CN110082609B

CN110082609B - 便携式机载通信设备电磁辐射检测仪

Info

Publication number: CN110082609B
Application number: CN201910370809.6A
Authority: CN
Inventors: 刘勇; 李文海; 张鑫; 吴忠德; 孙伟超; 王怡苹; 李睿峰
Original assignee: Naval Aeronautical University
Current assignee: Naval Aeronautical University
Priority date: 2019-05-06
Filing date: 2019-05-06
Publication date: 2021-11-16
Anticipated expiration: 2039-05-06
Also published as: CN110082609A

Abstract

本发明公开便携式机载通信设备电磁辐射检测仪，包括：第一监测天线、第二监测天线、实时频谱分析仪、第一控制器；第一监测天线用于监测第一电磁信号；第二监测天线用于监测第二电磁信号；实时频谱分析仪用于对所述第一电磁信号、所述第二电磁信号进行放大、滤波、采样、实时频谱分析，获得IQ数据；第一控制器用于根据所述IQ数据进行预处理，获得频谱帧数据，利用频谱帧数据进行测量运算，获得测量结果，并根据所述测量结果检测电磁辐射信号，进而提高检测的准确性。

Description

便携式机载通信设备电磁辐射检测仪

技术领域

本发明涉及检测技术领域，特别是涉及一种便携式机载通信设备电磁辐射检测仪。

背景技术

飞机平台上装载的电子设备众多，在使用阶段还存在各种加改装。机载通信设备种类多、天线多、发射功率大、接收灵敏度高，更容易受到其它系统的干扰或者干扰其它系统的正常工作。另外，通信设备同时工作时也容易引起彼此间的相互干扰。近年来，机载通信设备在执行任务过程中普遍存在通信质量下降的问题，如通信距离缩短、话音质量变差、噪声增大、误码率升高等故障现象。同时存在影响其他机载设备工作的问题，如某飞机上短波电台发射时会导致无线电高度表高度指示明显变化，某直升机超短波电台发射曾导致飞控系统自动退出，并伴随直升机抖动等故障现象，因此如何对机载通信设备进行检测电磁辐射信号成为本领域亟需解决的问题。

现有的检测装置能够实现对车载设备、石油管路等多种设备进行检测，因为机载通信设备之间存在多种器件相互影响，所以采用现有的检测装置无法针对机载通信设备进行检测，进而更无法实现精确地检测电磁辐射信号，因此本领域如何对机载通信设备进行准确的检测电磁辐射信号成为本领域亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种便携式机载通信设备电磁辐射检测仪，以实现提高检测电磁辐射信号的准确性。

为实现上述目的，本发明提供了一种便携式机载通信设备电磁辐射检测仪，所述便电磁辐射检测仪包括：

第一监测天线，用于监测第一电磁信号；

第二监测天线，用于监测第二电磁信号；

实时频谱分析仪，分别与所述第一监测天线、所述第二监测天线相连，用于对所述第一电磁信号、所述第二电磁信号进行放大、滤波、采样、实时频谱分析，获得IQ数据；所述IQ数据为同相正交数据；

第一控制器，分别与所述实时频谱分析仪相连，用于根据所述IQ数据进行预处理，获得频谱帧数据，利用频谱帧数据进行测量运算，获得测量结果，并根据所述测量结果检测电磁辐射信号；所述测量结果包括：带宽、频偏、场强、占用度、信噪比。

可选的，所述电磁辐射检测仪还包括：

显示器，用于显示所述测量结果；

存储器，与所述第一控制器相连，用于存储所述测量结果。

可选的，所述电磁辐射检测仪还包括：

供电模块，分别与所述第一控制器、所述显示器、所述存储器相连，用于给所述第一控制器、所述显示器、所述存储器提供电能。

可选的，所述供电模块包括：

直流供电电源，用于提供直流28V电压；

DC隔离适配器，与所述直流供电电源相连，用于将直流28V电压转换成直流19V电压；

AC适配器，用于将交流220V/50Hz转换成直流19V电压；

锂电池，分别与所述第一控制器、所述显示器、所述存储器相连，用于给所述第一控制器、所述显示器、所述存储器提供电能；

电源管理模块，分别与所述DC隔离适配器、所述AC适配器、所述第一控制器、所述锂电池、所述显示器、所述存储器相连，用于对所述直流19V电压进行管理，将一部分能量给锂电池充电，将剩下的部分别给所述第一控制器、所述显示器、所述存储器提供电能。

