CN105162531B - 一种超短波宽带监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超短波宽带监测系统及方法，系统包括超短波宽带监测接收机、宽带预分类设备、多通道处理设备、系统控制管理设备、监测工作席位及网络交换机。与现有技术相比较，本发明提供一个可面向用户需求定制的，具有高度灵活性、可扩展性和模块化特性的无线电监测系统解决方案，可用于固定、移动、移动平台载体。集信号快速搜索、信号截获、信号识别、宽带记录、离线分析等多种功能于一体，具备未知信号的侦察发现、已知信号的监视告警以及已知信号的截获处理等能力，并支持自动及多种人工交互工作模式，可广泛应用于地方及军队无线电管理部门的频谱监测工作。

Description

一种超短波宽带监测系统及方法

技术领域

本发明涉及一种监测系统领域，尤其涉及一种超短波宽带监测系统及方法。

背景技术

美国安捷伦公司的E3238S系统具有多种搜索模式，采取电平、自动及环境等多种方式估计噪声，从而实现活动信号监测。告警设置灵活多样，具有调制识别，解调，放音、数据记录等多种功能，实时监测带宽可达36MHz，具有自动和手动工作模式。

德国RS公司的GX435具有与安捷伦E3238S系统相似的功能。

但在国内，与E3238S和GX435相似的系统还没有，虽然也有一些针对特定信号进行检测和自动控守的系统，但相对于E3238S和GX435，其功能都无法相提并论。

该技术领域主要的技术难题：一是超短波宽带监测系统的网络传输能否满足实际的需要；二是高速存储能否达到。还有第三个难点，本系统建立在宽带及自动化的基础上，系统运行时会产生大量的数据，如宽带原始I/Q、窄带I/Q、分类/识别解调/解码结果、宽带检测结果数据等，如何从这些海量数据挖掘出网台的通联规律，获得感兴趣的台情信息等是系统面临的一大技术难题。

本公司自主研发的超短波宽带监测系统ZAS3000MM与E3238S和GX435相比较，在系统的设计和操作流程上都各有优劣，在国内范围来看，具有较高的设计水准和优异的设计理念，是国内领先的超短波宽带监测系统。

发明内容

本发明的目的就在于提供一种解决了上述问题的一种超短波宽带监测系统及方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种超短波宽带监测系统，系统包括超短波宽带监测接收机、宽带预分类设备、多通道处理设备、系统控制管理设备、监测工作席位及网络交换机，所述网络交换机分别与超短波宽带监测接收机、宽带预分类设备、多通道处理设备、系统控制管理设备、监测工作席位连接进行数据交互与传输；

所述超短波宽带监测接收机进行多路通道监测，处理宽带中频信号，并对指定频点信号进行模拟解调；

所述宽带预分类设备，主要用于对接收到的宽带数据进行高性能FFT运算、窄信号提取、活动信号检测和宽带频谱处理，并输出相应的处理结果；

所述多通道处理设备主要用于从宽带中提取出感兴趣的窄带信号，并通过相应的窄带信号分析算法对信号做进一步分析处理，并把处理的结果存入数据库和发送给监测工作席位，同时对接收到的数据进行记录，为以后的信号分析提供原始数据；

