CN105871485A - 网格化集中式航空干扰监测系统及其方法 - Google Patents

网格化集中式航空干扰监测系统及其方法 Download PDF

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CN105871485A
CN105871485A CN201610330807.0A CN201610330807A CN105871485A CN 105871485 A CN105871485 A CN 105871485A CN 201610330807 A CN201610330807 A CN 201610330807A CN 105871485 A CN105871485 A CN 105871485A
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唐林
张波
衡鹏
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Chengdu Fu Lante Electronic Technology Ltd Co
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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B17/00Monitoring; Testing
    • H04B17/30Monitoring; Testing of propagation channels
    • H04B17/309Measuring or estimating channel quality parameters
    • H04B17/345Interference values

Abstract

本发明公开了一种网格化集中式航空干扰监测系统及其方法,系统包括多个信号监测装置、多个VPN路由、至少一个处理服务器和至少一个监测中心,所述的信号监测装置包括接收天线、GPS天线和射频传感器;所述的接收天线接收辐射在空中的电波并发送至射频传感器,GPS天线的输出端也与射频传感器连接,射频传感器对信号进行处理并通过VPN路由发送至处理服务器。本发明为了提高射频传感器的动态范围和接收灵敏度,在混频之后利用模数转换和数字下变频技术,将模拟射频变为数字中频,然后用FPGA芯片实现对数字中频的处理和分析,同时增加天线多路切换端口和GPS处理模块用于减少多径效应和TDOA定位的时钟同步服务,有效降低射频传感器以及整个系统的成本。

Description

网格化集中式航空干扰监测系统及其方法
技术领域
[0001] 本发明设及一种网格化集中式航空干扰监测系统及其方法。
背景技术
[0002] 随着无线电技术在各行各业的越来越广泛地使用,航空机场无线电通信信道已受 到其他无线电信号越来越严重的干扰。运些干扰无处不在,无线电广播、蜂窝电话系统W及 各种不同用途的无线电发射机都可能对空中交通无线电通讯信道造成干扰和阻塞。无线电 干扰对机场的空中交通管制系统也造成巨大的威胁。轻则可W使飞行器改变其原来的航向 或使航班延误而带来巨大的积极损失,重则威胁到飞行器的安全及广大乘客的生命安全。 因无线电信道受到干扰而引起的坠机事件也不时见于报端。"航空干扰检测系统"的重要性 不言而喻。该系统可用于各种地理环境下截获、监测和定位各种频段的无线电干扰源。
[0003] 国内的网格化监测技术还处于全新的发展阶段,而传统的检测系统已经不能满足 社会发展的需求。传统的监测设备W远距离间隔建设若干无线电固定监测站,但是传统的 大型固定监测站和小型监测站等监测手段难W快速完成各项精确的监测任务,特别是对于 一些需要保护的重点区域难W覆盖到,对各种弱功率信号、突发的干扰信号、短持续信号等 更难截获,因此电磁频谱监测系统面临极大的挑战。