可选的，所述电磁辐射检测仪还包括：

电池监测模块，用于检测锂电池的剩余电量；

报警装置，用于发生报警提示；

所述第一控制器分别与所述电池监测模块、所述报警装置相连，用于判断所述剩余电量是否小于设定剩余阈值；如果小于设定剩余阈值，则控制所述报警装置进行报警提示，以使给锂电池充电。

可选的，所述电磁辐射检测仪还包括：

风扇，设置在所述第一控制器的一侧，与所述第一控制器相连，用于给所述第一控制器进行散热。

可选的，所述显示器为显示触控一体化的显示器，还用于输入设定参数；所述设定参数包括通道、频率下发方式、中心频率、扫宽。

可选的，所述实时频谱分析仪包括：

第一限幅器和第二限幅器，分别与所述第一监测天线、所述第二监测天线相连，用于保护射频前端免于被静电烧毁；

第一通道，与所述第一限幅器相连，用于传输所述第一电磁信号；

第二通道，与所述第二限幅器相连，用于传输所述第二电磁信号；

第二控制器，分别与所述第一通道、所述第二通道相连，用于对所述第一电磁信号、所述第二电磁信号进行放大、滤波、采样、实时频谱分析，获得IQ数据。

可选的，所述第一监测天线的型号为有源磁场跟踪天线，所述第二监测天线的型号为宽带双锥EMC天线。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明设置的电磁辐射检测仪包括：第一监测天线、第二监测天线、实时频谱分析仪、第一控制器；第一监测天线用于监测第一电磁信号；第二监测天线用于监测第二电磁信号；实时频谱分析仪用于对所述第一电磁信号、所述第二电磁信号进行放大、滤波、采样、实时频谱分析，获得IQ数据；第一控制器用于根据所述IQ数据进行预处理，获得频谱帧数据，利用频谱帧数据进行测量运算，获得测量结果，并根据所述测量结果检测电磁辐射信号，进而提高检测的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例便携式机载通信设备电磁辐射检测仪结构图；

图2为本发明是实施例所述实时频谱分析仪组成框图；

图3为本发明是实施例所述实时频谱分析仪实物图；

图4为本发明实施例第一控制器结构图；

图5为本发明实施例第一控制器实物图；

图6为本发明实施例供电模块连接图；

图7为本发明实施例支架与屏幕和触控板的布局关系图；

图8为本发明实施例底板接口正反面布局；

图9为本发明实施例对外接口及折叠支架示意图；

图10为本发明实施例整机结构布局示意图；

图11为本发明实施例对调试模式进行识别的流程图；

图12为本发明实施例XdB带宽示意图；

图13为本发明实施例占用带宽示意图；

图14为本发明实施例频段扫描监测流程图；

图15为本发明实施例环境门限采样与监测流程图；

图16为本发明实施例数据管理流程图；

其中，1、第一监测天线，2、第二监测天线，3、实时频谱分析仪，31、第一限幅器，32、第二限幅器，33、第一通道，34、第二通道，35、第二控制器，4、第一控制器，5、显示器，6、存储器，7、供电模块，71、直流供电电源，72、DC隔离适配器，73、AC适配器，74、锂电池，75、电源管理模块，76、指示灯，8、电池监测模块，9、报警装置。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例便携式机载通信设备电磁辐射检测仪结构图，如图1所示，本发明提供一种便携式机载通信设备电磁辐射检测仪，所述电磁辐射检测仪包括：

第一监测天线1，用于监测第一电磁信号；

第二监测天线2，用于监测第二电磁信号；

实时频谱分析仪3，分别与所述第一监测天线1、所述第二监测天线2相连，用于对所述第一电磁信号、所述第二电磁信号进行放大、滤波、采样、实时频谱分析，获得IQ数据；所述IQ数据为同相正交数据；

