CN107333284A - 一种无线电监测站点覆盖范围评估分析系统及方法 - Google Patents

一种无线电监测站点覆盖范围评估分析系统及方法 Download PDF

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CN107333284A CN201710519077.3A CN201710519077A CN107333284A CN 107333284 A CN107333284 A CN 107333284A CN 201710519077 A CN201710519077 A CN 201710519077A CN 107333284 A CN107333284 A CN 107333284A
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Abstract

本发明涉及无线通信技术领域，具体为一种无线电监测站点覆盖范围评估分析系统及方法，其包括覆盖分析子系统、GIS地理信息管理子系统、标准发射子系统、路测子系统、台站管理子系统和数据管理子系统，该系统能对已建无线电监测站点的覆盖能力进行科学、客观的直观评估，同时对于拟建站点提供预测覆盖分析，科学规划建站建议。

Description

一种无线电监测站点覆盖范围评估分析系统及方法
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，具体而言，涉及一种无线电监测站点覆盖范围评估分析系统及方法。
背景技术
无线电监测站点是无线电管理工作的基本技术手段，在频率的规划指配、电磁环境监测、无线电干扰查处等方面提供技术支持，其监测覆盖范围决定监测站建设规模的关键因素。同时工业和信息化部出台的相关规划文件明确要求各类无线电监测站点应具备的监测覆盖能力，因此需建立一套科学、客观的监测覆盖情况预测评估方法系统，以确保无线电监测管理工作的良性发展，规划和完善各类无线电监测站点建设验收标准、以及统一监测覆盖评估体系方法，从而提高无线电监测网的覆盖效率。
影响无线电监测站覆盖范围的因素：监测系统参数、电波传播损耗和无线电发射源参数。监测系统参数主要包括固定参数监测系统灵敏度和变化参数、天线高度以及天线增益等；影响监测站覆盖区域的无线电发射源参数包括发射源的发射功率、天线增益和天线高度等。可以认为估算监测范围是估算无线电发射覆盖半径的一个逆过程，预测无线电固定监测站的监测范围，需要对无线电波的传播损耗进行计算。目前，电磁波传播模型大致分为基于解析方程的理论模型、基于数值计算的数值模型和基于实测数据的统计模型三种。理论模型一般是根据经典的电磁波传播方程Maxwell方程组或经典的几何传播反射、漫反射和绕射等建立的模型，描述了电磁波传播的基本物理规律，距离实际应用还有一定差距。基于数值计算的数值模型是将解析模型进行数值化解算，便于计算机处理，其结果与解析模型相比并无实质性差别。基于实测数据的统计模型是在大量电磁信号实测的基础上，经过统计分析和处理，给出传播特性的计算公式而建立的电磁波传播模型。但无线传播环境各异，单靠模型预测和评估覆盖范围，其效果和准确度相对较差，故需要引入标准发射系统对路测，结合路测数据进行模型的修正，最终获得符合当前区域的实际无线传播环境模型，可较准备的预测结果。
目前国内开展无线电监测站点的覆盖范围评估工作较少，新建站点验收方式亦不统一，同时在电波传播预测模型、路测方案以及最终的数据修正方面各家差异较大，导致覆盖范围结果参差不齐。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无线电监测站点覆盖范围评估分析系统及方法，本申请解决了无线电监测站点的监测覆盖范围分析问题，用于对已建站点或拟建站点的覆盖评估，有利于基于数据的方式进行站点维护和科学建站。
本发明是这样实现的：
一种无线电监测站点覆盖范围评估分析系统，包括：
覆盖分析子系统，所述覆盖分析子系统用于获取监测系统参数、电波传播损耗和无线电发射源参数，并根据获取的参数进行建模和分析；
GIS地理信息管理子系统，所述GIS地理信息管理子系统包括二维/三维电子地图模块和地图信息调用模块该GIS地理信息管理子系统用于传播模块建立、路测路线规划、发射点确定、场强区域分布显示、监测站点管理、无线电台站管理、查询功能和GPS轨迹数据管理；
标准发射子系统，所述标准发射子系统包括信号源、功率放大器、全向发射天线和GPS定位装置，该标准发射子系统通过覆盖20MHz-6GHz任一频点信号，并通过功放放大后产生1W/3W/5W/10W功率等级的EIRP功率，为路测子系统提供标准的发射源；
路测子系统，所述路测子系统包括标准发射模块、无线电检测模块、RMTP监测网协议模块、专用监测传输网络和GIS三维电子地图模块，该路测子系统通过无线电监测系统的监测功能获取标准发射子系统信号场强，结合地图信息和GPS轨迹最终得到监测站点的实际覆盖信息；
台站管理子系统，所述台站管理子系统包括无线电监测站点管理模块、无线电台站管理模块、台站数据库调用模块和虚拟站点管理模块，该台站管理子系统用于确定发生干扰时快速排查和去除合法台站位置，减少确定干扰位置的时间；
数据管理子系统，所述数据管理子系统用于进行数据存储、数据调用、数据压缩、数据加密和数据属性定义。
进一步的，在本发明最优选的实施例中，所述覆盖分析子系统还包括ITU-R.P1546传播模型计算模块、虚拟建站功能模块、等值线场强预测计算模块、场强覆盖计算功能模块、基于路测数据的覆盖模型修正模块、监测组网区域覆盖分析模块、典型业务管理模块；
所述ITU-R.P1546传播模型计算模块用于提供30MHz-3000MHz频段地面业务的场强预测建议书，建议书包括在不同发射功率、频率、天线高度、传输距离下对场强进行内插/外推法的修正公式，利用修正公式以获得不能从已提供的曲线直接读出的发射频率在30MHz-3000MHz、传播距离为1km～1000km范围的任意场强值；