所述系统控制管理设备按任务计划控制各个监测设备、软件模块，使其协调工作，并完成监测任务；

所述监测工作席位主要实现处理结果的可视化显示、音频放音、数据管理、系统控制功能。

作为优选，所述宽带预分类设备还具有宽/窄带数据的存储功能。

作为优选，所述宽带预分类设备提取的宽带数据经DDC处理后转换为多路窄带数据的中频PSD输出。

作为优选，所述超短波宽带监测接收机可外接GPS天线，所述GPS天线与超短波宽带监测接收机电连接，所述超短波宽带监测接收机、GPS天线为可搬移的系统配件。

一种超短波监测方法，方法步骤如下,

a.通过宽带检测界面对要求搜索的频段进行设置，并开始搜索扫描，按工作模式分为侦察模式和控守模式；

方式一，侦察模式，可以对宽带进行信号搜索，在自动搜索模式下可以对检测到的信号进行自动识别分类；

侦察模式的具体工作方法如下，操作员首先设置超短波宽带监测接收机的扫描工作频率范围，系统控制管理设备将其转化为超短波宽带监测接收机的命令参数和系统搜索控制参数，然后根据任务计划中所描述的特征参数启动信号监测任务，经检测算法处理后获得信号活动列表，信号处理模块根据当前信号活动列表以及任务相关的时频特征参数首先剔除不感兴趣的信号，并将结果返回系统控制管理设备，然后顺序发出频点驻留命令到超短波宽带监测接收机，超短波宽带监测接收机收到命令后，获取足够异常信号原始数据，监测工作席位利用这些数据与所设置异常信号的告警条件或背景数据库比对，发现异常信号则实施告警；若提取的信号特征参数和监视任务对应的异常信号告警参数一致，系统发出告警信息，并对确认的异常信号进行上报。

方式二，控守模式，控守模式下不能对宽带进行搜索，也不可以对信号进行自动识别分类，但可以通过提交功能，对单个信号进行深一步的分析与识别。

所述控守模式的具体工作方法如下，操作员对当前带宽内监测到的信号进行手动深度分析与检测，通过提交到ITU或DDC，在频谱监测界面对信号进行模拟解调、分析识别、数字解调，并且对有价值的信号数据进行存储，方便进一步的离线分析。

b.把搜索到的信号结果显示在活动信号列表中，选择感兴趣的信号提交到ITU通道或其他DDC通道中进行深度分析；

c.对提交到ITU通道的信号进行信号分析识别操作，如果分析识别结果为数字调制信号可进行相应解调，获得信号的关键信息；

d.将重点观察的信号提交到重点信号列表中，将不需关注的信号提交到抑制信号列表中，方便在下一次搜索的时候对重点信号进行告警提示，而不需关注的信号则不显示。

作为优选，步骤b中，通过宽带存储和窄带存储功能，可以把信号的音频数据、原始IQ数据、比特流数据存储到本地或者多通道管理设备中，并记录到结果管理中，方便分析信号时查询提取。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明提供一个可面向用户需求定制的，具有高度灵活性、可扩展性和模块化特性的无线电监测系统解决方案，可用于固定、移动、移动平台载体。集信号快速搜索、信号截获、信号识别、宽带记录、离线分析等多种功能于一体，具备未知信号的侦察发现、已知信号的监视告警以及已知信号的截获处理等能力，并支持自动及多种人工交互工作模式，可广泛应用于地方及军队无线电管理部门的频谱监测工作。实现对符合任务要求的特定目标信号快速检测和告警发现。

