CN106405484B - 基于载人飞行器的多功能无线电监测测向系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于载人飞行器的多功能无线电监测测向系统，包括：信号接收模块，用于接收无线电信号；固定频率监测模块，用于测量所述无线电信号的信号参数，并对所述无线电信号进行测向定位，以及实时显示所述无线电信号信号参数和中频频谱图；信号扫描模块，用于对所述无线电信号进行扫描，记录信号背景噪声，建立电磁频谱背景样本，并显示所述无线电信号的最大电平值、最小电平值和平均电平值；信号对比报警模块，用于判断所述无线电信号为已知信号、未知信号或非法信号，若所述无线电信号为未知信号或非法信号，则进行报警。本发明能够从空中进行无线电监测测向，提高了监测范围和检测准确度。

Description

基于载人飞行器的多功能无线电监测测向系统

技术领域

本发明涉及无线电监测测向技术领域，特别是涉及一种基于载人飞行器的多功能无线电监测测向系统。

背景技术

监测测向系统是无线电管理部门的执行频谱管理、干扰信号排查等任务的重要监测工具。目前常见的设备形式包括固定式、车载式和手持式，固定式设备通常建设在较大的铁塔上，监测范围有限，设备昂贵维护成本较高；车载式设备虽然扩大了移动范围，但是在多建筑物的复杂城市环境会降低监测测向的虚警门限，而且在山林等复杂地形，机动车辆难以通过，存在监测盲区；手持式设备通常性能较低，单次监测测向时间长、精度低，监测突发信号较为困难。而且，现有的无线电监测测向系统功能单一，只能简单的进行无线电信号的方位测量，不能对无线电信号进行进一步的分析，难以满足越高越高的无线电监测要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于载人飞行器的多功能无线电监测测向系统，能够从空中进行无线电监测测向，提高了监测范围和检测准确度。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：基于载人飞行器的多功能无线电监测测向系统，包括：

信号接收模块，用于接收无线电信号；

固定频率监测模块，用于测量所述无线电信号的信号参数，并对所述无线电信号进行测向定位，以及实时显示所述无线电信号信号参数和中频频谱图；

信号扫描模块，用于对所述无线电信号进行扫描，记录信号背景噪声，建立电磁频谱背景样本，并显示所述无线电信号的最大电平值、最小电平值和平均电平值；用于根据电磁频谱背景样本获取新信号，并记录所述信号出现的时间电平关系图；

信号对比报警模块，用于判断所述无线电信号为已知信号、未知信号或非法信号，若所述无线电信号为未知信号或非法信号，则进行报警。

所示固定频率监测模块包括：

固定频率测量子模块，用于测量所述无线电信号的信号参数，并实时显示所述无线电信号的中频频谱图；用于以概率分布图显示占用度曲线、占用度微分曲线和信号电平值；用于实时绘制场强趋图；

固定频率测向子模块，用于对所述无线电信号进行测向定位，以及实时显示所述无线电信号的信号参数和中频频谱图；用于绘制角度概率分布图；用于根据设定的报警条件对异常信号进行测向和定位；用于实时绘制场强趋图。

所述无线电监测测向系统还包括：信号特征识别分析模块，用于测量所述无线电信号的信号参数，实时显示单路信号或多路信号频谱图、瀑布图以及时间电平关系图；用于多种数字及模拟调制信号的调制模式识别。

所述无线电监测测向系统还包括：样本管理模块，用于编辑、存储和查询所述电磁频谱背景样本；用于根据输入的查询条件显示样本库坐标图；用于对所述电磁频谱背景样本的频点属性进行修改。

所述无线电监测测向系统还包括：监测任务自定义模块，用于对所辖监测站进行任务管理及参数设置；用于根据设置的监测任务设定参数执行相应任务；用于根据设置的条件对任务进行排序，并用于查询任务队列状态和任务处理情况；用于对任务进行分级管理，低优先级的任务让位于高优先级的任务，高优先级任务完成后自动继续完成低优先级的任务。

所述无线电监测测向系统还包括：数据回放模块，用于根据设置的开始时间和结束时间对相应时段内保存的监测数据进行回放。

所述无线电监测测向系统还包括：监测数据管理模块，用于管理已保存的监测数据，包括删除所述监测数据、将所述监测数据导出形成文件、以及将备份的监测数据导入数据库。

所述无线电监测测向系统还包括：监测数据统计分析模块，用于根据监测数据进行占用度分析、占用度比较、信号强度分析、信号强度比较、空间域分析、频段利用率统计、电磁环境使用情况统计，并生成监测报告；用于测量和计算背景噪声；用于对单个频率或多个频率进行分析，并进行相关性的扫描识别，产生干扰分析结果。