所述虚拟建站功能模块用于多种电波传播模型和三维电子地图实现任一频率的自动计算，并绘制不同功率等级下的场强覆盖态势图；
所述等值线场强预测计算模块用于自动计算和绘制不同业务频率在不同发射功率等级下的等值线，形成边界区域；
所述场强覆盖计算功能模块用于结合二维电子地图将模型绘制的场强覆盖图显示在地图中，并实现特定无线电台的监测网监测覆盖能力显示、计算监测站点/监测网的覆盖面积及地域覆盖率、任意显示或隐藏监测站点覆盖图、同时增加或删除监测站点数量、不同参数下的覆盖图自动对比、调用本地台站数据库、查看某类无线电台监测情况、统计对各类台站的监测覆盖率、利用地图建立重点监测区域、地图上任意位置的定点场强计算的功能；
所述基于路测数据的覆盖模型修正模块用于采用网络规划中普遍应用的标准宏小区模型进行优化；
所述监测组网区域覆盖分析模块利用各无线电监测站点的覆盖分析图获得当前整个区域的组网覆盖情况，并利用二维电子地图的无线电监测站点管理功能，获取此区域最大场强对应的监测站点，得到监测网的覆盖深度指标；
所诉典型业务管理模块等功能模块用于重点监测应用以提供快速监测覆盖统计。
一种无线电监测站点覆盖范围评估分析方法，包括以下步骤：
S1：在加载的三维电子地图上标记需模拟建站的站点，包括站点名称、站点高度、站点位置信息、天线类型及增益和标称监测灵敏度；
S2：设置要模拟的站点业务参数，所述站点业务参数包括业务频段/频点、发射端高度信息、地理信息、EIRP功率等级和发射带宽；
S3：在三维地图中以监测站点为中心按照预设角度绘制射线，在每条射线上虚拟建立多个发射源；
S4：利用ITU-R.P1546算法计算此发射源在监测站点位置的监测值，同时不断在该条射线上向外侧计算；
S5：直到计算值小于监测接收灵敏度时，结合上一个值找到灵敏度等值线的终点，即此条射线计算完成；
S6：重复S3至S6，完成所有射线的等值线点，并连接所有的点形成功率等值线曲线；
S7：调整其它业务参数，所述其他业务参数包括频率和EIRP功率，绘制出不同业务条件下的其它功率等值线曲线；
S8：将各条功率等值线内的其它射线细分点，将监测值近似相等的点相连形成多个边界区域，并通过颜色渐变区分场强强弱，形成场强覆盖图；
S9：基于二维电子地图展示模拟的监测站点场强覆盖范围。
进一步的，在本发明最优选的实施例中，在以实际的路测数据进行场强覆盖范围评估时，则使用路测系统功能，具体包括以下步骤：
S101：路测前准备：发射子系统参数规划设置、GPS天线、网络传输工具、RMTP监测网协议、监测站点信息；
S102：行车路线规划：依据三维电子地图选择至少一条主干道道路，按照李氏定律制定行车速度和行车路程，依据发射系统EIRP功率及监测系统灵敏度反推，并确定灵敏度功率等值线区域；
S103：实测数据采集：启动路测车上的发射系统，开启GPS定位装置，按照预设的车速在规划的道路上行进，同时控制发射系统和监测系统按照一定的时间间隔记录监测数据、发射时间和获取时间，直到采集完成所有的道路；
S104：同步完成数据采集：选择控制发射系统发射不同业务的信号要求，一次路测完成多个业务要求的数据，亦可单独重复路测其它业务；
S105：路测数据处理：在路测数据里去除重复的数据，去除没有经纬度或经纬度出现漂移的数据，将路测数据和GPS数据结合并导入系统，形成可以在地图上展现的数据格式；
S106：实测数据展示：处理后的数据可以按照预设的规则展现在地图上，将每个路测点的数据都绘制在地图上；
S107：利用实测数据绘制监测站点覆盖范围，设置门限，按照路测数据推测出多个接近或等于接收灵敏度的点，把这些点连接起来，绘制一个实测覆盖范围，并将这个实测覆盖范围与计算的覆盖范围作对比。
进一步的，在本发明最优选的实施例中，若需基于路测数据修正ITU-R.P1546预测计算模型，则使用预测模型修正的方法，其具体包括如下步骤：
S201：将GPS数据和监测站数据进行分析，得到监测站每一时刻的接收信号平均场强值Prx、发射机的有效辐射功率Ptx、发射系统与监测站的距离d、发射系统所在地面上的高度Hms、监测站天线的有效高度Heff、衍射损耗diffn、地物损耗因子Clutter_Loss；
S202:读取步骤S201所述测试数据：接收信号平均场强值Prx、发射机的有效辐射功率Ptx、发射系统与监测站的距离d、发射系统所在地面上的高度Hms、监测站天线的有效高度Heff、衍射损耗diffn、地物损耗因子Clutter_Loss，并进行校正计算。
进一步的，在本发明最优选的实施例中，ITU-R.P1546-5场强预测具体实施方法包括：
S301：确定第一传播类型、第二传播类型和第三传播类型分别为陆地、冷海或暖海传播路径的类型，如果是混合路径，则确定可认为是第一传播类型和第二传播类型的两种路径类型的结合，如果路径可由单独一种类型表示，则可将它看做第一传播类型；
S302：确定两种标称时间百分比；
S303：确定两种标称频率；
S304：确定低端和高端标称距离；
S305：对于第一传播类型，按S306至S311进行；
S306：对于低端标称时间百分比，按S307至S310进行；
S307：对于低端标称频率，按S308和S309进行；
S308：对于所需距离d和发射/基站天线高度h1，对大地上方代表性散布物高度R处的接收/移动台天线得到超出50％位置点的场强：
S309：若所需频率与低端标称频率不相符，则对高频标称频率重复S308，并对两个场强进行内插或外推；
S310：若所需时间百分比与低端标称时间百分比不相符，则对高端标称时间百分比重复S307至S309，并对两个场强进行内插；
S311：若对混合路径做预测，对于每一传播类型的路径要求采用S306至S310；
S312：若果可得到邻近陆地的接收/移动台天线上地形净空角方面的信息，则在接收机/移动装置上校正地形净空角的场强；
