無線電干擾信號網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)測與定位技術(shù)應(yīng)用

摘要：伴隨著無線電通信技術(shù)的飛速發(fā)展，這一技術(shù)在人們?nèi)粘Ｉ钜约敖煌ㄟ\行中得到了十分廣泛的應(yīng)用，而干擾信號的存在，不僅會影響著人們的通信質(zhì)量，更會對列車上的旅客生命財產(chǎn)安全造成巨大的威脅。因此為了深入探究無線電干擾信號網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測技術(shù)與定位技術(shù)，本文分析了無線電干擾信號的分類與特點，并就無線電干擾信號監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用展開深入分析，最后就干擾信號的多種定位技術(shù)實際應(yīng)用的優(yōu)勢與弊端進(jìn)行了詳細(xì)分析，以期為無線電干擾信號的監(jiān)測和定位貢獻(xiàn)微小的力量。

關(guān)鍵詞：無線電；干擾信號；網(wǎng)絡(luò)化檢測；定位

伴隨著我國科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，無線電通信技術(shù)在我國移動通信、衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)，廣播領(lǐng)域、飛行導(dǎo)航、智能交通以及氣象服務(wù)等多個領(lǐng)域，都得到了十分廣泛的應(yīng)用。與此同時，也有越來越多的技術(shù)人員注意到了不同無線電系統(tǒng)之間會存在著不同程度的信號干擾問題，從而使得電磁環(huán)境越發(fā)繁雜。在此基礎(chǔ)上，相關(guān)技術(shù)人員就無線電干擾信號進(jìn)行相應(yīng)的檢測與管理，以此來提升頻譜資源利用的效率，通過對干擾信號的捕捉、監(jiān)測以及定位，來為頻譜資源使用秩序提供強有力的保障。本文無線電干擾信號的定位與監(jiān)測為中心展開論述。

一、無線電干擾信號分析

（一）無線電干擾信號分類

從本質(zhì)上來分析，無線電干擾信號其實是屬于無線電通信系統(tǒng)當(dāng)中無用能量的一種，也就是說無線電的干擾信號會在一定程度上影響著通信信號的接收質(zhì)量。而干擾信號是由多樣的感應(yīng)、輻射及發(fā)射或者其他結(jié)構(gòu)而組合產(chǎn)生的，在通信的過程中，往往會伴隨著信息丟失以及接收性能下降等問題，嚴(yán)重情況下，還會出現(xiàn)通信阻斷的重大問題。干擾信號往往會以間接或者直接耦合等渠道來進(jìn)入無線電通信系統(tǒng)。立足于干擾源，將干擾信號進(jìn)行分類，主要可以劃分為無線電噪聲干擾以及無線電干擾兩種，如果更為細(xì)致地劃分，第一種干擾又可以劃分為內(nèi)部干擾、人為干擾、自然干擾三種[1]。需特別一提的是內(nèi)部干擾以及自然干擾這兩種因素存在不可控的特點，而無線電干擾主要可以劃分為帶外、互調(diào)、鄰里、同頻等幾種干擾類型。對比分析得知，其中的干擾信號以及人為噪聲干擾這兩種干擾因素是相對可控的。

（二）無線電干擾信號特點

從無線電干擾信號相關(guān)概述以及相關(guān)分類分析中，我們能夠得知部分的無線電干擾源是具有可控制特點的。其中最為明顯的可控干擾源就是阻塞、互調(diào)及帶外、同頻等干擾因素。而伴隨著當(dāng)今時代硬件技術(shù)的不斷發(fā)展，噪聲干擾在超短波通信中已經(jīng)無法造成較大的干擾后果。另外在無線電設(shè)備廣泛應(yīng)用并不斷普及與升級換代的過程中，技術(shù)人員為了進(jìn)一步提升通信質(zhì)量，往往會選擇通信信號密度較高的環(huán)境中進(jìn)行宏基站的設(shè)置[2]。但是需特別注意的是，在信號較為擁擠的城市區(qū)域內(nèi)，多個公共通信系統(tǒng)及通信基站的設(shè)置也會影響著無線電磁環(huán)境，提升其電磁環(huán)境的密集性。再加上當(dāng)今時代，IT技術(shù)以及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)得到了飛速發(fā)展，有越來越多的移動終端設(shè)置了提供WiFi熱點的功能，因此城市區(qū)域內(nèi)的電磁環(huán)境，必然會存在著系統(tǒng)之間相互干擾等問題，并且這種干擾問題的特點就是持續(xù)時間短，且具有移動性以及隨機(jī)性的特點。當(dāng)前干擾信號的發(fā)展已經(jīng)呈現(xiàn)出了高頻寬帶的發(fā)展趨勢，并且會隱藏在背景噪聲等信號信息的傳播當(dāng)中，因此在無線電監(jiān)測接收機(jī)信號捕捉的過程中，往往會對這些干擾信號的捕獲無能為力。通常情況下來說，這種通信中的干擾信號只會對普通用戶造成時間、經(jīng)濟(jì)及信號傳播效率上的損失。但是對于民航等行業(yè)來說，一旦在正常運行的過程中存在無線電干擾問題，將會直接對旅客的生命安全造成直接性的影響[3]。就此而言，相關(guān)技術(shù)人員對無線電干擾信號進(jìn)行24小時實時監(jiān)測，保障信號的無縫覆蓋，對保障旅客生命安全而言是非常重要的。

