無線電監測測向與定位技術研究

崔 楊

（長春市無線電監測站 吉林 長春 130022）

0 引言

無線電通信將文本、聲音、圖像等電信號調制成無線電磁波，實現信息在空間的傳輸。例如，雷達、移動電話和Wi-Fi 都是典型的無線電通信設備。普通無線電磁波的頻率約為3 Hz ～300 GHz，稱為頻譜。國際標準化組織將頻譜劃分為幾個大頻段，每個頻段適用于不同類型的通信技術或通信目的，例如調幅廣播，實現了聲音信號在300 kHz ～3 MHz 頻段的傳輸。然而，頻譜是一種有限的自然資源。無線電管理部門必須對管轄范圍內的無線電通信進行監督管理，維護無線電頻率的合法權益，打擊非法占用頻譜，保障頻譜資源高效、有序使用。在實際的發展過程中，對無線電監測測向與定位技術研究是一項十分有價值的工作[1]。

1 無線電監測測向與定位技術現狀分析

“十二五”期間，我國主要城市相繼開展了電網無線電監控網試點建設。例如，上海將電網測試網與固定監測站相結合，提高了區域內無線電頻譜資源的調控能力。當前，隨著“互聯網+”等新興信息產業的蓬勃發展，各類新型無線電設備和應用急劇增加，導致頻譜供需矛盾日益突出。為適應新的發展形勢，無線電監測管理進入了新的“智能化”階段。智能頻譜管理和智能監控數據分析成為這一時期的研究熱點。其中，智能頻譜管理在不打破原有頻率規劃的前提下，運用認知無線電等新技術，提高有限頻譜資源的使用效率，促進頻率利用由獨占方式向共享方式的轉變，有助于頻譜資源的科學規劃和動態管理[2]。無線電監測測向與定位技術隨著社會的發展也得到一定的提升，促進了行業的發展和進步。

2 無線電監測系統組成

無線電監控系統在實際的使用過程中主要組成部分有以下幾個方面：無線設備、轉換設備、接收設備。天線陣接收空氣中產生的相應的無線電信號；天線選擇設備在實際的發展過程中把監控中心發出的指令發送到專門進行轉換調解的相關設備；信號轉換以及調解的設備在實際的發展過程中具備很好的功能，其優勢主要在于可以將所選的信號進行相對應的實際轉換，并將處理后的信號傳輸給信號接收設備，對所述的信號作出詳細處理；將信息發送到信號接收設備后，通過a/D 轉換后發送到監控中心，即單片機。這樣就可以實現信號識別和信號存儲，將信號傳輸到數據業務中，并且無線電信號中的相關參數也會在實際的使用過程中進行顯示。無線電監控系統的工作原理相對簡單，其主要是根據客戶的要求以及相關的參數，通過天線選擇設備對運行的天線等進行相應的控制，確保接收的無線電信號在合適的位置上，然后將轉換設備和接收設備上的無線電信號傳輸到相關的控制中心，從而更好地實現無線電信號在實際工作過程中的收集和集成，如光譜信號和位置信號等[3]。監控中心也具備一定的功能，其主要是利用接收器對所需的信息進行實際的分析和研究，對這些信息進行處理，并將相關的信息傳輸到數據服務設備，保證數據得到穩定存儲。

無線電測向系統主要包括以下幾方面內容。

2.1 幅值比較DF 系統

幅值比較DF 系統利用了DF 天線陣列或DF 天線的方向性特性，因為不同方向的入射波接收到的信號幅值也不同。入射波的方向是用這種方法測量的。振幅比較測向系統是常用的測向系統，不同測向機的測向方式也不同。

2.2 森瓦特DF 系統

沃森瓦特DF 機實際上屬于幅值比較DF 系統，但在實際DF 中，沃森瓦特DF 機往往不使用直接或間接旋轉天線圖，而是使用計算來求解或顯示反正切值。

2.3 烏蘭威布爾DF 系統

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，使入射的波信號通過可旋轉測角器、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 系統相比，烏蘭威布爾DF 系統的天線陣直徑更大，一些天線陣直徑甚至可以達到數百公里或數千公里。