附图说明

图1为本发明方法原理框图；

图2为本发明系统结构示意图。

具体实施方式

下面将本发明做进一步说明。

实施例：

一种超短波监测方法，方法步骤如下,如图1：

a.通过宽带检测界面对要求搜索的频段进行设置，并开始搜索扫描，按工作模式分为侦察模式和控守模式；

b.把搜索到的信号结果显示在活动信号列表中，选择感兴趣的信号并通过鼠标右键的功能提交到ITU通道或其他DDC通道中进行深度分析；

通过宽带存储和窄带存储功能，可以把信号的音频数据、原始IQ数据、比特流数据存储到本地或者多通道管理设备中，并记录到结果管理中，方便分析信号时进行查询提取；

c.对提交到ITU通道的信号进行信号分析识别操作，如果分析识别结果为数字调制信号可进行相应解调，可以获得信号的比特流等关键信息；

d.将重点观察的信号提交到重点信号列表中，将不需关注的信号提交到抑制信号列表中，方便在下一次搜索的时候对重点信号进行告警提示，而不需关注的信号则不显示。

所述步骤a中，按工作方式分为以下两种工作方式：

方式一，侦察模式，可以对宽带进行信号搜索，在自动搜索模式下可以对检测到的信号进行自动识别分类；

操作员首先设置超短波宽带监测接收机的扫描工作频率范围，系统控制管理设备将其转化为超短波宽带监测接收机的命令参数和系统搜索控制参数，然后根据任务计划中所描述的特征参数启动信号监测任务，经检测算法处理后获得信号活动列表，信号处理模块根据当前信号活动列表以及任务相关的时频特征参数首先剔除不感兴趣的信号，并将结果返回系统控制管理设备，然后顺序发出频点驻留命令到超短波宽带监测接收机，超短波宽带监测接收机收到命令后，获取足够异常信号原始数据，监测工作席位利用这些数据与所设置异常信号的告警条件或背景数据库比对，发现异常信号则实施告警；若提取的信号特征参数和监视任务对应的异常信号告警参数一致，系统发出告警信息，并对确认的异常信号进行上报。

方式二，控守模式，控守模式下不能对宽带进行搜索，也不可以对信号进行自动识别分类，但可以通过提交功能，对单个信号进行深一步的分析与识别。

操作员对当前带宽内监测到的信号进行手动深度分析与检测，通过提交到ITU或DDC，在频谱监测界面对信号进行模拟解调，分析识别、数字解调等分析。并且可以对有价值的信号数据进行包括了音频、IQ原始数据、比特流数据等格式进行存储，方便进一步的离线分析。

一种超短波宽带监测系统，如图2所示，包括超短波宽带监测接收机、宽带预分类设备、多通道处理设备、系统控制管理设备、监测工作席位及网络交换机等设备，所述网络交换机采用高性能的网络交换机，将上述各个设备连接在一起。本系统为具备未知信号的侦察发现、已知信号的监视告警以及已知信号的截获处理等能力的系列设备。

所述超短波宽带监测接收机具有强大的监测通道，具备强大的宽带中频信号处理能力，主要对所接收到的信号进行模拟解调；超短波宽带监测接收机可外接GPS天线，所述超短波宽带监测接收机、GPS天线为可搬移的系统配件，以便侦察模式下，架设到待检测目标处与电脑连接。

所述宽带预分类设备，主要用于对接收到的宽带数据进行FFT运算，活动信号检测，并输出相应的处理结果。还具有宽/窄带数据的存储功能(定时、循环、持续三种模式)。宽带数据经DDC处理后转换为多路窄带数据的中频PSD输出。

所述多通道处理设备主要用于从宽带中提取出感兴趣的窄带信号，并通过相应的窄带信号分析算法对信号做进一步分析处理，并把处理的结果存入数据库和发送给监测工作席位。同时对接收到的宽带数据进行记录，为以后的信号提供原始数据。

所述监测工作席位主要实现处理结果的可视化显示、音频放音、数据管理、系统控制等功能。

所述系统控制管理设备按任务计划控制各监测设备、软件模块协调工作，完成监测任务。系统控制管理设备是侦测合一系统的中央控制器，它的功能包括接收任务、解析任务、控制设备、信息处理、数据库管理、检测结果报告等。

接收任务功能是通过网络接收用户的监测任务，内容包括监测的任务名称、任务类型、监测频段、时间范围、感兴趣扇区、工作模式、控守模式、记录模式等，其中任务类型分环境背景检测和异常信号检测；控守模式区分发现异常信号后是否自动控守、识别、记录；记录模式包括记录时间长短、是否记录、记录数据类型。

解析任务功能是接收到用户监测任务后，将任务内容分解，形成相应的工作流程和控制参数，如当前任务是检测某频段的环境背景，解析任务后得到监测接收机控制参数、设备工作流程。

