CN103364635B - 频谱测绘系统及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种频谱测绘方法，主要解决了现有技术中存在的由于未能处理好频谱数据时间与位置的关系，以及未能以更为简洁、直观的方式对数据进行展示，不能满足人们需求的问题。频谱测绘系统，包括处理终端，通过网线与处理终端相连的无线电接收机，通过外接端口与处理终端相连的GPS模块，与无线电接收机相连的监测天线，与GPS模块相连的GPS信号接收天线。通过上述方案，本发明达到了将频谱数据时间与位置关系有机地结合在一起，便于观测的目的，具有很高的实用价值和推广价值。

Description

频谱测绘系统及其实现方法

技术领域

本发明涉及一种测绘方法，具体地说，是涉及一种频谱测绘方法。

背景技术

频谱即无线电频率分布曲线，由幅值按频率排列而成。作为描述无线电信号最基本的特性，幅度和频率的关系在频谱中的体现形成了无线电监测最基本的结果数据。占用度即在某个频率的信号电平超过一限值的次数与总监测次数的比值，反应出这个频率使用率的高低。另外还有信号的带宽、调制度等共同描述了无线电资源的使用情况，是无线电监测与管理的基础。

对频谱数据的收集及占用度的测量是几乎所有无线电监测系统的基本功能，一般是通过超外差式接收机完成对特定频段的电平扫描，在中频带宽内（一般是10M以上）进行FFT运算，获得带宽内各个频点的电平值，并通过频率拼接的方式完成整个频段电平测量，再以频率为横轴，电平为纵轴画出折线图，从而获得频谱图。然而，频谱除了频率和电平属性外，还有时间属性，即频谱图一般是随时间不停变化的，这可以通过增加时间维度来解决，即在三维坐标下进行展示，但是，三维的图形不太便于同个维度数据的比较，因而更常见的是以瀑布图的形式展示：频率为纵轴，时间为横轴，电平的变化通过颜色来区分，虽然通过该种方式能够测量和展示无线电频率、电平、时间的三维属性，但是，对于可移动监测站或者设备来说，所收集的频谱数据还与地理位置有关，因而如何能够同时处理好时间与位置的关系，以及以更加简洁和直观的方式对数据进行展示，是目前急需人们解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种频谱测绘方法，主要解决现有技术中存在的由于未能处理好频谱数据时间与位置的关系，以及未能以更为简洁、直观的方式对数据进行展示，不能满足人们需求的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

频谱测绘系统，包括处理终端，通过网线与处理终端相连的无线电接收机，通过外接端口与处理终端相连的GPS模块，与无线电接收机相连的监测天线，与GPS模块相连的GPS信号接收天线。

作为优选，所述监测天线为吸盘天线；所述处理终端为电脑；所述外接端口为USB接口。

基于上述器件模块，本发明提供了一种频谱测绘系统的实现方法，包括以下步骤：

（1）将所述的频谱测绘系统安装于交通工具内，接通电源，并将监测天线外置；

（2）在处理终端上设置无线电接收机的扫描方式、起止频率和步进；根据时间间隔或距离间隔设定数据保存条件；

（3）无线电接收机按已设定的扫描方式、起止频率和步进进行扫描，并将扫描所得数据通过网络传递至处理终端；GPS模块通过GPS信号接收天线进行GPS数据接收，并将接收到的数据通过外接端口传递至处理终端；

（4）处理终端循环计算GPS数据获得时间或者距离的变化值，当GPS模块获得数据的时间间隔或距离间隔超过已设定的数据保存条件时，将GPS数据和频谱数据同时进行存储，完成一帧数据的采集；

（5）驾驶交通工具沿覆盖整个测试区域的线路轨迹行驶，完成整个区域数据采集；

（6）按保存数据的时间、频率筛选已采集到的数据，并将待展示区域划分为边长相等的呈二维矩阵排列的两个以上方格区域，将筛选出的数据按区域划分在GPS数据所对应的方格区域内；分别计算落入各方格区域内的数据统计值，若某一方格区域内没有数据落入，则其数据统计值为空；

（7）在电子地图上新建图层，将计算出的各方格区域内的不同数据统计值以不同颜色表示，填充至对应的区域。

在具体实施时，可以根据实际需求改变数据的筛选参数，包括时间、频率和区域范围，重新计算结果并刷新显示，还可以形成动态的变化结果。

具体地说，所述数据统计值包括最大值、最小值、平均值和占用度。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明基于地理信息系统的频谱测绘，采用统计学理论，并借助测绘学方法从具体的频谱数据提取变量，统计变量特征和分布参数，并在电子地图上加以显示，最终形成频谱资源分布图，既能全景展示大区域内电磁分布状况，也能提供精确位置上小场景的电磁特征，通过一段时间的积累更能获得整个电磁环境的变化趋势，对辅助无线电管理的决策和指挥有着重要意义，构思巧妙，实施方便，符合实际需求。