二、無線電干擾信號監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用研究

下面主要以無線通信列車自動控制的干擾信號網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測為中心，對干擾信號監(jiān)測系統(tǒng)展開分析。通常情況下，無線通信列車的通信系統(tǒng)非常容易受到其他信號的干擾，從而導(dǎo)致信號中斷或者列車被迫緊急停運等情況發(fā)生。就此而言，干擾信號不僅影響著交通秩序的正常運行，甚至還威脅著旅客的生命財產(chǎn)安全。干擾信號通常可以分為非協(xié)議、同頻、瞬時以及長時間持續(xù)等多種信號類型，而各個位置信號之間并不會存在沖突，但往往會造成頻譜波形混合的問題[4]，從而對無線電干擾信號監(jiān)測系統(tǒng)正常運行造成很大程度上的影響。因此要想實現(xiàn)全體真實監(jiān)測無線電干擾信號，就必須在信號監(jiān)測系統(tǒng)中應(yīng)用邊緣計算方式并利用無線電頻譜監(jiān)測接收機(jī)等設(shè)備來構(gòu)建完善的監(jiān)測系統(tǒng)，同時結(jié)合云邊協(xié)同等方式來完成干擾信號監(jiān)測方案的制定，詳細(xì)體現(xiàn)在以下幾個方面：

（一）整體規(guī)劃

首先要做的就是將邊緣無線監(jiān)測接收器這一設(shè)備設(shè)置無線頻譜監(jiān)測的前面位置，以實現(xiàn)干擾信號檢測的整體預(yù)控。因為邊緣無線監(jiān)測接收器的主要工作就是擔(dān)任本地智能、預(yù)處理以及信號的采集等多項工作。詳細(xì)上來說，這一設(shè)備的主要結(jié)構(gòu)分為采樣、本地頻譜分析、FFT等幾個模塊。從頻譜分析這一模塊上來說，其主要的功能就是進(jìn)行數(shù)據(jù)的預(yù)處理以及數(shù)據(jù)計算，并定期性將數(shù)據(jù)上傳到云端。而如果云端有特殊性的設(shè)置，那么接收機(jī)就會根據(jù)其設(shè)置進(jìn)行相應(yīng)的計算，將數(shù)據(jù)調(diào)取分析后進(jìn)行回傳并進(jìn)一步構(gòu)建云端服務(wù)平臺，將所有整合到的數(shù)據(jù)以及頻譜信息上傳到數(shù)據(jù)庫。最后由數(shù)據(jù)庫對數(shù)據(jù)進(jìn)行實時性的處理、查詢與更新，一旦發(fā)現(xiàn)識別異常，自動進(jìn)行頻譜的搜索[5]。這樣一來，就能夠?qū)崿F(xiàn)對頻譜特征的進(jìn)一步挖掘。

（二）車內(nèi)檢測布局

監(jiān)測系統(tǒng)的車內(nèi)監(jiān)測布局主要是利用外置模式，通過磁共振無線充電這一技術(shù)來完成對相關(guān)設(shè)備的監(jiān)測。這一技術(shù)與傳統(tǒng)意義上的電子器件監(jiān)測存在著本質(zhì)上的不同，這種技術(shù)能夠最大化地保障內(nèi)外線圈的面積，與磁感應(yīng)無線電充電技術(shù)相比較來說，這一技術(shù)在實際應(yīng)用過程中列車啟動時，車體內(nèi)部的充電發(fā)射線圈設(shè)備就會自動開啟檢測，這樣一來，也就有效地簡化了人工拆卸這一類的煩瑣工作，節(jié)省了人力。除此之外，這一設(shè)備的結(jié)構(gòu)也相對簡單，損壞問題出現(xiàn)的概率也會大大降低。通常情況下來講，每節(jié)車廂所部署的監(jiān)測節(jié)點一般在4～8個左右，而各個節(jié)點共同組建成空間分布式的傳感器系統(tǒng)。這一系統(tǒng)能夠?qū)τ?GHz頻段上的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的預(yù)處理工作，并且還能夠?qū)⑾嚓P(guān)的數(shù)據(jù)生成5G移動網(wǎng)絡(luò)上傳到云端，還能夠規(guī)避傳統(tǒng)2.4GHz頻段的信號干擾，從而為數(shù)據(jù)以及系統(tǒng)的傳輸效率提供保障，盡可能地降低了數(shù)據(jù)傳輸延遲現(xiàn)象的出現(xiàn)概率[6]。