第一控制器4，分别与所述实时频谱分析仪3相连，用于根据所述IQ数据进行预处理，获得频谱帧数据，利用频谱帧数据进行测量运算，获得测量结果，并根据所述测量结果检测电磁辐射信号；所述测量结果包括：带宽、频偏、场强、占用度、信噪比。

作为一种实施方式，本发明所述电磁辐射检测仪还包括：

显示器5，用于显示所述测量结果；所述显示器5为显示触控一体化的显示器5，还用于输入设定参数；所述设定参数包括通道、频率下发方式、中心频率、扫宽。

存储器6，与所述第一控制器4相连，用于存储所述测量结果。

作为一种实施方式，本发明所述电磁辐射检测仪还包括：

供电模块7，分别与所述第一控制器4、所述显示器5、所述存储器6相连，用于给所述第一控制器4、所述显示器5、所述存储器6提供电能。

作为一种实施方式，本发明所述供电模块7包括：

直流供电电源71，用于提供直流28V电压；

DC隔离适配器72，与所述直流供电电源71相连，用于将直流28V电压转换成直流19V电压；

AC适配器73，用于将交流220V/50Hz转换成直流19V电压；

锂电池74，分别与所述第一控制器4、所述显示器5、所述存储器6相连，用于给所述第一控制器4、所述显示器5、所述存储器6提供电能；

电源管理模块75，分别与所述DC隔离适配器72、所述AC适配器73、所述第一控制器4、所述锂电池74、所述显示器5、所述存储器6相连，用于对所述直流19V电压进行管理，将一部分能量给锂电池74充电，将剩下的部分别给所述第一控制器4、所述显示器5、所述存储器6提供电能。

作为一种实施方式，本发明所述电磁辐射检测仪还包括：

电池监测模块8，用于检测锂电池74的剩余电量；

报警装置9，用于发生报警提示；

所述第一控制器4分别与所述电池监测模块8、所述报警装置9相连，用于判断所述剩余电量是否小于设定剩余阈值；如果小于设定剩余阈值，则控制所述报警装置9进行报警提示，以使给锂电池74充电。

作为一种实施方式，本发明所述电磁辐射检测仪还包括：

风扇，设置在所述第一控制器4的一侧，与所述第一控制器4相连，用于给所述第一控制器4进行散热。

作为一种实施方式，本发明所述电磁辐射检测仪还包括：

电池监测模块8，用于检测锂电池74的剩余电量；

报警装置9，用于发生报警提示；

所述第一控制器4分别与所述电池监测模块8、所述报警装置9相连，用于判断所述剩余电量是否小于设定剩余阈值；如果小于设定剩余阈值，则控制所述报警装置9进行报警提示，以使给锂电池74充电。所述设定剩余阈值为10％电量。具体的，锂电池74供电过程中，电池监测模块8贯彻界面电量剩余图标标识，实时显示剩余电量，当电量剩余10％，界面报警，提示充电。

下面具体论述本发明所述电磁辐射检测仪的具体结构：

1、监测天线

作为一种实施方式，本发明所述第一监测天线1为有源磁场跟踪天线MDF50400X，可通过配套可充电锂电池74模块为LNA供电，提供高达40dB增益，用于监测获得第一电磁信号。

作为一种实施方式，本发明所述第二监测天线2为宽带双锥EMC天线BicoLOG20300X，可通过配套可充电锂电池74供电的LNA模块，提供高达25dB增益，用于监测获得第二电磁信号。

为一种实施方式，本发明可以根据频段更换第一监测天线1或第二监测天线2，为了清楚，本发明给出了第一监测天线1监测的电磁信号频率为500kHz～400MHz，第二监测天线2监测的电磁信号频率为20MHz～3000MHz，但并不限于以上取值，以上只是作为一种实施例说明。

2、实时频谱分析仪3

图2为本发明是实施例所述实时频谱分析仪3组成框图，图3为本发明是实施例所述实时频谱分析仪3实物图，如图2-3所示；所述实时频谱分析仪3包括：

第一限幅器31和第二限幅器32，分别与所述第一监测天线1、所述第二监测天线2相连，用于保护射频前端免于被静电烧毁；本发明所述第一限幅器31和第二限幅器32的型号均为VLM-63-2W+。