附图说明

图1为本发明的系统框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。

实施例

由于现有的频谱采集和展示的技术不能完整展示无线电信号在频率、电平、时间及位置的所有属性，且长久以来，无线电监测所获得的结果数据大多为单帧频谱图和占用度表等具体数据，而无线电管理决策需要的是电磁资源的宏观态势，这通常需要专业人员通过长时间的数据分析和比对获得，而日益增长的无线电应用使得监测结果日趋复杂，监测数据爆炸性增长，使得数据分析的难度极大增加，为了解决海量数据与有效分析之间的矛盾，本发明提供了一种频谱测绘系统及其实现方法，其可分为数据采集和数据分析及显示两个步骤。

数据采集需要包含频谱数据和地理信息数据，需要硬件设备的支持，硬件连接如图1所示，便携式无线电接收机通过网线（LAN口）与电脑相连，GPS模块通过USB接口与电脑相连，接收机的射频口连接监测天线，GPS模块连接GPS信号接收天线。

在使用时，只需根据需要测绘的区域，把硬件设备安置于合适的交通工具内，满足设备的供电要求，并将天线外置；通过电脑设置采集数据的参数，包括接收机的参数和数据保存的参数，接收机的参数包括：扫描方式、起止频率、步进等；数据保存设置规定了数据保存的方式和条件，通常是时间间隔或者距离间隔；控制接收机开启扫描，接收机扫描获得的数据将由LAN口回传至电脑，同时，GPS模块获得的GPS数据也由USB接口回传至电脑，循环计算GPS数据获得时间或者距离的变化值，当满足设置的保存条件时（即利用GPS数据计算的时间或者距离的变化值达到预设值，比如时间间隔10秒，或则距离间隔10米），把GPS数据和频谱数据同时进行存储，完成一帧数据的采集；驾驶交通工具沿设定的线路行驶，行驶路线只需满足行驶轨迹覆盖整个测试区域便可，速度根据接收机的扫描速度及带宽限定，不能太大，典型的测试需要满足在待测区域内边长100m的正方形区域内至少有一帧数据，至此，数据采集的任务完成，另外，对区域数据的数据收集可以分为多次完成；数据的处理部分首先需要筛选数据：根据时间、区域、频率等条件及其组合，设置筛选条件，对数据库中的数据进行选择，读取符合条件的数据（比如说展示某个城市某个月在广播频段的电磁环境数据，就分别设置时间为某月，地点为某市，频率为广播频段88-108MHz）；把所需要展示的区域划分成一个个某一固定边长的方格区域（边长的选取与展示区域的范围有关，如省级为10公里，地市为2公里，区县为500米，街道为50米），把筛选出来的数据按区域划分在其GPS信息所指示的方格内；分别计算落入各个方格内的数据的统计值（最大、最小、平均、占用度等），落入方格内的数据为一组电平数值，大小为-20到80的实数，若没有任何一个数据落入，则统计值为空；否则，可以查找出这组数据的最大、最小值赋值给统计变量、最大值变量和最小值变量，其中，平均值变量为这组数据求和除以数据的个数；占用度为大于一门限值的数据个数与总个数的比值，占用度为人工设置的一个电平值；在电子地图上建立新的图层，根据计算出的统计值，以色度条对应的颜色填充所在区域的图层的颜色，例如：可将-20到80的值分别对应从蓝色到红色的渐变色，空值为黑色。

按照上述方法进行频谱测绘后，在改变电子地图的显示区域或者显示比例时，显示结果会相应的刷新；可以改变或者连续改变数据的频率参数，形成动态变化的图层。

按照上述实施例，便可很好地实现本发明。

Claims (2)

1.频谱测绘系统的实现方法，其中，频谱测绘系统，包括处理终端，通过网线与处理终端相连的无线电接收机，通过外接端口与处理终端相连的GPS模块，与无线电接收机相连的监测天线，与GPS模块相连的GPS信号接收天线，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将频谱测绘系统安装于交通工具内，接通电源，并将监测天线外置；

（2）在处理终端上设置无线电接收机的扫描方式、起止频率和步进；根据时间间隔或距离间隔设定数据保存条件；

（3）无线电接收机按已设定的扫描方式、起止频率和步进进行扫描，并将扫描所得数据通过网络传递至处理终端；GPS模块通过GPS信号接收天线进行GPS数据接收，并将接收到的数据通过外接端口传递至处理终端；

（4）处理终端循环计算GPS数据获得时间或者距离的变化值，当GPS模块获得数据的时间间隔或距离间隔超过已设定的数据保存条件时，将GPS数据和频谱数据同时进行存储，完成一帧数据的采集；

（5）驾驶交通工具沿覆盖整个测试区域的线路轨迹行驶，完成整个区域数据采集，其中，数据是指GPS数据和频谱数据；

（6）按保存数据的时间、频率筛选已采集到的数据，并将待展示区域划分为边长相等的呈二维矩阵排列的两个以上方格区域，将筛选出的数据按区域划分在GPS数据所对应的方格区域内；分别计算落入各方格区域内的数据统计值，若某一方格区域内没有数据落入，则其数据统计值为空；

（7）在电子地图上新建图层，将计算出的各方格区域内的不同数据统计值以不同颜色表示，填充至对应的区域。

2.根据权利要求1所述的频谱测绘系统的实现方法，其特征在于，所述数据统计值包括最大值、最小值、平均值和占用度。