所述无线电监测测向系统还包括：地理信息模块，用于显示监测站、监测数据与地图相关的信息和图形效果；用于显示载有无线电监测测向系统的飞行器的轨迹信息和实时场强分布图。

所述无线电监测测向系统还包括：电磁兼容模块，用于在飞行器的发动机及机载电子设备开机工作时建立开机信号模板，在飞行器的发动机及机载电子设备关机时建立关机信号模板，计算开机信号模板和关机信号模板的差分模板，获得飞行器的发动机及机载电子设备开机时的本机无线电信号辐射模板，根据该本机无线电信号辐射模板处理无线电监测测向系统工作时的监测数据。

本发明的有益效果是：

（1）本发明中无线电监测测向系统挂载于飞行器上，相较于传统的固定式、车载式和手持式监测测向设备，可以更准确地掌握空中电磁环境情况，提高对复杂地理环境和复杂电磁环境的无线电监测能力；而且，由于在高空，可以有效地避免地面起伏和高大建筑物对信号遮挡衰减的影响，大大减弱了复杂地貌环境造成的折射、绕射等改变传播路径的影响，可以有效地提高测向定位结果的准确性，而且对超短波、微波信号的有效监测范围将随升空平台的升高而增大；

（2）本发明具有多种功能，如对无线电信号进行固定频率测量、固定频率测向、频段扫描、离散扫描、信号自动对比分析、信号特征分析识别、数据回放、监测数据统计分析等；

（3）本发明中，在飞行器的发动机及机载电子设备关机时建立关机信号模板，计算开机信号模板和关机信号模板的差分模板，获得飞行器的发动机及机载电子设备开机时的本机无线电信号辐射模板，根据该本机无线电信号辐射模板处理无线电监测测向系统工作时的监测数据，从而达到消除本机电磁辐射的目的。

附图说明

图1为本发明的一个实施例的示意框图；

图2为本发明中干涉仪测向天线阵的示意图；

图3为本发明中机腹下仅安装天线安装架的示意图；

图4为本发明中30MHz～200MHz测向天线阵的安装示意图；

图5为本发明中200MHz-1000MHz测向天线阵和1000MHz-3000MHz测向天线阵的安装示意图；

图中，1-第一偶极子天线，2-第二偶极子天线，3-第三偶极子天线，4-天线安装架，5-第一金属反射盘，6-单极子天线，7-第二金属反射盘。

具体实施方式

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以下所述。

如图1所示，基于载人飞行器的多功能无线电监测测向系统，包括信号接收模块、固定频率监测模块、信号扫描模块、信号对比报警模块、信号特征识别分析模块、样本管理模块、监测任务自定义模块、数据回放模块、监测数据管理模块、监测数据统计分析模块、地理信息模块和电磁兼容模块等。

所述信号接收模块，用于接收无线电信号。信号接收模块为监测测向天线，在本实施例中，监测测向天线为四元正交阵天线，采用干涉仪测向体制，能够有效减轻重量、减小体积。之所以这样设计是因为干涉仪测向方式能将设备制造误差和载体对测向的影响在地面测试中收进存放天线阵响应空间中，从而大大降低设备硬件制作难度，并最大限度消除载体对测向的影响，最终使设备获得很高的测向准确度。

干涉仪测向体制：天线阵是由两个正交线阵组成，最基本的干涉仪测向天线阵由三个偶极子天线组成，如图2所示，第一偶极子天线1、第二偶极子天线2和第三偶极子天线3组成等腰直角三角形，L12垂直于L13。当来波方向为θ时，信号到达三根天线时间不同，因此三根天线所接收到的无线电信号之间会有相位差。第一偶极子天线1和第二偶极子天线2与第一偶极子天线1和第三偶极子天线3之间信号的相位差分别是Φ12和Φ13。通过测量这两个相位差即可计算出被测信号的来波角度。干涉仪测向体制有着测向精度高、测向速度快、测向天线体积小、重量轻、风阻小、取向简单等优点。