3 無線電干擾監測系統的設計以及發展

無線電干擾監測系統的設計是為了對監測系統的無線電頻段內的干擾進行連續監測，確保無線電干擾管理系統在機場能夠正常使用。日本采用外部小型固定無線電監測站與移動探測車相結合的方式，構建覆蓋東京的無線電監測網。至1999 年底，我國各級無線電監測站均已配備相應的軟硬件配套設備，無線電監測設施和管理技術整體進入了規范化、科學化發展軌道。2000 年以來，得益于計算機網絡技術的快速發展，無線電監測與管理經歷了10 年的“網絡化”跨越式發展?！笆濉逼陂g，我國不斷加強無線電監測網絡的網絡化建設，達到數據共享和監測設備資源整合的目的，該監測網可實現衛星在50°～180°軌道范圍內運行。近年來，監測任務日趨復雜和多樣化。原有的以大型站為主、中小型站為輔的監測模式已不能滿足日常無線電監測的需要。倫敦奧運會期間，奧組委在各比賽場館和運動員住所建設區域網格無線電網絡監控系統，為奧運會無線電通信護航[4]。

4 無線電監測測向與定位技術研究

4.1 監控設備的可靠性和功能多樣性

對于無線電監測設備，它具有多種功能，可以實現更好的無線電監測。它可以確定信號參數、監測和定位信息，實現設備產品的可擴展性，使監測系統具有新的技術和能力，有效補充現階段無線電探測技術的不足。

4.2 網格無線電監測與控制

網格監測技術在無線電業務推廣、無線電信號監測和無線電信息資源管理中運用廣泛。它是一種融合了網絡技術和云計算技術的新型監控模式，可以在短時間內快速處理海量數字信息和數據。網格無線電監控技術是以廣泛分布在不同區域的探測器作為系統節點，將各節點的數據傳輸到統一的數據控制中心進行分析和統計，從而使監測人員發現各類無線電信號的真實性質，并與數據庫中記錄的各種信號進行準確比較，通過對信號的識別，證明信號的歷史軌跡和變化規律。無線電監測技術可以建立完整可靠的監測網絡，對已知的無線電信號、未知的無線電信號和特殊類型的輻射源進行長期系統的探測和觀測[5]。

4.3 監控系統的TDOA 算法

一般來說，由于有不同的頻帶信號，到達各自基站的時間就會不同，這就會導致差異。該系統主要用于確定無線電的位置，并借助不同的頻帶信號確定不同基站所需傳輸時間的差異。由于該技術的核心在于時間差，在運行過程中可以忽略信號采集設備和信號監測站。為了實現精確定位，需要確定多條曲線，并通過雙曲線的交點精確定位信號位置。一般來說，在分析多個信號基站的時間誤差時，需要有效地獲取每個軌跡雙曲線，并利用不同曲線交點的特性來達到確定每個主動位置的目的。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，設計確定雙曲公式，從而確定無線電波的位置。距離差可以用信號傳輸效率乘以時間差來計算。通過設置m 個讀卡器，可以從不同的目標產生系統中的信號。不同的讀卡器可以用第一讀卡器計算信號傳輸的時間差，取i=1，m，（x，y）為系統坐標，（Xi，Yi）為第i 個讀取器的位置。

4.4 大容量網絡數據傳輸

大容量網絡數據傳輸在實際的發展過程中對設備網絡的傳輸效率具有很大的提升作用。在實際的工作過程中對各種設備需要采用統一的接口組織，這樣可以使監控系統中的設備能夠進行個體化工作，設備之間的協作程度以及運行效率能夠得到很大的提升，從而更好地使無線電系統的全面監控得到優質的效果。

4.5 監控系統寬頻帶

監測系統的頻帶可以不斷擴大無線電監測頻帶的范圍，覆蓋的內容包括超短波、短波和所有衛星頻道，可以實現所有監控。無線電信號識別和參數測量的目的是實現目標的測量和定位，獲取真實有效的信號信息。在無線電管理中，無線電監測是一項重要內容，它將直接影響到無線電管理的運行效率和質量。通過建立合理的計算模型，可以加強無線電信號在整個傳輸過程中的控制，不會在傳輸過程中損壞無線電信號的傳輸質量。在實際無線電監測數據處理過程中，可以根據建立的相應數據算法模型快速計算出數據[6]。