控制设备功能是通过网络控制监测系统协调工作，与监测系统服务器通信，下发监测、接收返回的结果。

信息处理功能是处理监测返回的检测列表，根据工作模式决定是否入库、报警等结果、决定监测工作流程。

数据库管理功能实现查询、添加、修改、保存等工作，提交监测结果、记录结果，设置保存路径。

检测结果报告为一次监测任务完成后提交给用户的结果，包括任务名称、时间、任务其他要素、检测结果、是否有异常报警、记录数据查询回放。

本发明的系统采用基于TCP/IP网络的开放性框架根据监测系统规模的变化，可灵活地在网络上增加各种设备以满足系统的需求。

系统采用流行的IT架构，主要采用IT通用设备，特别是采用了基于GPU技术的超级计算机服务器，解决了分布式计算机处理平台网络传输的瓶颈以及监测系统对运算处理能力要求很高的难题，高性能GPU并行计算，提高运算速度，解决了CPU的计算不能满足实时要求的瓶颈，系统的硬件成本较传统的专用信号处理平台大幅下降，具有更高的性价比。

采用模块化设计思想，系统规模及处理能力易于扩展，可灵活满足用户的不同业务需求。

开放的用户编程接口，支持用户集成其专有的信号处理模块以提升其系统的能力。用户可集成专用信号处理模块主要包含以下几类：通用解调模块、特定信号解调/解码模块、特定信号预分类模块、特定信号检测模块。

系统采用双FFT变换的宽带自动检测技术，对输入原始IQ进行了两次FFT运算，其中一次用于活动信号检测，其中一次用于工作席位频谱显示。此技术的优点在于：宽带活动信号检测和频谱显示互不影响，同时满足了信号检测和频谱显示。

系统自动完成操作员设置的侦察/控守任务是宽带侦测系统发展的一个方向，目前国际领先的侦测系统大多具有较强的自动化处理能力。任务自动化涉及多个关键技术，如预宽带分类技术、通用信号分选技术、特定信号识别/解调/解码技术以及系统资源的动态调度技术；任务的自动化是建立在这些关键技术的突破上。

宽带预分类首先利用接收机连续输出的PSD数据在估计获得噪声基础上完成信号检测、信道合并，并对合并后的信号提取其时间域的统计特征，同时宽带预分类利用检测结果引导信号时频数据和系统已知的modem模型匹配，提取疑似modem信号。检测算法若利用宽带接收机的PSD数据一般具有比较高的频率及时间分辨率，可获得更多信号信息(频率细微特征及时间统计特性)。

宽带预分类结果用于信号进一步的分类、识别，可减少任务自动化对资源的需求，提高任务执行的效率。

本系统建立在宽带及自动化的基础上，系统运行时会产生大量的数据，如宽带原始I/Q、窄带I/Q、分类/识别、解调/解码结果、宽带检测结果等数据。数据库(网络数据库)贯穿于信号截获、信号分析、情报分析、台情整编整个情报处理流程，所以数据库的产生、维护及管理也是非常重要的一项关键技术。

本发明提供一个可面向用户需求定制的，具有高度灵活性、可扩展性和模块化特性的无线电监测系统解决方案，可用于固定、移动、移动平台载体。集信号快速搜索、信号截获、信号识别、宽带记录、离线分析等多种功能于一体，具备未知信号的侦察发现、已知信号的监视告警以及已知信号的截获处理等能力，并支持自动及多种人工交互工作模式，可广泛应用于地方及军队无线电管理部门的频谱监测工作。超短波宽带监测系统可用于宽带频谱监视，对20MHz～3.6GHz频段内信号活动情况进行自动侦察、分类和识别，实现对符合任务要求的特定目标信号快速检测和告警发现。

以上对本发明所提供的用于一种超短波宽带监测系统及方法进行了详尽介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，对本发明的变更和改进将是可能的，而不会超出附加权利要求所规定的构思和范围，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种超短波宽带监测系统，其特征在于：系统包括超短波宽带监测接收机、宽带预分类设备、多通道处理设备、系统控制管理设备、监测工作席位及网络交换机，所述网络交换机分别与超短波宽带监测接收机、宽带预分类设备、多通道处理设备、系统控制管理设备、监测工作席位连接进行数据交互与传输；