第一通道33，与所述第一限幅器31相连，用于传输所述第一电磁信号；

第二通道34，与所述第二限幅器32相连，用于传输所述第二电磁信号；

第二可控制器，分别与所述第一通道33、所述第二通道34相连，用于对所述第一电磁信号、所述第二电磁信号进行放大、滤波、采样、实时频谱分析，获得IQ数据。

所述实时频谱分析仪3用于对所述第一电磁信号、所述第二电磁信号进行放大、滤波、采样、实时频谱分析，获得IQ数据，所述IQ数据即接收机中频输出的正交双通道处理后的数据，I：in-phase表示同相，Q：quadrature表示正交，与I相位差90度。正交双通道处理的目的是让信号的检波和鉴相具有更大的动态范围和更高的精度。

作为一种实施方式，本发明所述实时频谱分析仪3采用BB60C模块实现实时频谱分析和射频记录功能，其调谐范围是9KHz～6GHz，采样速率为80MSPS，通过USB3.0以140MB/S的速率上传IQ数据。所述实时频谱分析仪3对系统的要求为intel i7第三代或者之后的4核处理器；一个USB2.0和USB3.0，或者两个USB3.0；250MB/sec的硬盘写速度，如SSD，RAID-0或者RAID-5。

BB60C功耗不大，散热需求较弱，布局在设备中间位置(其前面为屏幕，后面是第一控制器4接口板和主板)。BB60C采用较为紧凑的固定架法兰安装，抱箍条取过盈配合，固定在BB60C的面板两端，与端面止口可靠固定。系统集成2个BB60C模块，单个模块功率约10W，结构形式固定，与主板通过USB3.0通信，USB3.0采用软线缆连接。

3、第一控制器4

图4为本发明实施例第一控制器4结构图，图5为本发明实施例第一控制器4实物图，如图4-5所示，本发明所述所述第一控制器4用于第一控制器4根据扫描任务的起始频率控制实时频谱分析仪3按一定的频率步进对不同频段或对同一频段的每一个频点进行设置，得到数字化中频IQ数据，所述IQ数据为数字化中频IQ数据，然后根据所述IQ数据进行预处理，获得频谱帧数据，利用频谱帧数据进行测量运算，获得测量结果，并根据所述测量结果检测电磁辐射信号。还用于提供对外接口。结合整机的结构，本板采用非标准的PCB布板，由COM-E主板和2块+SSD+底板等构成。其中COM-E主板模块搭载i7系列的CPU，最高主频3.4GHz。对外有USB3.0、USB2.0、VGA、千兆网等接口；固态硬盘采用标准的SATA接口，持续读写速度不低于400MB/s。为增加内存中I/Q数据缓存容量，主板外挂2个8GB的DIMM条。所述第一控制器4采用I7工业主板，发热功率高达45W，热量非常集中。在系统布局中设置为设备背面，并铺设热管与风扇进行散热。

主板指的是搭载i7系列CPU的模块，主板通过COM-E接口与底板连接，底板上还集成了USB3.0、USB2.0、SATA、VGA等接口。底板和主板合称第一控制器4，第一控制器4板承载着整个设备的子模块控、数据传输和分析及界面显示控制等工作。

4、供电模块7

图6为本发明实施例供电模块7连接图，如图6所示，本发明所述供电模块7包括：

直流供电电源71，用于提供直流28V电压；

AC适配器73，用于将交流220V/50Hz转换成直流19V电压；

锂电池74，与所述第一控制器4相连，用于给所述第一控制器4提供电能；

电源管理模块75，分别与所述DC隔离适配器72、所述AC适配器73、所述第一控制器4、所述锂电池74、所述显示器5、所述存储器6相连，用于对所述直流19V电压进行管理，将一部分能量给锂电池74充电，将剩下的部给所述第一控制器4、所述显示器5、所述存储器6提供电能。