[0004] 而今越来越多的无线通信系统想着更高的载波频率、更宽的信号宽带及更低的福 射功率等方向发展,网状化、蜂窝化、局部应用化等应用特征开始逐步显现。
发明内容
[0005] 本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供一种网格化集中式航空干扰监测系 统及其方法。
[0006] 本发明的目的是通过W下技术方案来实现的:一种网格化集中式航空干扰监测系 统包括多个信号监测装置、多个VPN路由、至少一个处理服务器和至少一个监测中屯、,所述 的信号监测装置包括接收天线、GPS天线和射频传感器;所述的接收天线接收福射在空中的 电波并发送至射频传感器,GPS天线的输出端也与射频传感器连接,射频传感器对信号进行 处理并通过VPN路由发送至处理服务器,所述的处理服务器对回传的数据进行处理,处理服 务器与监测中屯、连接;
[0007] 所述的射频传感器包括Ξ个输入端口和一个输出端口,所述的射频传感器包括单 刀双掷开关、逻辑放大器、预选器、混频器、本地振荡器、中频放大器、ADC、FPGA和GPS接收 机;第一接收天线通过第一输入端口与单刀双掷开关的其中一个不动端连接,第二接收天 线通过第二输入端口与单刀双掷开关的另外一个不动端连接,单刀双掷开关的动端与逻辑 放大器的输入端连接,逻辑放大器的输出端与预选器连接,预选器的输出端与混频器的第 一输入端连接,本地振荡器的输出端与混频器的第二输入端连接,混频器的输出端与中频 放大器连接,中频放大器的输出端与ADC连接,ADC的输出端与FPGA连接,GPS天线通过第Ξ 输入端口与GI^接收机连接,GPS接收机与FPGA连接,FPGA的输出端通过输出端口与VPN路由 连接。
[000引所述的FPGA包括DDC、触发器、捕获存储器、FFT和CPU,DDC接收来自ADC输入的信 号,DDC分别与触发器、捕获存储器、FFT连接,触发器、捕获存储器、FFT与CPU连接,所述的 GPS接收机的输出端与CPU连接,CPU的结果处理输出端通过输出端口与VPN路由连接。
[0009] 所述的接收天线为全向天线。
[0010] 所述的接收天线包括套筒和天馈线系统,套筒上设置有射频线缆接口,套筒底部 设置有安装底座;套筒内部中央设置有天线支撑导体管,天馈线系统包括偶极子、功率分配 器、馈电单元和馈线,偶极子沿轴向焊接在天线支撑导体管上,每对偶极子均由两个相对且 间隔设置的振子构成,功率分配器与射频线缆接口连接,功率分配器的输出端连接有至少 两根馈线,每根馈线通过馈电单元连接偶极子中的一个振子。
[0011] 所述的安装底座上还设置有安装孔。
[0012] 所述的天线支撑导体管的上端设置有上支撑件,下端设置有下支撑件。
[0013] 采用所述的一种网格化集中式航空干扰监测系统的方法,包括数据分析与处理步 骤、协同定位调度步骤和信号实时监测步骤;
[0014] 所述的数据分析与处理步骤包括W下子步骤:频段在20MHz~3000MHz,最小扫描 间隔为6.25kHz,经过频谱压缩之后产生的最大频谱数据为:8bitX(3000-20)M/6.2化 = 480kbit,每间隔5分钟进行一次全频段扫描;在得到包括频率、场强、带宽、占用度、音频输 出、单信道(频点)监听监测在内的基础数据的同时,记录下选定频段中重点关注信号出现 的时间、次数、信号基本参数(包括调制类型),并对标准制式信号进行适当的调制分析、信 源解码;另外,所述系统对包括信号持续时间、频率、带宽、功率在内的参数进行统计;
[0015] 处于不同位置的多个监测节点同时接收由目标信号发出的无线信号,各节点将接 收到上述信号的时间传送到处理服务器,处理服务器根据信号到达各基站的时间差异来完 成判定该目标位置的一系列计算,需要满足W下条件:
[0016] (1)通过优化信号处理算法,最大限度抑制多径和非视距路径传播干扰;