5 便攜式頻譜分析儀在無線電信號監測中的應用實例

下面以rodschwartz 的便攜式頻譜分析FSH 為例，解釋無線電干擾故障排除時的優化設置和使用技巧。

操作方法及依據：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，測量時間可以設置為最小值；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；當運行全寬度掃描時，可以切換到雙跟蹤模式，并通過標記選擇感興趣的頻率。通過縮放運算，可以對信號進行分析和解調。雙重跟蹤模式：當分光計與主動定向天線結合使用時，可以按照以下方式進行操作：（1）把光譜儀調到目標干擾信號的中心頻率；解調帶寬必須大于或等于干擾信號的帶寬才能獲得最大靈敏度（如果解調帶寬太窄，光譜儀只能測量部分RF 電平，這會降低系統靈敏度）；（2）關閉自動頻率控制和手動增益控制，避免接收機自動調節效果對測量結果的影響；（3）打開平均檢測器，提供穩定的電平讀數，并將測量時間增加到200 ms，以提高穩定性，開啟單音音色功能，監控音頻音色，便于定位信號，無需一直觀察屏幕上顯示的電平值；如果信號太強，可以打開衰減器att，以避免接收機過載，當干擾信號非常接近有用信號時，可按以下方式進行操作：設置接收器在有用信號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頻譜，用標度函數突出中心頻率以外的頻譜峰值，其他峰值可能是干擾信號，選擇平均函數，平滑顯示曲線，測量時間設置為100 ms 以上。當干擾信號與有用信號具有相同的頻率但不同時傳輸時，可進行如下操作：設置接收有用信號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 頻譜設置為最大保持模式，并設置適當的測量時間，如100 ms，有用信號發出后，存在傳輸時間不確定的干擾信號；如果只截頻譜的屏幕，不能很好地捕捉這兩個信號，但可以很容易地在瀑布圖中監測，在大量的顯示信號中，短時干擾信號很難區分，通過激活跟蹤差分操作模式，將按下接收機差分模式鍵時的頻譜保存為參考頻譜，然后，將每次測量所得的光譜與參考光譜進行差值計算，將抑制兩個譜中存在的穩定信號，而顯示參考譜中不存在的新信號，這種方式可以大大減少需要分析的峰值信號的數量，方便看到偶爾的干擾信號。

6 無線電監測測向與定位技術研究方向分析

隨著無線電業務發展速度的提升，各大運營商對互聯網數據業務等需求也逐漸擴大，專業學者對無線電監測技術的探索更加重視，無線電監測技術的發展空間逐漸增大。目前，我國無線電監測技術的研究現狀主要有以下3 個方面的內容：無線電監控系統軟硬件集成、大容量網絡數據傳輸以及監控系統寬頻帶。大容量網絡數據傳輸在實際的發展過程中可以更好地提升設備網絡傳輸的效率和質量，特別是對各種設備使用統一接口的協議問題，監控系統中的設備能夠單獨運行，設備之間的協調和運行效率在實際的發展過程中將得到很大提升，無線電系統的全面監控工作也會得到一定控制。要想擴大無線電監測頻帶覆蓋范圍，我們可以通過設置無線電監測系統的監測頻帶，以實現超短波以及衛星全信道的監測。無線電監測設備具備功能多樣性，無線電監測系統新技術的推廣也越來越廣泛，我國無線電監測技術得到迅速發展[7]。因此，在實際的發展過程中對無線電監測網絡和技術的研究是一項具有重要意義的工作。在監測網的建設過程中，工作人員還應結合相關監測的要求進行選擇，可以選擇相應的無線電監測站機構，對無線電監測站的密度的發展能夠做出合理調整。

7 結語

綜上所述，在無線電監測系統的發展中，存在的問題是如何改進頻譜監測設備和數據管理。因此，需要建立完善的無線電監測管理體系，采用專業的系統算法，加強頻譜資源的動態管理，對無線電網絡建設進行強化，以提升無線電監測效率。