指示灯76，所述指示灯76包括充电指示灯76和充满指示灯76，当外接DC隔离适配器72或AC适配器73时，则利用外部电源进行供电，同时给锂电池74充电，此时充电指示灯76量，当充电已完成时，则充满指示灯76量。当没有外接DC隔离适配器72或AC适配器73时，则利用锂电池74进行供电。

本发明便携式机载通信设备电磁辐射检测仪供电可以通过三种方式供电，分别是AC适配器73供电、DC隔离适配器72供电、锂电池74模块供电。整机电源供电为+19V，系统将+19V电源通过滤波、稳压电路转换为+12V、+5V、+3.3V等电源，+12V给第一控制器4供电，+3.3V给显示器5供电，+5V给存储器6供电。

电源管理是指如何将电源有效分配给系统的不同组件。电源管理对于依赖电池电源的移动式设备至关重要。通过降低组件闲置时的能耗，优秀的电源管理系统能够将电池寿命延长。电源管理技术属于通用技术，电源管理技术也称做电源控制技术，已经广泛应用到工业，能源，交通，信息，航空，国防，教育，文化等诸多领域。可类似例如联想或IBM笔电中的电源管理技术。

5、显示器5

图7为本发明实施例支架与屏幕和触控板的布局关系图，如图7所示，本发明所述显示器5为显示触控一体化显示器5，用于显示所述测量结果，还用于输入设定参数；所述设定参数包括通道、频率下发方式、中心频率、扫宽，输入参数用于频段扫描、信道检测、环境门限采集等功能实现。本设计采用研华公司IDK系列10.4寸液晶显示器5，型号为IDK-1110P-50XGA1E，主要由IDK-1110P型的单显示器5加触控组合组成，适合外场条件下使用，阳光下可读，可触控操作。

本发明所述显示器5为10.4寸工业显示器5，屏工作温度为-20～+70度。显示器5结构形式固定，与其他模块采用软线缆连接，布局在设备的正前方。在显示器5右下角柔性电路板上可连接触控配件。为减少屏幕空间，并对显示器5进行加固安装，制作支架零件。支架与屏幕和触控电路板的布局关系，如图5所示。支架通过屏幕侧面的4颗螺丝孔位固定。支架中心位置设置显示器5供电和数据线缆走线槽。

第一控制器4采用I7工业主板，发热功率高达45W，热量非常集中。在系统布局中设置为设备背面，并铺设热管与风扇进行散热。

6、接口结构设计

图8中(a)为底板接口正面示意图，(b)为底板接口反面示意图，如图8所示，接口板正面放置嵌入式COM-E主板和硬盘，便于主板和硬盘的更换。硬盘定制硬盘支架改硬盘侧面安装为正面安装。对外接口及折叠支架示意图如图9所示。

7、整体结构布局和外观设计

板上COM-E主板为大功率模块，布局时要综合考虑热量分散，不能过于集中，使用机箱内的风扇进行风冷散热，其余部分都被散热盒体覆盖，布局时考虑散热盒体的安装。根据热量分布及易维护性，建立如图10所示的整机结构布局。设备外观使用Catia IMA模块建立，线条流畅，左侧为握手位置。整体结构件壁厚保持在2毫米。圆弧过渡双色设计，避免厚重感。

8、信号完整性设计

第一控制器4底板互连线都是高速信号。信号传输路径长短，信号反射等都需要保证阻抗匹配。底板单端信号按照50欧姆设计，PCB布线通过SI9000或Cadence工具将其特性阻抗约束为50欧姆。差分信号采用100欧姆匹配，走线严格等长，误差约束在5mil以内，严格遵循高速PCB设计规则。底板除Top和Bottom层用1OZ铜，其余信号层均采用0.5OZ铜，内电和内地层采用1OZ铜，各层的单端线宽和差分线宽及间距严格按照上述规则约束。高速信号尽量分区域隔开，避免相互影响，通过Cadance工具进行信号完整性分析。