[0017] (2)相邻监测节点必须能同时监测同一物理信道的信号,当监测节点不能满足监 测同一个目标信号时,应该通过自动调整邻近监测节点接收机增益的方式给予补偿,W满 足时差定位的要求;
[001引 (3)单个传感器估计信号的T0A即到达时间的化amer-Rao界为:
[0019]
Figure CN105871485AD00061
[0020] 式中,σ,2为时间测量方差,单位是秒平方;E代表信号能量,单位为焦耳;No代表带 宽存在的噪声电平,单位为瓦特/赫兹;β表示信号占据的带宽,单位用弧度表示;
[0021 ] 信号带宽越大越逼近化amer-Rao下界,定位精度越高;
[0022] 最后,把数据通过处理转变为协同定位调度步骤和号实时监测步骤直接使用的监 测信息;
[0023] 所述的协同定位调度步骤包括W下子步骤:
[0024] 步骤a,根据传感器之间是否相邻,确定传感器之间的相邻矩阵,若相邻,矩阵对应 元素为1,否则为0;
[0025] 步骤b,所有传感器对同一感兴趣的信号进行测量,确定每一个传感器测量的信号 能量值;
[0026] 步骤C,依据信号能量的所有测量值的最大值对应的传感器,确定为网格化定位的 中屯、传感器;
[0027] 步骤d,查询相邻矩阵和信号能量值,选择中屯、传感器的相邻传感器的能量测量值 大于口限值的传感器;
[0028] 步骤e,任意选择两个邻近传感器,计算它们与中屯、传感器形成的几何角度,剔除 该角度大于角度口限值的邻近传感器;
[0029] 步骤f,选择中屯、传感器W及保留下来的邻近传感器,确定为网格化监测协同定位 调度的传感器;
[0030] 所述的信号实时监测步骤包括W下子步骤:
[0031] 根据控制指令,设置系统的监测任务;
[0032] 对信号进行实时监测,并获取所述信号的参数及能量历史数据;
[0033] 根据所述监测任务,判断所述信号是否满足预设的条件,若是,则捕获所述信号并 告警;
[0034] 识别捕获信号的种类,若未识别出所述信号,则重新监测所述信号;
[0035] 将所述信号传输至控制中屯、,并根据所述信号的种类将所述信号存储在数据库 中。
[0036] 所述根据传感器之间是否相邻,确定传感器之间的相邻矩阵元素依据如下准确确 定:相邻矩阵为Cnxn,维度为N XN,在N个传感器中,若任意两个传感器存在相邻关系,则相邻 矩阵Cnxn对应的元素为1,否则对应的元素为0。
[0037] 所述的步骤e包括W下子步骤:任意选择两个邻近传感器m和传感器n,计算它们与 中屯、传感器0形成的几何角度ZmOn:
[00;3 引
Figure CN105871485AD00071
[0039] 式中,谅ί、远和/品分别表示中屯、传感器0、传感器m和传感器η之间的几何距离; 剔除集合角度ZmOn大于角度口限值Anglethreshoid的邻近传感器,取135°~150%中屯、传感 器与相邻传感器之间的角度过大,表明它们接近分布在同一直线上,此时定位效果会急剧 恶化。
[0040] 根据控制指令,设置系统的监测任务,所述任务包括信号捕获、信号普查及数据统 计:
[0041] 判断所述信号是否异常,若是,则捕获所述信号并告警,包括:
[0042] (1)若监测任务为信号捕获,则选择告警类型:若告警类型是一般告警,则将监测 到信号的频谱与预先获取的背景频谱进行比较,若所述频谱大于所述背景频谱,则告警并 记录所述信号;若告警类型是过滤告警,则当出现新载波时,判断所述载波是否为合法载 波,若不是合法载波,则告警;若告警类型是指定告警,则当出现达到预设告警频点的信号, 则告警;
[0043] (2)若监测任务为信号普查,设定信号检出条件;
[0044] 根据所述信号检出条件,捜索出频段内所有符合所述检出条件的信号;
[0045] 根据对所述信号的扫描次数和所述信号实际检出的次数的比例,确定所述信号的 占用度。