S313：计算由散射引起的场强的估计值，并取E和Ets的最大值；
S314：校正接收/移动台天线高度h2的场强；
S315：若发射/基站终端周围存在杂波，则修正其效应；
S316：对斜径进行修正；
S317：若给出了小于1公里路径，则需要遵循用于d＝1km的S301至S316；
S318：若对邻近陆地的接收/移动台天线要求得到不是50％位置百分比的场强，则校正所需位置百分比的场强；
S319：将得到的场强限制于预设的最大值上，若对小于50％时间百分比已做出混合路径的场强计算，则需要通过在所有陆地场强值与所有海面场强值之间进行线性内插以计算最大场强值，这由下面的公式给出：
Emax＝Efs+dsEse/dtotal dB(V/m)
S320：将场强转换成路径的等效基本传输损耗。
进一步的，在本发明最优选的实施例中，在S302中包括：
所需的时间百分比>1和<10，此时低端和高端的标称时间百分比分别为1％和10％；
所需的时间百分比>10和<50，此时低端和高端的标称时间百分比分别为10％和50％；
若所需时间百分比等于1％、10％或50％，则该值可看做是低端标称时间百分比，而不需要S310的内插处理。
进一步的，在本发明最优选的实施例中，在S303中还包括：
所需频率<600MHz时，低端和高端频率分别为100MHz和600MHz；
所需频率<600MHz时，低端和高端频率分别为600MHz和2 000MHz；
如果所需频率等于100或600或2 000MHz，则该值可看做是低端标称频率，而不需要S309内的内插/外推处理。
进一步的，在本发明最优选的实施例中，在S308中包括：
对于小于10m的发射/基站天线高度h1，则确定所需高度和距离处的场强。
进一步的，在本发明最优选的实施例中，其具体还包括：
S381：确定低端和高端标称高度h1的值，如果h1值与标称值10、20、37.5、75、150、300、600或1200m中任意一个值相符，则该值应看做是低端标称高度值h1，而不需要内插处理；
S382：对于低端标称值h1，按S383至S385进行；
S383：对于低端标称距离值，按S384进行；
S384：对于所需距离d和发射/基站天线高度h1，对代表性散布物高度R处的接收/移动台天线得到超出50％位置点的场强；
S385：如果所需距离与低端标称距离不相符，则对高端标称距离重复S384，并对该距离上的两个场强进行内插；
S386：如果所需发射/基站天线高度h1不符合任一个标称值，则重复S383至S385，并对h1进行内插/外推。
本发明的有益效果是：
(1)本发明能对已建站点或拟建站点进行覆盖评估，以实现基于数据的方式进行站点维护和科学建站；
(2)本申请能给出不同地形的典型障碍物高度，对接收天线高度给出更加准确的修正方法，并能利用内插、外推的方法得到任意路径下的电波传播损耗；
(3)本申请具备在60GHz频率范围内满足多个功率等级的EIRP功率输出，且本申请还包括GPS功能，能确保任何输出信息与GPS时间进行标记；
(4)能基于三维电子地图的无线电监测应用，更加真实地反映电磁频谱态势显示；
(5)能基于GPS时间信息同步发射子系统和监测系统的数据，支持同步和异步的数据处理，能运用数学模型获取各种等级下的场强区域。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明无线电监测站点覆盖范围评估分析系统的结构框图；
图2为本发明无线电监测站点覆盖范围虚拟建站的流程图；
图3为本发明同步数据获取流程图；
图4为本发明异步数据获取流程图；
图5为本发明基于路测数据的模型优化流程图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
实施例，请参阅图1所述，一种无线电监测站点覆盖范围评估分析系统，包括：覆盖分析子系统10、GIS地理信息管理子系统20、标准发射子系统30、路测子系统40、台站管理子系统50和数据管理子系统60。
具体地，所述覆盖分析子系统10包括：ITU-R.P1546传播模型计算模块、虚拟建站功能模块、等值线场强预测计算模块、场强覆盖计算功能模块、基于路测数据的覆盖模型修正模块、监测组网区域覆盖分析模块、典型业务管理模块等功能模块。
所述ITU-R.P1546传播模型计算模块包括ITU-R P.1546建议书，ITU-R P.1546建议书给出了30MHz-3000MHz频段地面业务的场强预测方法，该建议书在实测数据的基础上给出了在100MHz、600MHz和2000MHz频点有效发射功率为1kW的发射源在某些发射天线高度、接收天线高度、传播路径类型、时间概率以及地点概率条件下的电波传播曲线，共计24张曲线图。该建议书还给出了在不同发射功率、频率、天线高度、传输距离下对场强进行内插/外推法的修正公式，利用修正公式可以获得不能从已提供的曲线直接读出的发射频率在30MHz-3000MHz、传播距离为1km～1000km范围的任意场强值。该预测方法应用的附加信息和方法主要包括最大场强值、决定发射天线高度h1、在距离轴上基于内插法计算场强、在频率域上基于内插/外插法计算场强、在时间域上基本内插法计算场强、混合路径场强计算、参考接收天线高度及其他高度修订、地面间隙角修订、陆地区域预测点分布以及建议使用的操作步骤等内容；
所述虚拟建站功能模块主要针对基于各种电波传播模型和三维电子地图实现任一频率的自动计算并绘制不同功率等级下的场强覆盖态势图，利用此功能可实现无线电监测站点建站前期的基本评估，指导实际建站。所建立的虚拟站能够实现所有已建站相同的覆盖分析，利用位置信息或通过鼠标点击的方式在地图上随意规划建立、删除和修改任意新的监测站；所建立的虚拟站可以使用某一现有监测站的设备信息作为模板，可以利用传播模型计算虚拟站对某种无线电台的覆盖；支持圆形建站模拟，自动计算合适数量的台站进行填充；支持多边形建站模拟，可以实现对任意多边形区域的覆盖进行建站模拟，能够统计增加新的监测站后整个监测网的地域覆盖率、台站覆盖率及对重点区域的覆盖率；对于针对虚拟站生成的覆盖图，可以在绘制后移动虚拟站，帮助确定虚拟站的最佳建立位置；
