展

與傳統的監測管理信息技術相比，網格無線電監測信息技術更適合當今社會的無線電管理。使用這些信息技術可以直接解決無線電管理問題，還可以產生更多的真實數據和更好的管理。因此，從目前的國家科技水平來看，不可能將網絡監測信息技術徹底應用到無線電日常監測系統的管理中。但是，對于我們的教師來說，可以從當地的無線電覆蓋經濟入手，進行分析、測試和探討，從而逐步推動網絡無線電監測數據信息技術的發展。在高密度電網監控系統中，監控節點容易受到外圍通信運營商、無線電臺等大功率數字電視發射機的影響。管理必須采用的小型化監控技術和設備，在企業信息的處理技術上，可以選擇非線性提升濾波器噪底設定值的方式，使得同頻段監控系統的數據分析不統一，從而使企業數據容易丟失。由于信號數據處理技術受設備和器件工作原理的影響，采用不斷改進算法的方案（如從系統設計軟件中選擇天線工作頻段）無法合理解決這一問題。因此，必須在系統設備上增加處理抗干擾問題的方法，如配置合適的帶通濾波器，以保證系統功能的實現，減少系統性能的損失。

4.3 加強對無線電監測設備的日常維護

無線電監測技術基礎設施管理的主要內容包括硬件技術信息系統基礎設施、應用軟件服務設施、接收機、天線饋線和支架、控制系統和數據分析，以及汽車和中央空調、電源、防雷等基礎設施。人們還需要根據上述設備的各種特性對其進行日常維護，以某電臺無線電監測系統的維護為例。

5 結語

隨著國家無線電監測技術的發展，城市無線電監測測向系統的建立和覆蓋將不斷深化，將推動國家無線電監測技術的進一步發展。