[0046] 所述的方法还包括一个子步骤:根据信号捕获和信号普查的结果,对数据库中的 数据的日报表、月报表、信号占用度及非法信号进行统计。
[0047] 本发明的有益效果是:
[0048] (1)本发明为了提高射频传感器的动态范围和接收灵敏度,在混频之后利用模数 转换和数字下变频技术,将模拟射频变为数字中频,然后用FPGA忍片实现对数字中频的处 理和分析,同时增加天线多路切换端口和GPS处理模块用于减少多径效应和TD0A定位的时 钟同步服务,可W实现无人值守室外放置,有效降低射频传感器W及整个系统的成本,并可 W满足基本监测功能要求。
[0049] (2)本发明的全向天线全方向、体积小、重量轻、运输方便、设置安装底座,安装方 便、设置射频线缆接口,连接方便快捷。
[0050] (3)通过协同定位调度步骤确定用于网格化定位的最佳传感器,具有两个重要的 优势:一是能够急剧地降低参与定位的传感器数量,实际中可W将参与定位的传感器数量 降低一个数量级,进而简化协同定位的难度。二是能够消除协同定位的不确定性。实际中若 将监测信号弱和监测性能差的传感器应用到协同定位中,不仅不会提高定位精度,还会带 来定位精度的急剧恶化,通过调度方法选择最佳性能的传感器,能够有效地消除协同定位 的不确定性,大幅度提高定位有效性和定位精度。
[0051] (4)本发明还能够实现根据监测任务对信号进行监测捕获、普查及数据统计。
附图说明
[0052] 图1为本发明连接示意图;
[0053] 图2为射频传感器与接收天线连接示意图;
[0054] 图3为接收天线外部结构图;
[0055] 图4为接收天线内部布局图;
[0056] 图5为本发明方法流程图;
[0057] 图中,1-套筒,2-射频线缆接口,3-安装底座,4-安装孔,5-功率分配器,6-馈线,7- 下支撑件,8-偶极子,8.1、8.2-振子,9-馈电单元,10-天线支撑导体管,11 -支撑件。
具体实施方式
[0058] 下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案,但本发明的保护范围不局限于 W下所述。
[0059] 如图1所示,一种网格化集中式航空干扰监测系统包括多个信号监测装置、多个 VPN路由、至少一个处理服务器和至少一个监测中屯、,所述的信号监测装置包括接收天线、 GPS天线和射频传感器;所述的接收天线接收福射在空中的电波并发送至射频传感器,GPS 天线的输出端也与射频传感器连接,射频传感器对信号进行处理并通过VPN路由发送至处 理服务器,所述的处理服务器对回传的数据进行处理,处理服务器与监测中屯、连接;
[0060] 所述的射频传感器包括Ξ个输入端口和一个输出端口,所述的射频传感器包括单 刀双掷开关、逻辑放大器、预选器、混频器、本地振荡器、中频放大器、ADC、FPGA和GPS接收 机;第一接收天线通过第一输入端口与单刀双掷开关的其中一个不动端连接,第二接收天 线通过第二输入端口与单刀双掷开关的另外一个不动端连接,单刀双掷开关的动端与逻辑 放大器的输入端连接,逻辑放大器的输出端与预选器连接,预选器的输出端与混频器的第 一输入端连接,本地振荡器的输出端与混频器的第二输入端连接,混频器的输出端与中频 放大器连接,中频放大器的输出端与ADC连接,ADC的输出端与FPGA连接,GPS天线通过第Ξ 输入端口与GI^接收机连接,GPS接收机与FPGA连接,FPGA的输出端通过输出端口与VPN路由 连接。
[0061] 处理服务器只需要购置现有设备即可,不需要对其软件进行改进,比如华为 畑5885V3服务器。
[0062] 所述的FPGA包括DDC、触发器、捕获存储器、FFT和CPU,DDC接收来自ADC输入的信 号,DDC分别与触发器、捕获存储器、FFT连接,触发器、捕获存储器、FFT与CPU连接,所述的 GPS接收机的输出端与CPU连接,CPU的结果处理输出端通过输出端口与VPN路由连接。