所述等值线场强预测计算模块可自动计算和绘制不同业务频率在不同发射功率等级下的等值线，形成边界区域，具体操作如下：第一步，以无线电监测站为中心，按角度向四周画无数条射线；第二步，取出其中一条射线，然后从监测站开始，每隔一个固定距离建立一个典型业务的发射源，使用ITU-R P.1546算法计算此发射源在监测站位置的监测值，并记录此值；第三步，不断向外侧进行计算，当计算值小于接收灵敏度的时候，结合上一个值，找到等于接收灵敏度所在的点，记录此点，此条射线的计算完毕；第四步，将所有射线按照此方法都计算出等于接收灵敏度所在的点，把这些点连接起来就形成了发射功率等值线；第五步，按照等值线计算的射线细分点，将相邻射线的点相连，形成一个个小多边形，依据场强值进行颜色填充，形成场强覆盖图；
所述场强覆盖计算功能模块用于结合二维电子地图将模型绘制的场强覆盖图显示在地图中，可进一步实现如下功能：特定无线电台的监测网监测覆盖能力显示；计算监测站点/监测网的覆盖面积及地域覆盖率；任意显示或隐藏监测站点覆盖图，同时增加或删除监测站点数量；不同参数下的覆盖图自动对比；调用本地台站数据库，查看某类无线电台监测情况，同时统计对各类台站的监测覆盖率；利用地图建立重点监测区域，比如机场、边境；地图上任意位置的定点场强计算；
所述基于路测数据的覆盖模型修正模块采用网络规划中普遍应用的标准宏小区模型进行优化，请参阅附图5所示，模型公式如下：Prx＝Ptx-Ploss；
其中：
Ploss＝K1+K2×log(d)+K3×Hms+K4×log(Hms)+K5×log(Heff)+K6×log(Heff)×log(d)+K7×diffn+Clutter_Loss
Prx：接收机的接收信号场强(dBm)；
Ptx：发射机的有效辐射功率(dBm)；
Ploss：路径损耗(dB)；
d：基站与移动台之间的距离(km)；
Hms：移动台所在地面上的高度(m)；
Heff：基站天线的有效高度(m)；
Diffn：使用Epstein Peterson、Deygout或Bullington等效刃形衍射方法计算的衍射损耗；
K1&K2：截距和斜率，这些因子对应于一个固定偏移量和基站与移动台之间距离的对数值的Multiplying Factor；
K3：移动天线的高度因子，该参数通常应该为移动台天线的有效高度；
K4：Hms的Okumura-Hata的Multiplying Factor；
K5：有效天线高度增益因子，这是有效天线高度log值的Multiply Factor；
K6：log(Heff)×log(d)因子，这是log(Heff)×log(d)值的Okumura-Hata类型的Multiplying Factor；
K7：衍射系数，这是衍射计算的Multiplying Factor值；
Clutter_Loss：地物损耗因子；
详细的修正校准方法如下：首先是数据分析，将GPS数据和监测站数据进行分析，得到监测站每一时刻的接收信号平均场强值Prx、发射机的有效辐射功率Ptx、发射系统与监测站的距离d、发射系统所在地面上的高度Hms、监测站天线的有效高度Heff、衍射损耗diffn、地物损耗因子Clutter_Loss等信息。然后开始进行校正计算，具体算法如下：
步骤一:读取一组测试数据：Ptx、Prx、d、Hms、Heff、diffn、Clutter_Loss；
步骤二:令yn＝Ptx-Prx；xn＝[log(d),Hms,log(Hms),log(Heff)],log(Heff)×log(d),diffn,Clutter_Loss；
步骤三:将xn、yn，代入公式，进行递推计算，得到βn；
步骤四:读取下一组测试数据，若无测试数据则转步骤五，否则转步骤二；
步骤五:用模型公式，系数为递推计算得到的βn＝(K1，K2，K3，K4，K5，K6，K7)，结合实际测试数据计算均方差；若均方差<8，则算法结束，用βn去替换模型公式中的各个K值，得到的公式即为校正后的模型；若均方差≥8，则需使用其他实际测试数据继续校正，即转步骤一。
所述监测组网区域覆盖分析模块，利用各无线电监测站点的覆盖分析图可以得到当前整个区域的组网覆盖情况，主要利用二维电子地图的无线电监测站点管理功能，系统自动对各站点间重复覆盖区域进行计数和比对，获取此区域最大场强对应的监测站点，得到监测网的覆盖深度指标，其中，监测覆盖深度：是指监测网对某一区域的重叠覆盖层数，如果监测网中有K个站点能够覆盖该区域，则该区域的监测覆盖深度就为K。同时可按照工信部要求对各种EIRP功率等级下的发射源进行全网覆盖分析，得到监测覆盖率指标，其中，监测覆盖率：在特定地理空间区域内，监测覆盖区域面积与区域总面积的比值。为便于实际测试评估，参考移动通信中“通信概率”的概念，可以通过以下公式来近似表述：满足有效场强测量和有效频谱分析要求的采样测试点数/总采样测试点数×100％；
所述型业务管理模块，基于此本模块支持典型业务的规划配置功能，如常规的集群专网通信业务、民航通信业务、公网通信业务、雷达通信业务、卫星通信业务。同时在相应业务下还具备实际台站的管理功能，主要包括台站GPS位置信息、设台基本信息、台站基本参数等，便于重点监测应用提供快速监测覆盖统计。
所述GIS地理信息管理子系统20，主要包括二维/三维电子地图的基本操作功能和地图信息调用功能。基本操作功能如地图的放大、缩小、平移、定位和绘制功能；地图信息调用功能如覆盖区域内的海拔高度、建筑物高度、地形地貌等信息的获取，场强绘制所需的地图接头等信息。本发明采用三维电子地图进行传播模型建立、路测路线规划及发射点确定，二维电子地图主要进行场强区域分布显示、监测站点管理、无线电台站管理、查询功能、GPS轨迹数据管理等。