（三）頻譜識別系統(tǒng)

為了打造有效的網(wǎng)絡(luò)頻譜識別系統(tǒng)，相關(guān)技術(shù)人員還需要針對各類頻譜的數(shù)據(jù)來作為研究的樣本，并通過對公有頻段信號的采集，對各個時間節(jié)點相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的分析，將每10個時間節(jié)點構(gòu)成一個完整的頻譜，同時展開對設(shè)備前端的預(yù)處理工作，以此來得知頻譜的最大值。最后進(jìn)行噪聲前后的波形頻譜對比，并對相應(yīng)的語音信號完成采樣工作。在進(jìn)行上述的預(yù)處理工作后還需要將采樣中的個別持續(xù)時間較短的信號進(jìn)行消除，通過對信號頻率、帶寬以及波形等參數(shù)的分析，來篩選信號波段中不完整的部分，并利用邊緣計算思想來將干擾信號進(jìn)行消除。

三、無線電干擾信號定位技術(shù)應(yīng)用研究

（一）無線電測向

隨著我國無線電通信技術(shù)發(fā)展越發(fā)普及，其無線電站的建設(shè)數(shù)量和密度也呈現(xiàn)出日益增長的趨勢，因此各信號之間干擾現(xiàn)象頻頻發(fā)生。而無線電監(jiān)測系統(tǒng)在實際中的應(yīng)用不僅要保障無線電干擾信號能夠得到迅速的捕捉，還要在發(fā)現(xiàn)這一干擾信號的同時進(jìn)行信號源的準(zhǔn)確定位，以此來為管理機(jī)構(gòu)排除干擾奠定前提基礎(chǔ)。這也就為無線電監(jiān)測技術(shù)的精準(zhǔn)度提出了更高要求。而在以往所應(yīng)用的無線電監(jiān)測系統(tǒng)當(dāng)中，主要是通過無線電測向法來判斷干擾信號源的位置。借助于相應(yīng)的監(jiān)測設(shè)備來明確無線電波的參數(shù)，并根據(jù)這一參數(shù)來判斷干擾源方向，以上為無線電測向的基本原理。

而應(yīng)用最為廣泛的干擾信號監(jiān)測就是相關(guān)干涉儀測向機(jī)，并且已經(jīng)得到了一定的發(fā)展，該技術(shù)也趨于成熟。除此之外，空間譜估計法這一測量方式也正處于研究階段，尚未問世。但無論是何種測向機(jī)都必須以天線技術(shù)作為測向的重要依托以此來保障各項的精準(zhǔn)度。而其精準(zhǔn)度越高，所應(yīng)用的天線體積也就相對越大。除此之外，所應(yīng)用的測向機(jī)這一設(shè)備構(gòu)造也十分精密，并且購置需要投入大量的經(jīng)濟(jì)成本，因此無法廣泛應(yīng)用。就此而言，無線電測向在未來的干擾信號定位工作的應(yīng)用中必然無法滿足其實際需要。而到達(dá)時間差這一類的網(wǎng)絡(luò)化干擾信號定位法的問世，則能夠與新型的無線電監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)匹配相吻合，這就為以視頻傳感器網(wǎng)絡(luò)為核心的測向定位法進(jìn)一步發(fā)展與應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

（二）無線網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)研究

通過以上對網(wǎng)絡(luò)無線電檢測系統(tǒng)以及射頻傳感器等方面的研究，我們能夠得知，無線電測向這一技術(shù)在監(jiān)測系統(tǒng)當(dāng)中的應(yīng)用并不適合。因此為了將網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢充分凸顯出來，就需要相關(guān)技術(shù)人員在信號檢測以及干擾信號定位等方面，與網(wǎng)絡(luò)化節(jié)點達(dá)成深度融合。而無線網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)對硬件平臺的要求相對較低，但其定位的精準(zhǔn)度卻非常高，另外這一技術(shù)還能夠通過多點定位的形式應(yīng)用于監(jiān)測系統(tǒng)當(dāng)中，而二者之間的結(jié)合則能夠充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)定位和移動平臺定位的優(yōu)勢，從而獲取定位信息。網(wǎng)絡(luò)無線定位主要是指通過網(wǎng)絡(luò)多個位置信息來提取相關(guān)信息并進(jìn)一步推算出無線電信號發(fā)射機(jī)的位置，這樣的定位方式并不需要額外的資金投入，并且與雷達(dá)定位方式相比較而言，也無需發(fā)射無線電波，因此屬于無源定位的一種。深入來講，定位方式可以進(jìn)一步詳細(xì)劃分為到達(dá)時間差定位、信號接收強度定位、到達(dá)角定位、GPS輔助定位以及蜂窩小區(qū)標(biāo)識無線終端定位等[7]。下面逐個進(jìn)行詳細(xì)分析。