[0063] 触发功能是包括频率触发、电平触发、功率触发等。其基本实现方式是将经过FPGA 处理的数据与通过主控接口输入的触发模板数据进行逐个比较,如果满足设定的触发条 件,则产生触发信号,如果不满足触发条件则一直进行比较,直到主控接口停止触发功能或 者有满足触发条件的信号进行触发。根据进行比较的触发数据的位置的不同,决定触发模 板的不同,决定了触发方式的不同。在触发功能的实现过程当中,在时间上连续的任何一个 信号都会与触发模板数据进行比较,运样就保证了比较数据的无丢失、无缝特性,从而实现 了无丢失触发功能。
[0064] 实时捕获动态存储功能是需要与触发功能配合实现的。捕获存储功能就是将数据 通过FPGA(Field Programmable Gate Array,现场可编程口阵列)接口写入到捕获存储。在 进行触发捕获存储之前要首先通过主控端口设置触发前后的存储深度。当数据不能满足触 发条件时候,数据一直写入到捕获存储中,如果一直没有生成触发信号,写入捕获存储器的 数据一直进行刷新,运些数据在时间上是连续的。如果触发信号生成,则开始向捕获存储器 中写入已经定义的存储深度的数据,写满之后停止写入,运时写入捕获存储器中的满足触 发条件存储深度的数据与捕获存储器中未刷新的数据组成了W满足触发条件信号数据为 分界点的时间上连续的数据。上述过程实现了信号数据的无丢失捕获存储。
[0065] 所述的接收天线为全向天线。
[0066] 所述的接收天线包括套筒1和天馈线系统,套筒1上设置有射频线缆接口 2,套筒1 底部设置有安装底座3;套筒1内部中央设置有天线支撑导体管10,天馈线系统包括偶极子 8、功率分配器5、馈电单元9和馈线6,偶极子的往轴向焊接在天线支撑导体管10上,每对偶极 子8均由两个相对且间隔设置的振子8.1、8.2构成,功率分配器5与射频线缆接口 2连接,功 率分配器5的输出端连接有至少两根馈线6,每根馈线6通过馈电单元9连接偶极子8中的一 个振子8.1、8.2。
[0067] 所述的安装底座3上还设置有安装孔4。
[0068] 所述的天线支撑导体10的上端设置有上支撑件11,下端设置有下支撑件7。
[0069] 如图5所示,采用所述的一种网格化集中式航空干扰监测系统的方法,包括数据分 析与处理步骤、协同定位调度步骤和信号实时监测步骤;
[0070] 所述的数据分析与处理步骤包括W下子步骤:频段在20MHz~3000MHz,最小扫描 间隔为6.25kHz,经过频谱压缩之后产生的最大频谱数据为:8bitX(3000-20)M/6.2化 = 480kbit,每间隔5分钟进行一次全频段扫描;在得到包括频率、场强、带宽、占用度、音频输 出、单信道(频点)监听监测在内的基础数据的同时,记录下选定频段中重点关注信号出现 的时间、次数、信号基本参数(包括调制类型),并对标准制式信号进行适当的调制分析、信 源解码;另外,所述系统对包括信号持续时间、频率、带宽、功率在内的参数进行统计;
[0071] 处于不同位置的多个监测节点同时接收由目标信号发出的无线信号,各节点将接 收到上述信号的时间传送到处理服务器,处理服务器根据信号到达各基站的时间差异来完 成判定该目标位置的一系列计算,需要满足W下条件:
[0072] (1)通过优化信号处理算法,最大限度抑制多径和非视距路径传播干扰;
[0073] (2)相邻监测节点必须能同时监测同一物理信道的信号,当监测节点不能满足监 测同一个目标信号时,应该通过自动调整邻近监测节点接收机增益的方式给予补偿,W满 足时差定位的要求;
[0074] (3)单个传感器估计信号的T0A即到达时间的化amer-I?ao界为:
[0075]
Figure CN105871485AD00101
[0076] 式中,of为时间测量方差,单位是秒平方;E代表信号能量,单位为焦耳;No代表带 宽存在的噪声电平,单位为瓦特/赫兹;β表示信号占据的带宽,单位用弧度表示;