所述标准发射子系统30由信号源、功率放大器、全向发射天线、GPS组成，通过建立标准的发射源，覆盖20MHz-6GHz任一频点信号产生，通过功放放大后产生1W/3W/5W/10W功率等级的EIRP功率，为路测子系统40提供标准的源，而GPS确保监测系统采集到的信号电平在时间与发射源同步，便于发射和接收同一时刻数据计算。为便于路测过程有效实施，标准发射系统集成于车中，切采用功率计进行溯源校准。
所述路测子系统40由标准发射模块、无线电监测模块、RMTP监测网协议模块、专用监测传输网络模块、GPS定位装置、GIS三维电子地图共同完成，主要是通过无线电监测模块的监测功能获取标准发射子系统30信号场强，结合地图信息和GPS轨迹最终得到监测站点的实际覆盖信息。详细过程如下：第一步，规划最大边缘点位置，利用三维电子地图、无线电监测站点技术参数采用ITU-R.P1546传播模型获取路测频点和功率等级下的等值线场强，规划路测边缘位置区域；第二步：测试路线和移动车速规划，针对路线规划具备自动和人工规划功能，自动规划以当前边缘位置区域内自动计算主干道测试路径，其计算方法结合三维电子地图采集到的地形地貌信息决定；依据李氏定律步骤确定车辆移动速度、采集时间和路径长度等信息；第三步：路测数据采集和处理，定义同步和异步两种数据采集方案，请参阅附图3和附图4所示，同步采集基于GPS时间信息、控制无线电监测模块工作的RMTP监测网协议模块、专用监测传输网络模块同时对标准发射模块和监测系统进行数据的采集，软件基于GPS时间同步信息进行数据的自动筛选。异步采集相对于同步采集无需RMTP监测网协议，标准发射模块负责接收GPS地理数据和控制信号源参数，监测系统控制中心负责控制监测系统参数和接收监测信号电平，通过专用监测传输网络模块进行通信互换，即监测系统控制中心下发发射指令，标准发射模块完成指令要求后回传相应信息给控制中心，控制中心处理并串联相应数据。对采集到的数据需做如下处理：在路测数据里去除重复的数据；去除没有经纬度或经纬度出现漂移数据；路测数据和GPS数据结合串联，形成可在地图中展现的数据格式；第四步：实测数据地图展现，实测数据依据频点、场强值大小在二维电子地图中以不同颜色进行展现；第五步：依据实测数据确定覆盖范围，主要包括路测数据导入、维护、整理、分析及合并，最终形成便于被分析和处理的数据，路测数据管理分析统计，主要是统计传播模型计算结果和路测数据的匹配程度，依据监测系统灵敏度门限拟制实测情况下的覆盖范围。
所述台站管理子系统50：主要管理无线电监测站点、台站数据库中已报备的设台设备、重点发射源管理、模拟新建监测站点等功能，包括其GPS位置信息、台站建设信息、台站具体技术参数，重点发射源管理可用于确定发生干扰时快速排查和去除合法台站位置，减少确定干扰位置的时间。
所述数据管理子系统60：基于数据库的数据存储、操作、数据压缩、数据加密等功能，考虑不同业务、不同EIRP功率等级等多维度下的数据操作，其快速响应和正确性筛选变得重要，关键在于每个数据属性的定义。本发明所有数据基于GPS时间信息进行串联，可保证数据的唯一性。
需要说明的是，在本申请的实施例中，请参阅附图2所示，一种无线电监测站点覆盖范围评估分析方法，包括以下步骤：
S1：在加载的三维电子地图上标记需模拟建站的站点，包括站点名称、站点高度、站点位置信息、天线类型及增益和标称监测灵敏度；
S2：设置要模拟的站点业务参数，所述站点业务参数包括业务频段/频点、发射端高度信息、地理信息、EIRP功率等级和发射带宽；
S3：在三维地图中以监测站点为中心按照预设角度绘制射线，在每条射线上虚拟建立多个发射源；
S4：利用ITU-R.P1546算法计算此发射源在监测站点位置的监测值，同时不断在该条射线上向外侧计算；
S5：直到计算值小于监测接收灵敏度时，结合上一个值找到灵敏度等值线的终点，即此条射线计算完成；
S6：重复S3至S6，完成所有射线的等值线点，并连接所有的点形成功率等值线曲线；
S7：调整其它业务参数，所述其他业务参数包括频率和EIRP功率，绘制出不同业务条件下的其它功率等值线曲线；
S8：将各条功率等值线内的其它射线细分点，将监测值近似相等的点相连形成多个边界区域，并通过颜色渐变区分场强强弱，形成场强覆盖图；
S9：基于二维电子地图展示模拟的监测站点场强覆盖范围。
进一步的，在本发明最优选的实施例中，在以实际的路测数据进行场强覆盖范围评估时，则使用路测系统功能，具体包括以下步骤：
S101：路测前准备：发射子系统参数规划设置、GPS天线、网络传输工具、RMTP监测网协议、监测站点信息；
S102：行车路线规划：依据三维电子地图选择至少一条主干道道路，按照李氏定律制定行车速度和行车路程，依据发射系统EIRP功率及监测系统灵敏度反推，并确定灵敏度功率等值线区域；
S103：实测数据采集：启动路测车上的发射系统，开启GPS定位装置，按照预设的车速在规划的道路上行进，同时控制发射系统和监测系统按照一定的时间间隔记录监测数据、发射时间和获取时间，直到采集完成所有的道路；
S104：同步完成数据采集：选择控制发射系统发射不同业务的信号要求，一次路测完成多个业务要求的数据，亦可单独重复路测其它业务；
S105：路测数据处理：在路测数据里去除重复的数据，去除没有经纬度或经纬度出现漂移的数据，将路测数据和GPS数据结合并导入系统，形成可以在地图上展现的数据格式；
S106：实测数据展示：处理后的数据可以按照预设的规则展现在地图上，将每个路测点的数据都绘制在地图上；
S107：利用实测数据绘制监测站点覆盖范围，设置门限，按照路测数据推测出多个接近或等于接收灵敏度的点，把这些点连接起来，绘制一个实测覆盖范围，并将这个实测覆盖范围与计算的覆盖范围作对比。
进一步的，在本发明最优选的实施例中，若需基于路测数据修正ITU-R.P1546预测计算模型，则使用预测模型修正的方法，其具体包括如下步骤：