首先是GPS輔助定位。這一定位技術(shù)只要能夠保障網(wǎng)絡(luò)與移動終端之間通信情況正常就能夠應(yīng)用于無線電干擾信號定位當(dāng)中，并且能夠達(dá)到非常高的精準(zhǔn)度，其范圍可以達(dá)到5～10米之間。除此之外，這一定位技術(shù)還能夠?qū)⒌?次捕捉信號的時間縮短到3～10秒以內(nèi)[8]。但是相關(guān)技術(shù)人員需要明確的是，這一定位技術(shù)的應(yīng)用需要網(wǎng)絡(luò)通信以及目標(biāo)衛(wèi)星通信等方面的輔助與支持，而相關(guān)設(shè)備以及硬件的配置則需要一定的成本投入，所以這一定位技術(shù)在無線電檢測系統(tǒng)當(dāng)中適配度不高。

其次就是蜂窩小區(qū)標(biāo)識無線終端定位技術(shù)，也就是通過蜂窩小區(qū)無線通信網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)對移動終端信號的地理定位。蜂窩小區(qū)主要是根據(jù)各個移動終端的地理位置來為其提供定位服務(wù)的，因此不同的基站也有對應(yīng)的小區(qū)識別，而在進(jìn)行信號定位的過程中，僅需要查詢移動臺屬于哪一小區(qū)，就能夠根據(jù)小區(qū)的位置來判斷移動臺的實際位置，這一定位技術(shù)的優(yōu)勢就在于所耗時間比較短，并且不需要投入額外的資金。但是這一定位技術(shù)相比較GPS定位技術(shù)來說，其誤差參數(shù)相對較大，并且精準(zhǔn)度也存在不足，其精準(zhǔn)度只能處于幾十米至幾十千米，并且非常容易受到小區(qū)半徑的影響而干擾定位的準(zhǔn)確性。

最后是到達(dá)角定位。這種定位方式與無線電測向技術(shù)非常類似，主要是通過對基站接收機(jī)接收信號時對入射角信息的分析，來明確該基站與信號發(fā)射基站之間的方位線，并以±a作為測向精度，并以交叉計算的方式來信號交匯處并劃出相應(yīng)的區(qū)域。這一定位技術(shù)的優(yōu)點就在于即便是較為空曠的地帶，也能夠保障信號定位的精準(zhǔn)度。但是到達(dá)角定位技術(shù)的應(yīng)用需要智能天線的輔助，并且對硬件的要求相對較高，與此同時，如果被監(jiān)測區(qū)存在較多的障礙物，也會對定位的精確性產(chǎn)生一定影響。

到達(dá)時間差定位是在上述所言的到達(dá)角定位的基礎(chǔ)上，所進(jìn)一步構(gòu)建而成的信號源軌跡方程，也就是根據(jù)不同接收信號的時間差，并運用定位算法來實現(xiàn)對信號源位置的定位，這一定位技術(shù)并不需要承擔(dān)額外的負(fù)擔(dān)。并且與到達(dá)角定位技術(shù)相比較來說，這種定位技術(shù)即便是在接收端和信號源不同步的情況下，也能夠通過三個以上的視頻傳感器完成信號的接收，并根據(jù)時間差來完成信號源位置的監(jiān)測[9]。

這一技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)勢是不需要諸多天線陣為其奠定基礎(chǔ)，同時也避免了信號模糊的問題，對于硬件的要求也相對較低。能夠真正意義上實現(xiàn)信號的全監(jiān)測和全覆蓋。最為重要的是這一定位技術(shù)受電波距離上的影響較小，即便是對于跳頻、突發(fā)以及帶寬信號也能夠保障其高精準(zhǔn)度的監(jiān)測定位。

四、結(jié)束語

如文中所述，借助于以上幾種方式展開對無線電干擾信號的監(jiān)測與定位，能夠真正意義上實現(xiàn)全天候、全覆蓋的監(jiān)測。但是諸多干擾信號的監(jiān)測與定位技術(shù)發(fā)展上尚未成熟，有著明顯的優(yōu)缺點，因此就需要技術(shù)人員根據(jù)系統(tǒng)特點以及信號監(jiān)測與定位的實際需要，選擇合理的方式，從而實現(xiàn)頻譜資源的高效利用，為無線電信號的安全使用提供強有力的保障。

作者單位：顧多瑞 甘肅省無線電監(jiān)測站張掖監(jiān)測站

參 ?考 ?文 ?獻(xiàn)

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