[0077] 信号带宽越大越逼近化amer-Rao下界,定位精度越高;
[0078] 最后,把数据通过处理转变为协同定位调度步骤和号实时监测步骤直接使用的监 测信息;
[0079] 所述的协同定位调度步骤包括W下子步骤:
[0080] 步骤a,根据传感器之间是否相邻,确定传感器之间的相邻矩阵,若相邻,矩阵对应 元素为1,否则为0;具体地:所述根据传感器之间是否相邻,确定传感器之间的相邻矩阵元 素依据如下准确确定:相邻矩阵为Cnxn,维度为N X N,在N个传感器中,若任意两个传感器存 在相邻关系,则相邻矩阵Cnxn对应的元素为1,否则对应的元素为0。
[0081] 步骤b,所有传感器对同一感兴趣的信号s(t)进行测量,确定每一个传感器测量的 信号能量值Ei(i = l,2,…,N):
[0082] Ei = J I Si(t) 12化
[0083] 其中,si(t)表示第i个传感器接收到的信号。
[0084] 步骤C,依据信号能量的所有测量值Ei(i = 1,2,…,N)的最大值Emax:
[0085]
Figure CN105871485AD00102
[0086] 对应的传感器,确定为网格化定位的中屯、传感器0。
[0087] 步骤d,述查询相邻矩阵Cnxn和信号能量值Ei(i = l,2,…,N),选择中屯、传感器0的 相邻传感器的能量测量值大于口限值Ethreshold的传感器,运里能量口限值Ethreshold-般根据 实际测试经验获得,通常取50 %~70 % Emax。
[0088] 步骤e,任意选择两个邻近传感器,计算它们与中屯、传感器形成的几何角度,剔除 该角度大于角度口限值的邻近传感器;所述的步骤e包括W下子步骤:任意选择两个邻近传 感器m和传感器η,计算它们与中屯、传感器0形成的几何角度ZmOn:
[0089]
Figure CN105871485AD00111
[0090] 式中,窃凉和;^分别表示中屯、传感器0、传感器m和传感器η之间的几何距离; 剔除集合角度ZmOn大于角度口限值Anglethreshoid的邻近传感器,取135°~150%中屯、传感 器与相邻传感器之间的角度过大,表明它们接近分布在同一直线上,此时定位效果会急剧 恶化。
[0091] 步骤f,选择中屯、传感器0W及保留下来的邻近传感器,确定为网格化监测协同定 位调度的传感器;
[0092] 所述的信号实时监测步骤包括W下子步骤:
[0093] 根据控制指令,设置系统的监测任务;
[0094] 对信号进行实时监测,并获取所述信号的参数及能量历史数据;
[0095] 根据所述监测任务,判断所述信号是否满足预设的条件,若是,则捕获所述信号并 告警;
[0096] 识别捕获信号的种类,若未识别出所述信号,则重新监测所述信号;
[0097] 将所述信号传输至控制中屯、,并根据所述信号的种类将所述信号存储在数据库 中。
[0098] 根据控制指令,设置系统的监测任务,所述任务包括信号捕获、信号普查及数据统 计:
[0099] 判断所述信号是否异常,若是,则捕获所述信号并告警,包括:
[0100] (1)若监测任务为信号捕获,则选择告警类型:若告警类型是一般告警,则将监测 到信号的频谱与预先获取的背景频谱进行比较,若所述频谱大于所述背景频谱,则告警并 记录所述信号;若告警类型是过滤告警,则当出现新载波时,判断所述载波是否为合法载 波,若不是合法载波,则告警;若告警类型是指定告警,则当出现达到预设告警频点的信号, 则告警;
[0101] (2)若监测任务为信号普查,设定信号检出条件;
[0102] 根据所述信号检出条件,捜索出频段内所有符合所述检出条件的信号;
[0103] 根据对所述信号的扫描次数和所述信号实际检出的次数的比例,确定所述信号的 占用度。
[0104] 所述的方法还包括一个子步骤:根据信号捕获和信号普查的结果,对数据库中的 数据的日报表、月报表、信号占用度及非法信号进行统计。