S201：将GPS数据和监测站数据进行分析，得到监测站每一时刻的接收信号平均场强值Prx、发射机的有效辐射功率Ptx、发射系统与监测站的距离d、发射系统所在地面上的高度Hms、监测站天线的有效高度Heff、衍射损耗diffn、地物损耗因子Clutter_Loss；
S202:读取步骤S201所述测试数据：接收信号平均场强值Prx、发射机的有效辐射功率Ptx、发射系统与监测站的距离d、发射系统所在地面上的高度Hms、监测站天线的有效高度Heff、衍射损耗diffn、地物损耗因子Clutter_Loss，并进行校正计算。
进一步的，在本发明最优选的实施例中，ITU-R.P1546-5场强预测具体实施方法包括：
S301：确定第一传播类型、第二传播类型和第三传播类型分别为陆地、冷海或暖海传播路径的类型，如果是混合路径，则确定可认为是第一传播类型和第二传播类型的两种路径类型的结合，如果路径可由单独一种类型表示，则可将它看做第一传播类型；
S302：确定两种标称时间百分比；
S303：确定两种标称频率；
S304：确定低端和高端标称距离；
S305：对于第一传播类型，按S306至S311进行；
S306：对于低端标称时间百分比，按S307至S310进行；
S307：对于低端标称频率，按S308和S309进行；
S308：对于所需距离d和发射/基站天线高度h1，对大地上方代表性散布物高度R处的接收/移动台天线得到超出50％位置点的场强：
S309：若所需频率与低端标称频率不相符，则对高频标称频率重复S308，并对两个场强进行内插或外推；
S310：若所需时间百分比与低端标称时间百分比不相符，则对高端标称时间百分比重复S307至S309，并对两个场强进行内插；
S311：若对混合路径做预测，对于每一传播类型的路径要求采用S306至S310；
S312：若果可得到邻近陆地的接收/移动台天线上地形净空角方面的信息，则在接收机/移动装置上校正地形净空角的场强；
S313：计算由散射引起的场强的估计值，并取E和Ets的最大值；
S314：校正接收/移动台天线高度h2的场强；
S315：若发射/基站终端周围存在杂波，则修正其效应；
S316：对斜径进行修正；
S317：若给出了小于1公里路径，则需要遵循用于d＝1km的S301至S316；
S318：若对邻近陆地的接收/移动台天线要求得到不是50％位置百分比的场强，则校正所需位置百分比的场强；
S319：将得到的场强限制于预设的最大值上，若对小于50％时间百分比已做出混合路径的场强计算，则需要通过在所有陆地场强值与所有海面场强值之间进行线性内插以计算最大场强值，这由下面的公式给出：
Emax＝Efs+dsEse/dtotal dB(V/m)
S320：将场强转换成路径的等效基本传输损耗。
进一步的，在本发明最优选的实施例中，在S302中包括：
所需的时间百分比>1和<10，此时低端和高端的标称时间百分比分别为1％和10％；
所需的时间百分比>10和<50，此时低端和高端的标称时间百分比分别为10％和50％；
若所需时间百分比等于1％、10％或50％，则该值可看做是低端标称时间百分比，而不需要S310的内插处理。
进一步的，在本发明最优选的实施例中，在S303中还包括：
所需频率<600MHz时，低端和高端频率分别为100MHz和600MHz；
所需频率<600MHz时，低端和高端频率分别为600MHz和2 000MHz；
如果所需频率等于100或600或2 000MHz，则该值可看做是低端标称频率，而不需要S309内的内插/外推处理。
进一步的，在本发明最优选的实施例中，在S308中包括：
对于小于10m的发射/基站天线高度h1，则确定所需高度和距离处的场强。
进一步的，在本发明最优选的实施例中，其具体还包括：
S381：确定低端和高端标称高度h1的值，如果h1值与标称值10、20、37.5、75、150、300、600或1200m中任意一个值相符，则该值应看做是低端标称高度值h1，而不需要内插处理；
S382：对于低端标称值h1，按S383至S385进行；
S383：对于低端标称距离值，按S384进行；
S384：对于所需距离d和发射/基站天线高度h1，对代表性散布物高度R处的接收/移动台天线得到超出50％位置点的场强；
S385：如果所需距离与低端标称距离不相符，则对高端标称距离重复S384，并对该距离上的两个场强进行内插；
S386：如果所需发射/基站天线高度h1不符合任一个标称值，则重复S383至S385，并对h1进行内插/外推。
本实施例在电波传播模型选择方面：诸如广播电视覆盖网络规划、基站覆盖网络规划的评估时均采用比较常见的Okumura-Hata奥村模型、COST-231Hata模型进行模型的建立，但上述模型在频率100MHz-2GHz、应用环境为城区、郊区或开阔区都相对较束缚，不能适应全部的地理环境和监测系统频率要求。而本实施例采用ITU-R.P1546模型进行建模，ITU-RP.1546建议书给出了30MHz～3000MHz频段内点到面的电波传播场强预测方法，该方法是在100MHz、600MHz、2000MHz的实测数据的基础上，进行内插、外推，得到电波传播过程中的场强曲线，该曲线是距离、天线高度、频率和时间百分比的函数。该方法还给出了不同地形的典型障碍物高度，对接收天线高度也给出了更加准确的修正方法。建议书还给出了场强值作为特定频率、特定距离和特定收发天线高度的函数曲线关系，并且利用内插、外推的方法得到任意路径下的电波传播损耗。此模型在Okumura-Hata奥村模型要求的条件下可得出完全一致的预测结果，因此相对于传统的传播模型，此模型考虑的地理因数、频率范围等方面表现更优。
进一步地，本实施例在路测所用的标准发射模块方面：传统的标准发射模块基本忽略自身溯源校准功能，且输出的EIRP功率固定，本实施例具备发射系统自校准功能，可修正至发射天线连接端。同时本实施例配置的50W宽带功率放大器，确保在6GHz频率范围内满足多个功率等级的EIRP功率输出。另外本标准发射模块还增加有GPS功能，可确保任何输出信息与GPS时间进行一一标记。