所述监测测向天线通过天线安装架安装在飞行器的机腹下，监测测向天线和天线安装架支架采用可拆卸式连接方式，如：监测测向天线扣接在天线安装架上、监测测向天线通过螺纹连接的方式安装在天线安装架上等；在不执行任务时，可将机腹下的监测测向天线取下，仅保留天线安装架在机腹下，如图3所示。

所述监测测向天线包括30MHz-200MHz测向天线阵、200MHz-1000MHz测向天线阵、1000MHz-3000MHz测向天线阵和3GHz-8GHz监测测向天线。

所述30MHz-200MHz测向天线阵由四根带第一金属反射盘的单极子天线6组成，第一金属反射盘5即提高了天线增益，减小了天线及天线阵尺寸，同时还能有效的减小机腹金属机身对测向天线阵的影响，如图4所示。

所述200MHz-1000MHz测向天线阵和1000MHz-3000MHz测向天线阵均由四根带第二金属反射盘7的单极子天线组成，由于天线阵尺寸较小，因此4根天线元共用一个第二金属反射盘7，同时该第二金属反射盘7亦作为天线罩的安装底座使用，如图5所示。

所述固定频率监测模块，用于测量所述无线电信号的信号参数（例如，无线电信号的频率、电平、场强、β带宽、xdB带宽、频偏、调制参数等），并对所述无线电信号进行测向定位，以及实时显示所述无线电信号信号参数和中频频谱图。

所示固定频率监测模块包括固定频率测量子模块和固定频率测向子模块。

所述固定频率测量子模块，用于测量所述无线电信号的信号参数，并实时显示所述无线电信号的中频频谱图；用于以概率分布图显示占用度曲线、占用度微分曲线和信号电平值；用于实时绘制场强趋图；用于二维或三维图形数据显示，将测量结果或分析结果以Word或excel报表的形式输出。

所述固定频率测向子模块，用于对所述无线电信号进行测向定位，以及实时显示所述无线电信号的信号参数和中频频谱图；用于绘制角度概率分布图；用于根据设定的报警条件对异常信号进行测向和定位，报警条件例如:与监测数据比对，判断为非法信号；与监测样本数据库比对（带宽超标、场强超标等），判断为异常信号等；用于实时绘制场强趋图。进行测向定位时，支持固定频率测向功能，能够对单频点进行测向定位（测向带宽、测向时间、测向门限、测向次数等参数可配置），同时可联合监测站对信号进行同步测向，结合电子地图进行联合定位；此外，还能在电子地图上实时绘制示向线，并实时对当前设备的位置进行标注，以及用于将测向结果以Word或excel报表的形式输出。

所述信号扫描模块，用于对所述无线电信号进行扫描，记录信号背景噪声，建立电磁频谱背景样本，并显示所述无线电信号的最大频率值、最小频率值和平均电平值；用于根据电磁频谱背景样本获取新信号，并记录所述信号出现的时间电平关系图。

所述信号扫描模块包括频段扫描子模块和离散扫描子模块。

所述频段扫描子模块，支持全景扫描功能；用于显示所述无线电信号的最大电平值、最小电平值和平均电平值，将其跟监测站库进行对比，对非法信号和异常信号进行自动报警。用于根据电磁频谱背景样本获取新信号，并记录所述信号出现的时间电平关系图（开始时间、结束时间、最大电平及最小电平等），能够进行频谱实时谱、最大谱，三维谱、瀑布谱显示，可实时对当前频段或频率组进行信道时间占用度统计及频段占用度统计，并生成相应符合国家标准要求的报表，以Word或excel文档的方式导出。

所述离散扫描子模块，支持多个频点按设定参数进行离散扫描，用于显示所述无线电信号的最大电平值、最小电平值和平均电平值，将其跟监测站库进行对比，对非法信号和异常信号进行自动报警。用于根据电磁频谱背景样本获取新信号，并记录所述信号出现的时间电平关系图（开始时间、结束时间、最大电平及最小电平等），能够实时测量各信号相关ITU-R参数，具备频谱实时谱、最大谱，三维谱、瀑布谱显示，可实时监测当前频段或频率组的情况，并进行信道时间占用度统计及频段占用度统计，并生成相应的报表，以Word或excel文档的方式导出。

所述信号对比报警模块，用于判断所述无线电信号为已知信号、未知信号或非法信号，若所述无线电信号为未知信号或非法信号，则进行报警，并以声音或颜色标注对应频率。以及根据电磁频谱背景样本获取新信号，并记录所述信号出现的时间电平关系图（开始时间、结束时间、最大电平及最小电平等）。