Claims (10)

1. 一种网格化集中式航空干扰监测系统,其特征在于:包括多个信号监测装置、多个 VPN路由、至少一个处理服务器和至少一个监测中心,所述的信号监测装置包括接收天线、 GPS天线和射频传感器;所述的接收天线接收辐射在空中的电波并发送至射频传感器,GPS 天线的输出端也与射频传感器连接,射频传感器对信号进行处理并通过VPN路由发送至处 理服务器,所述的处理服务器对回传的数据进行处理,处理服务器与监测中心连接; 所述的射频传感器包括三个输入端口和一个输出端口,所述的射频传感器包括单刀双 掷开关、逻辑放大器、预选器、混频器、本地振荡器、中频放大器、ADC、FPGA和GPS接收机;第 一接收天线通过第一输入端口与单刀双掷开关的其中一个不动端连接,第二接收天线通过 第二输入端口与单刀双掷开关的另外一个不动端连接,单刀双掷开关的动端与逻辑放大器 的输入端连接,逻辑放大器的输出端与预选器连接,预选器的输出端与混频器的第一输入 端连接,本地振荡器的输出端与混频器的第二输入端连接,混频器的输出端与中频放大器 连接,中频放大器的输出端与ADC连接,ADC的输出端与FPGA连接,GPS天线通过第三输入端 口与GPS接收机连接,GPS接收机与FPGA连接,FPGA的输出端通过输出端口与VPN路由连接。
2. 根据权利要求1所述的一种网格化集中式航空干扰监测系统,其特征在于:所述的 FPGA包括DDC、触发器、捕获存储器、FFT和CPU,DDC接收来自ADC输入的信号,DDC分别与触发 器、捕获存储器、FFT连接,触发器、捕获存储器、FFT与CPU连接,所述的GPS接收机的输出端 与CPU连接,CPU的结果处理输出端通过输出端口与VPN路由连接。
3. 根据权利要求1所述的一种网格化集中式航空干扰监测系统,其特征在于:所述的接 收天线包括套筒(1)和天馈线系统,套筒(1)上设置有射频线缆接口(2),套筒(1)底部设置 有安装底座(3);套筒(1)内部中央设置有天线支撑导体管(10),天馈线系统包括偶极子 (8)、功率分配器(5)、馈电单元(9)和馈线(6),偶极子(8)沿轴向焊接在天线支撑导体管 (10)上,每对偶极子(8)均由两个相对且间隔设置的振子(8.1,8.2)构成,功率分配器(5)与 射频线缆接口(2)连接,功率分配器(5)的输出端连接有至少两根馈线(6),每根馈线(6)通 过馈电单元(9)连接偶极子(8)中的一个振子(8.1,8.2)。
4. 根据权利要求3所述的一种网格化集中式航空干扰监测系统,其特征在于:所述的安 装底座(3)上还设置有安装孔(4)。
5. 根据权利要求3所述的一种网格化集中式航空干扰监测系统,其特征在于:所述的天 线支撑导体管(10)的上端设置有上支撑件(11),下端设置有下支撑件(7)。
6. 如权利要求1~5中任意一项所述的一种网格化集中式航空干扰监测系统的方法,其 特征在于:包括数据分析与处理步骤、协同定位调度步骤和信号实时监测步骤; 所述的数据分析与处理步骤包括以下子步骤:频段在20MHz~3000MHz,最小扫描间隔 为6.25kHz,经过频谱压缩之后产生的最大频谱数据为:8bit X (3000-20)M/6.25k = 480kbit,每间隔5分钟进行一次全频段扫描;在得到包括频率、场强、带宽、占用度、音频输 出、单信道(频点)监听监测在内的基础数据的同时,记录下选定频段中重点关注信号出现 的时间、次数、信号基本参数(包括调制类型),并对标准制式信号进行适当的调制分析、信 源解码;另外,所述系统对包括信号持续时间、频率、带宽、功率在内的参数进行统计; 处于不同位置的多个监测节点同时接收由目标信号发出的无线信号,各节点将接收到 上述信号的时间传送到处理服务器,处理服务器根据信号到达各基站的时间差异来完成判 定该目标位置的一系列计算,需要满足以下条件: (1) 通过优化信号处理算法,最大限度抑制多径和非视距路径传播干扰; (2) 相邻监测节点必须能同时监测同一物理信道的信号,当监测节点不能满足监测同 一个目标信号时,应该通过自动调整邻近监测节点接收机增益的方式给予补偿,以满足时 差定位的要求; (3 )单个传感器估计信号的TOA即? IH大时问的rramAr-Ra〇界为:
Figure CN105871485AC00031
式中,< 为时间测量方差,单位是秒平方;E代表信号能量,单位为焦耳;No代表带宽存在 的噪声电平,单位为瓦特/赫兹;β表示信号占据的带宽,单位用弧度表示; 信号带宽越大越逼近Cramer-Rao下界,定位精度越高; 最后,把数据通过处理转变为协同定位调度步骤和号实时监测步骤直接使用的监测信 息; 所述的协同定位调度步骤包括以下子步骤: 步骤a,根据传感器之间是否相邻,确定传感器之间的相邻矩阵,若相邻,矩阵对应元素 为1,否则为〇; 步骤b,所有传感器对同一感兴趣的信号进行测量,确定每一个传感器测量的信号能量 值; 步骤c,依据信号能量的所有测量值的最大值对应的传感器,确定为网格化定位的中心 传感器; 步骤d,查询相邻矩阵和信号能量值,选择中心传感器的相邻传感器的能量测量值大于 门限值的传感器; 步骤e,任意选择两个邻近传感器,计算它们与中心传感器形成的几何角度,剔除该角 度大于角度门限值的邻近传感器; 步骤f,选择中心传感器以及保留下来的邻近传感器,确定为网格化监测协同定位调度 的传感器; 所述的信号实时监测步骤包括以下子步骤: 根据控制指令,设置系统的监测任务; 对信号进行实时监测,并获取所述信号的参数及能量历史数据; 根据所述监测任务,判断所述信号是否满足预设的条件,若是,则捕获所述信号并告 警; 识别捕获信号的种类,若未识别出所述信号,则重新监测所述信号; 将所述信号传输至控制中心,并根据所述信号的种类将所述信号存储在数据库中。
7. 根据权利要求6所述的方法,其特征在于:所述根据传感器之间是否相邻,确定传感 器之间的相邻矩阵元素依据如下准确确定:相邻矩阵为C NXN,维度为NXN,在N个传感器中, 若任意两个传感器存在相邻关系,则相邻矩阵CNXN对应的元素为1,否则对应的元素为0。
8. 根据权利要求6所述的方法,其特征在于:所述的步骤e包括以下子步骤:任意选择两 个邻近传感器m和传感器η,计算它们与中心传感器0形成的几何角度ZmOn:
Figure CN105871485AC00041
式中,&、&和^分别表示中心传感器0、传感器m和传感器η之间的几何距离;剔除 集合角度ZmOn大于角度门限值Anglethreshcid的邻近传感器,取135°~150° ;中心传感器与 相邻传感器之间的角度过大,表明它们接近分布在同一直线上,此时定位效果会急剧恶化。
9. 根据权利要求6所述的方法,其特征在于:根据控制指令,设置系统的监测任务,所述 任务包括信号捕获、信号普查及数据统计: 判断所述信号是否异常,若是,则捕获所述信号并告警,包括: (1) 若监测任务为信号捕获,则选择告警类型:若告警类型是一般告警,则将监测到信 号的频谱与预先获取的背景频谱进行比较,若所述频谱大于所述背景频谱,则告警并记录 所述信号;若告警类型是过滤告警,则当出现新载波时,判断所述载波是否为合法载波,若 不是合法载波,则告警;若告警类型是指定告警,则当出现达到预设告警频点的信号,则告 警; (2) 若监测任务为信号普查,设定信号检出条件; 根据所述信号检出条件,搜索出频段内所有符合所述检出条件的信号; 根据对所述信号的扫描次数和所述信号实际检出的次数的比例,确定所述信号的占用 度。
10. 根据权利要求6所述的方法,其特征在于:还包括一个子步骤:根据信号捕获和信号 普查的结果,对数据库中的数据的日报表、月报表、信号占用度及非法信号进行统计。
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