本实施例还能相比于基站覆盖评估，采用模型评估后仅进行路测验证，根据路测结果调整基站天线高度或下倾角，改善覆盖要求。本实施例则包含三种覆盖评估功能，分别是基于ITU-R.P1546传播模型的覆盖评估、基于路测的覆盖评估、基于路测数据的修正传播模型，在完成模型修正后可基于模型数据再次进行模型覆盖评估，减少重复路测的复杂工作量。
本实施例首次将三维电子地图应用于无线电监测领域，更加真实的反映电磁频谱态势显示。
以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无线电监测站点覆盖范围评估分析系统，其特征在于，包括：
覆盖分析子系统，所述覆盖分析子系统用于获取监测系统参数、电波传播损耗和无线电发射源参数，并根据获取的参数进行建模和分析；
GIS地理信息管理子系统，所述GIS地理信息管理子系统包括二维/三维电子地图模块和地图信息调用模块该GIS地理信息管理子系统用于传播模块建立、路测路线规划、发射点确定、场强区域分布显示、监测站点管理、无线电台站管理、查询功能和GPS轨迹数据管理；
标准发射子系统，所述标准发射子系统包括信号源、功率放大器、全向发射天线和GPS定位装置，该标准发射子系统通过覆盖20MHz-6GHz任一频点信号，并通过功放放大后产生1W/3W/5W/10W功率等级的EIRP功率，为路测子系统提供标准的发射源；
路测子系统，所述路测子系统包括标准发射模块、无线电检测模块、RMTP监测网协议模块、专用监测传输网络和GIS三维电子地图模块，该路测子系统通过无线电监测系统的监测功能获取标准发射子系统信号场强，结合地图信息和GPS轨迹最终得到监测站点的实际覆盖信息；
台站管理子系统，所述台站管理子系统包括无线电监测站点管理模块、无线电台站管理模块、台站数据库调用模块和虚拟站点管理模块，该台站管理子系统用于确定发生干扰时快速排查和去除合法台站位置，减少确定干扰位置的时间；
数据管理子系统，所述数据管理子系统用于进行数据存储、数据调用、数据压缩、数据加密和数据属性定义。
2.根据权利要求1所述的一种无线电监测站点覆盖范围评估分析系统，其特征在于，所述覆盖分析子系统还包括ITU-R.P1546传播模型计算模块、虚拟建站功能模块、等值线场强预测计算模块、场强覆盖计算功能模块、基于路测数据的覆盖模型修正模块、监测组网区域覆盖分析模块、典型业务管理模块；
所述ITU-R.P1546传播模型计算模块用于提供30MHz-3000MHz频段地面业务的场强预测建议书，建议书包括在不同发射功率、频率、天线高度、传输距离下对场强进行内插/外推法的修正公式，利用修正公式以获得不能从已提供的曲线直接读出的发射频率在30MHz-3000MHz、传播距离为1km～1000km范围的任意场强值；
所述虚拟建站功能模块用于多种电波传播模型和三维电子地图实现任一频率的自动计算，并绘制不同功率等级下的场强覆盖态势图；
所述等值线场强预测计算模块用于自动计算和绘制不同业务频率在不同发射功率等级下的等值线，形成边界区域；
所述场强覆盖计算功能模块用于结合二维电子地图将模型绘制的场强覆盖图显示在地图中，并实现特定无线电台的监测网监测覆盖能力显示、计算监测站点/监测网的覆盖面积及地域覆盖率、任意显示或隐藏监测站点覆盖图、同时增加或删除监测站点数量、不同参数下的覆盖图自动对比、调用本地台站数据库、查看某类无线电台监测情况、统计对各类台站的监测覆盖率、利用地图建立重点监测区域、地图上任意位置的定点场强计算的功能；
所述基于路测数据的覆盖模型修正模块用于采用网络规划中普遍应用的标准宏小区模型进行优化；
所述监测组网区域覆盖分析模块利用各无线电监测站点的覆盖分析图获得当前整个区域的组网覆盖情况，并利用二维电子地图的无线电监测站点管理功能，获取此区域最大场强对应的监测站点，得到监测网的覆盖深度指标；
所诉典型业务管理模块等功能模块用于重点监测应用以提供快速监测覆盖统计。
3.一种无线电监测站点覆盖范围评估分析方法，包括权利要求1或权利要求2所述的一种无线电监测站点覆盖范围评估分析系统，其特征在于，包括以下步骤：
S1：在加载的三维电子地图上标记需模拟建站的站点，包括站点名称、站点高度、站点位置信息、天线类型及增益和标称监测灵敏度；
S2：设置要模拟的站点业务参数，所述站点业务参数包括业务频段/频点、发射端高度信息、地理信息、EIRP功率等级和发射带宽；
S3：在三维地图中以监测站点为中心按照预设角度绘制射线，在每条射线上虚拟建立多个发射源；
S4：利用ITU-R.P1546算法计算此发射源在监测站点位置的监测值，同时不断在该条射线上向外侧计算；
S5：直到计算值小于监测接收灵敏度时，结合上一个值找到灵敏度等值线的终点，即此条射线计算完成；
S6：重复S3至S6，完成所有射线的等值线点，并连接所有的点形成功率等值线曲线；
S7：调整其它业务参数，所述其他业务参数包括频率和EIRP功率，绘制出不同业务条件下的其它功率等值线曲线；
S8：将各条功率等值线内的其它射线细分点，将监测值近似相等的点相连形成多个边界区域，并通过颜色渐变区分场强强弱，形成场强覆盖图；
S9：基于二维电子地图展示模拟的监测站点场强覆盖范围。
4.根据权利要求3所述的一种无线电监测站点覆盖范围评估分析方法，其特征在于，在以实际的路测数据进行场强覆盖范围评估时，则使用路测系统功能，具体包括以下步骤：
S101：路测前准备：发射子系统参数规划设置、GPS天线、网络传输工具、RMTP监测网协议、监测站点信息；
S102：行车路线规划：依据三维电子地图选择至少一条主干道道路，按照李氏定律制定行车速度和行车路程，依据发射系统EIRP功率及监测系统灵敏度反推，并确定灵敏度功率等值线区域；