所述超短波宽带监测接收机进行多路通道监测，处理宽带中频信号，并对指定频点信号进行模拟解调；

所述宽带预分类设备，主要用于对接收到的宽带数据进行高性能FFT运算、窄信号提取、活动信号检测和宽带频谱处理，并输出相应的处理结果；

所述多通道处理设备主要用于从宽带中提取出感兴趣的窄带信号，并通过相应的窄带信号分析算法对信号做进一步分析处理，并把处理的结果存入数据库和发送给监测工作席位，同时对接收到的数据进行记录，为以后的信号分析提供原始数据；

所述系统控制管理设备按任务计划控制各个监测设备、软件模块，使其协调工作，并完成监测任务；

所述监测工作席位主要实现处理结果的可视化显示、音频放音、数据管理、系统控制功能。

2.根据权利要求1所述的超短波宽带监测系统，其特征在于：所述宽带预分类设备还具有宽/窄带数据的存储功能。

3.根据权利要求1所述的超短波宽带监测系统，其特征在于：所述宽带预分类设备提取的宽带数据经DDC处理后转换为多路窄带数据的中频PSD输出。

4.根据权利要求1所述的超短波宽带监测系统，其特征在于：所述超短波宽带监测接收机可外接GPS天线，所述GPS天线与超短波宽带监测接收机电连接，所述超短波宽带监测接收机、GPS天线为可搬移的系统配件。

5.根据权利要求1所述的超短波宽带监测系统，其特征在于：方法步骤如下,

a.通过宽带检测界面对要求搜索的频段进行设置，并开始搜索扫描，按工作模式分为侦察模式和控守模式；所述侦察模式可以对宽带进行信号搜索，在自动搜索模式下可以对检测到的信号进行自动识别分类；在所述控守模式下不能对宽带进行搜索，也不可以对信号进行自动识别分类，但可以通过提交功能，对单个信号进行深一步的分析与识别；

b.把搜索到的信号结果显示在活动信号列表中，选择感兴趣的信号提交到ITU通道或其他DDC通道中进行深度分析；

c.对提交到ITU通道的信号进行信号分析识别操作，如果分析识别结果为数字调制信号可进行相应解调，获得信号的关键信息；

d.将重点观察的信号提交到重点信号列表中，将不需关注的信号提交到抑制信号列表中，方便在下一次搜索的时候对重点信号进行告警提示，而不需关注的信号则不显示。

6.根据权利要求5所述的超短波宽带监测系统，其特征在于：步骤b中，通过宽带存储和窄带存储功能，可以把信号的音频数据、原始IQ数据、比特流数据存储到本地或者多通道管理设备中，并记录到结果管理中，方便分析信号时查询提取。

7.根据权利要求5所述的超短波宽带监测系统，其特征在于：所述侦察模式的具体工作方法如下，操作员首先设置超短波宽带监测接收机的扫描工作频率范围，系统控制管理设备将其转化为超短波宽带监测接收机的命令参数和系统搜索控制参数，然后根据任务计划中所描述的特征参数启动信号监测任务，经检测算法处理后获得信号活动列表，信号处理模块根据当前信号活动列表以及任务相关的时频特征参数首先剔除不感兴趣的信号，并将结果返回系统控制管理设备，然后顺序发出频点驻留命令到超短波宽带监测接收机，超短波宽带监测接收机收到命令后，获取足够异常信号原始数据，监测工作席位利用这些数据与所设置异常信号的告警条件或背景数据库比对，发现异常信号则实施告警；若提取的信号特征参数和监视任务对应的异常信号告警参数一致，系统发出告警信息，并对确认的异常信号进行上报。

8.根据权利要求5所述的超短波宽带监测系统，其特征在于：所述控守模式的具体工作方法如下，操作员对当前带宽内监测到的信号进行手动深度分析与检测，通过提交到ITU或DDC，在频谱监测界面对信号进行模拟解调、分析识别、数字解调，并且对有价值的信号数据进行存储，方便进一步的离线分析。