所述信号特征识别分析模块，用于测量所述无线电信号的信号参数，实时显示单路信号或多路信号频谱图（频域）、瀑布图（时域）以及时间电平关系图（时域）；用于多种数字及模拟调制信号的调制模式识别，包括AM、FM、CW、2FSK、4FKS、ASK、QPSK、BPSK、16QAM等。可实现对脉冲及扩频信号的监测、检测。支持测量及分析结果以Word或excel报表的形式输出。

所述样本管理模块，用于编辑、存储和查询所述电磁频谱背景样本；用于根据输入的查询条件（例如，监测站、年月等）显示样本库坐标图；用于对所述电磁频谱背景样本的频点属性进行修改。

所述监测任务自定义模块，用于对所辖监测站进行任务管理及参数设置，管理监测站点的监测任务，并自动运行；用于根据设置的监测任务设定参数执行相应任务，即监测人员对需要重复执行的监测任务设定相应参数，提交后，无线电监测测向系统可根据时间自动执行任务，因任意原因未完成任务时，进行报警，完成后的监测数据替代未完成的监测数据；用于根据设置的条件对任务进行排序，并用于查询任务队列状态和任务处理情况；支持用户自定义并发监测任务，支持以时分的方式组合多个监测任务，同时可根据硬件资源实现多通道的并发任务；用于对任务进行分级管理，低优先级的任务让位于高优先级的任务，高优先级任务完成后自动继续完成低优先级的任务，因任意原因导致的任务中断，在无人值守时可自动断点接续。

所述数据回放模块，用于根据设置的开始时间和结束时间对相应时段内保存的监测数据进行回放。

所述监测数据管理模块，用于管理已保存的监测数据（实时扫描、分析、监听、测向及样本数据），包括删除所述监测数据、将所述监测数据导出形成文件以便用户进行备份、以及将备份的监测数据导入数据库进行分析回放等，同时可以根据用户设定的数据格式以Word或excel表格的方式导出数据。

所述监测数据统计分析模块，用于根据监测数据进行占用度分析、占用度比较、信号强度分析、信号强度比较、空间域分析、频段利用率统计、电磁环境使用情况统计，并生成满足国家要求的监测报告；用于测量和计算背景噪声，可判断信号的发射，实现对任意时间段、任意频段的信道占用度、频段占用度的统计并以统计三维直方图显示，输出报告内容和格式符合国家有关频谱监测月报占用度测试相关技术规范的要求；满足国家无线电监测中心频谱监测统计报告相关要求，自动完成月报监测和统计工作，生成符合国家月报格式要求的月报表文件；用于对单个频率或多个频率进行分析，具有在线互调干扰分析功能，并进行相关性的扫描识别，产生干扰分析结果。根据监测站站数据库，生成已占用频率报表、未占用频率报表；可查询频率规划情况和查阅已经规划好的频率，可根据用户规定的数据格式以Word或excel表格的方式导出数据。

所述地理信息模块，可实现地图的放大、缩小、移动和地图图层选择等功能，科实时显示高程值及经纬度；用于显示监测站、监测数据与地图相关的信息和图形效果；用于显示载有无线电监测测向系统的飞行器的轨迹信息和实时场强分布图；支持测向示向线显示，具有与数据库连接的能力，可从监测站数据库得到监测站信息并在电子地图上显示监测站，多个监测站联网时显示各监测站位置、测试数据以及交会位置。

所述电磁兼容模块，用于在飞行器的发动机及机载电子设备开机工作时建立开机信号模板，在飞行器的发动机及机载电子设备关机时建立关机信号模板，计算开机信号模板和关机信号模板的差分模板，获得飞行器的发动机及机载电子设备开机时的本机无线电信号辐射模板，根据该本机无线电信号辐射模板处理无线电监测测向系统工作时的监测数据，从而可达到消除本机电磁辐射的目的。

所述无线电监测测向系统还包括电平/场强的门限设置模块：频段/频率表扫描过程中可记录信号背景噪声，建立电磁频谱背景样本，可对其进行编辑、存储和查询。本实施中，提供多种门限设置方法，包括自动计算门限、手工设置单一门限或非连续门限、信道门限设置等，对任意方法设置的门限，可进行统一增加或减少。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.基于载人飞行器的多功能无线电监测测向系统，其特征在于,包括：