S103：实测数据采集：启动路测车上的发射系统，开启GPS定位装置，按照预设的车速在规划的道路上行进，同时控制发射系统和监测系统按照一定的时间间隔记录监测数据、发射时间和获取时间，直到采集完成所有的道路；
S104：同步完成数据采集：选择控制发射系统发射不同业务的信号要求，一次路测完成多个业务要求的数据，亦可单独重复路测其它业务；
S105：路测数据处理：在路测数据里去除重复的数据，去除没有经纬度或经纬度出现漂移的数据，将路测数据和GPS数据结合并导入系统，形成可以在地图上展现的数据格式；
S106：实测数据展示：处理后的数据可以按照预设的规则展现在地图上，将每个路测点的数据都绘制在地图上；
S107：利用实测数据绘制监测站点覆盖范围，设置门限，按照路测数据推测出多个接近或等于接收灵敏度的点，把这些点连接起来，绘制一个实测覆盖范围，并将这个实测覆盖范围与计算的覆盖范围作对比。
5.根据权利要求3所述一种无线电监测站点覆盖范围评估分析方法，其特征在于，若需基于路测数据修正ITU-R.P1546预测计算模型，则使用预测模型修正的方法，其具体包括如下步骤：
S201：将GPS数据和监测站数据进行分析，得到监测站每一时刻的接收信号平均场强值Prx、发射机的有效辐射功率Ptx、发射系统与监测站的距离d、发射系统所在地面上的高度Hms、监测站天线的有效高度Heff、衍射损耗diffn、地物损耗因子Clutter_Loss；
S202:读取步骤S201所述测试数据：接收信号平均场强值Prx、发射机的有效辐射功率Ptx、发射系统与监测站的距离d、发射系统所在地面上的高度Hms、监测站天线的有效高度Heff、衍射损耗diffn、地物损耗因子Clutter_Loss，并进行校正计算。
6.根据权利要求3所述的一种无线电监测站点覆盖范围评估分析方法，其特征在于，ITU-R.P1546-5场强预测具体实施方法包括：
S301：确定第一传播类型、第二传播类型和第三传播类型分别为陆地、冷海或暖海传播路径的类型，如果是混合路径，则确定可认为是第一传播类型和第二传播类型的两种路径类型的结合，如果路径可由单独一种类型表示，则可将它看做第一传播类型；
S302：确定两种标称时间百分比；
S303：确定两种标称频率；
S304：确定低端和高端标称距离；
S305：对于第一传播类型，按S306至S311进行；
S306：对于低端标称时间百分比，按S307至S310进行；
S307：对于低端标称频率，按S308和S309进行；
S308：对于所需距离d和发射/基站天线高度h1，对大地上方代表性散布物高度R处的接收/移动台天线得到超出50％位置点的场强：
S309：若所需频率与低端标称频率不相符，则对高频标称频率重复S308，并对两个场强进行内插或外推；
S310：若所需时间百分比与低端标称时间百分比不相符，则对高端标称时间百分比重复S307至S309，并对两个场强进行内插；
S311：若对混合路径做预测，对于每一传播类型的路径要求采用S306至S310；
S312：若果可得到邻近陆地的接收/移动台天线上地形净空角方面的信息，则在接收机/移动装置上校正地形净空角的场强；
S313：计算由散射引起的场强的估计值，并取E和Ets的最大值；
S314：校正接收/移动台天线高度h2的场强；
S315：若发射/基站终端周围存在杂波，则修正其效应；
S316：对斜径进行修正；
S317：若给出了小于1公里路径，则需要遵循用于d＝1km的S301至S316；
S318：若对邻近陆地的接收/移动台天线要求得到不是50％位置百分比的场强，则校正所需位置百分比的场强；
S319：将得到的场强限制于预设的最大值上，若对小于50％时间百分比已做出混合路径的场强计算，则需要通过在所有陆地场强值与所有海面场强值之间进行线性内插以计算最大场强值，这由下面的公式给出：
Emax＝Efs+dsEse/dtotal dB(V/m)
S320：将场强转换成路径的等效基本传输损耗。
7.根据权利要求6所述的一种无线电监测站点覆盖范围评估分析方法，其特征在于，在S302中包括：
所需的时间百分比>1和<10，此时低端和高端的标称时间百分比分别为1％和10％；
所需的时间百分比>10和<50，此时低端和高端的标称时间百分比分别为10％和50％；
若所需时间百分比等于1％、10％或50％，则该值可看做是低端标称时间百分比，而不需要S310的内插处理。
8.根据权利要求6所述的一种无线电监测站点覆盖范围评估分析方法，其特征在于，在S303中还包括：
所需频率<600MHz时，低端和高端频率分别为100MHz和600MHz；
所需频率<600MHz时，低端和高端频率分别为600MHz和2 000MHz；
如果所需频率等于100或600或2 000MHz，则该值可看做是低端标称频率，而不需要S309内的内插/外推处理。
9.根据权利要求6所述的一种无线电监测站点覆盖范围评估分析方法，其特征在于，在S308中包括：
对于小于10m的发射/基站天线高度h1，则确定所需高度和距离处的场强。
10.根据权利要求9所述的一种无线电监测站点覆盖范围评估分析方法，其特征在于，其具体还包括：
S381：确定低端和高端标称高度h1的值，如果h1值与标称值10、20、37.5、75、150、300、600或1200m中任意一个值相符，则该值应看做是低端标称高度值h1，而不需要内插处理；
S382：对于低端标称值h1，按S383至S385进行；
S383：对于低端标称距离值，按S384进行；
S384：对于所需距离d和发射/基站天线高度h1，对代表性散布物高度R处的接收/移动台天线得到超出50％位置点的场强；
S385：如果所需距离与低端标称距离不相符，则对高端标称距离重复S384，并对该距离上的两个场强进行内插；
S386：如果所需发射/基站天线高度h1不符合任一个标称值，则重复S383至S385，并对h1进行内插/外推。
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