信号接收模块，用于接收无线电信号；

固定频率监测模块，用于测量所述无线电信号的信号参数，并对所述无线电信号进行测向定位，以及实时显示所述无线电信号信号参数和中频频谱图；

信号扫描模块，用于对所述无线电信号进行扫描，记录信号背景噪声，建立电磁频谱背景样本，并显示所述无线电信号的最大电平值、最小电平值和平均电平值；用于根据电磁频谱背景样本获取新信号，并记录所述信号出现的时间电平关系图；

信号对比报警模块，用于判断所述无线电信号为已知信号、未知信号或非法信号，若所述无线电信号为未知信号或非法信号，则进行报警；

所述无线电监测测向系统还包括：电磁兼容模块，用于在飞行器的发动机及机载电子设备开机工作时建立开机信号模板，在飞行器的发动机及机载电子设备关机时建立关机信号模板，计算开机信号模板和关机信号模板的差分模板，获得飞行器的发动机及机载电子设备开机时的本机无线电信号辐射模板，根据该本机无线电信号辐射模板处理无线电监测测向系统工作时的监测数据。

2.根据权利要求1所述的基于载人飞行器的多功能无线电监测测向系统，其特征在于,所示固定频率监测模块包括：

固定频率测量子模块，用于测量所述无线电信号的信号参数，并实时显示所述无线电信号的中频频谱图；用于以概率分布图显示占用度曲线、占用度微分曲线和信号电平值；用于实时绘制场强趋图；

固定频率测向子模块，用于对所述无线电信号进行测向定位，以及实时显示所述无线电信号的信号参数和中频频谱图；用于绘制角度概率分布图；用于根据设定的报警条件对异常信号进行测向和定位；用于实时绘制场强趋图。

3.根据权利要求1所述的基于载人飞行器的多功能无线电监测测向系统，其特征在于,所述无线电监测测向系统还包括：信号特征识别分析模块，用于测量所述无线电信号的信号参数，实时显示单路信号或多路信号频谱图、瀑布图以及时间电平关系图；用于多种数字及模拟调制信号的调制模式识别。

4.根据权利要求1所述的基于载人飞行器的多功能无线电监测测向系统，其特征在于,所述无线电监测测向系统还包括：样本管理模块，用于编辑、存储和查询所述电磁频谱背景样本；用于根据输入的查询条件显示样本库坐标图；用于对所述电磁频谱背景样本的频点属性进行修改。

5.根据权利要求1所述的基于载人飞行器的多功能无线电监测测向系统，其特征在于,所述无线电监测测向系统还包括：监测任务自定义模块，用于对所辖监测站进行任务管理及参数设置；用于根据设置的监测任务设定参数执行相应任务；用于根据设置的条件对任务进行排序，并用于查询任务队列状态和任务处理情况；用于对任务进行分级管理，低优先级的任务让位于高优先级的任务，高优先级任务完成后自动继续完成低优先级的任务。

6.根据权利要求1所述的基于载人飞行器的多功能无线电监测测向系统，其特征在于,所述无线电监测测向系统还包括：数据回放模块，用于根据设置的开始时间和结束时间对相应时段内保存的监测数据进行回放。

7.根据权利要求1所述的基于载人飞行器的多功能无线电监测测向系统，其特征在于,所述无线电监测测向系统还包括：监测数据管理模块，用于管理已保存的监测数据，包括删除所述监测数据、将所述监测数据导出形成文件、以及将备份的监测数据导入数据库。

8.根据权利要求1所述的基于载人飞行器的多功能无线电监测测向系统，其特征在于,所述无线电监测测向系统还包括：监测数据统计分析模块，用于根据监测数据进行占用度分析、占用度比较、信号强度分析、信号强度比较、空间域分析、频段利用率统计、电磁环境使用情况统计，并生成监测报告；用于测量和计算背景噪声；用于对单个频率或多个频率进行分析，并进行相关性的扫描识别，产生干扰分析结果。

9.根据权利要求1所述的基于载人飞行器的多功能无线电监测测向系统，其特征在于,所述无线电监测测向系统还包括：地理信息模块，用于显示监测站、监测数据与地图相关的信息和图形效果；用于显示载有无线电监测测向系统的飞行器的轨迹信息和实时场强分布图。