9、电源完整性设计

供电模块7完整性主要包括板级电源去耦和局部电源去耦。钽电容去耦半径较大，可放置在板卡任何位置，用于整板电源去耦非常合适，但只对低频噪声具有较好的抑制作用。高频滤波需要采用小封装陶瓷电容，但其去耦半径小，只能用在局部电源去耦。在安装电容时，要从焊盘拉出一小段引出线，然后通过过孔和电源平面连接，接地端也是同样。这样流经电容的回路为：电源平面->过孔->引出线->焊盘->电容->焊盘->引出线->过孔->地平面。放置过孔的基本原则就是让该环路平面面积最小，使总的寄生电感最小。过孔需要在焊盘侧面或者两个侧面都打孔，进一步减小了回路面积，寄生电感更小。

图11为本发明实施例对调试模式进行识别的流程图；如图11所示；本发明所述第一控制器4确定干扰源的位置具体包括：首先根据所述IQ数据进行预处理，获得频谱帧数据；然后根据频谱帧数据进行测量运算，获得测量结果，并根据所述测量结果检测电磁辐射信号；所述测量结果包括：带宽、频偏、场强、占用度、信噪比；

作为一种实施方式，本发明所述预处理具体包括：根据所述第一IQ数据和所述第二IQ数据依次进行去直流偏置处理，去增益衰减处理和时遇到频域转换处理，获得频谱帧数据。

作为一种实施方式，本发明具体确定测量结果具体包括：

(1)带宽：一种是“X-dB”带宽，指的是频带的宽度使得在其上限和下限之外任何离散频谱分量或连续频谱功率密度至少比预先设定的参考零电平低X dB，如图12所示。另一种是占用带宽(Occupied Bandwidth):在它的频率下限之下或频率上限之上所发射的平均功率各等于某一给定发射的总平均功率的规定百分数β/2，频率上、下限的差值叫占用带宽，β/2的值一般取0.5％，如图13所示。

(2)频偏：调频波频率摆动幅度称为频偏，一般指信号的最大频偏，它影响调频波的频谱带宽。信号I、Q数据(时域)去直流、校正后平均N次，计算平均后数据的频谱。若

则

其中，P_L是频谱前半部分功率，P_R为后半部分功率，β为判决门限，kd为中心频率点，Nfft为用户关注频率范围内的频谱，Rb为分辨率。

(3)场强(功率)：首先计算监测接收机输入端场强，此时架设输入输出阻抗为50欧姆，且匹配，

其中，E为场强电平，单位为μV，P_dBm为功率；当E的单位为dBμV时，E＝P_dBm-(-107)；然后，计算天线端场强为E+L+η，单位为μvm，其中E的单位为dBμv；L为电缆损耗，单位为dB，η为天线的转化效率，单位为dB。

(4)占用度：信道占用度计算公式为

其中，η为信道占用度，T₁为信号幅度超过电平门限的时间，T₂为测试时间。类似的，通过多次循环扫描，进一步对频谱帧数据进行最大值、最小值和平均值统计，与预先保存的噪声门限谱比较，统计频谱占用度，频段占用度计算公式为

其中，η为信道占用度，C₁为超过频段占用度门限的信道数，C₂为测试频段内的总信道数。

(5)信噪比：信噪比是指信号与噪声的比例。

其中，p_s为信号功率，p_s为信号总功率。

(6)调制识别：利用所述测量结果检测电磁辐射信号。识别算法简单地归纳为以下几个过程：首先，根据所述测量结果计算得到信号的归一化中心瞬时幅度的最大值γ_max，并与门限值TH_rmax比较，当γ_max>TH_rmax时，信号调制方式为AM调制方式或LSB、USB、BPSK、QPSK中任意一种，记为状态1；当γ_max<TH_rmax时，信号调制方式为FM调制方式或LSB、USB上边带、BPSK下边带、QPSK中任意一种，记为状态2；其次，对状态1的信号，根据所述测量结果计算谱线对称度P，并与门限值TH_P比较，当|P|<TH_P时，信号调制方式为AM调制方式；当|P|>TH_P时，信号调制方式为LSB、USB、BPSK、QPSK中任意一种；最后，对状态2的信号，根据所述测量结果计算它的瞬时幅度一阶绝对原点矩E，并与门限值TH_E比较，当E<TH_E时，信号调制方式为FM调制方式；当E>TH_E时，信号调制方式为LSB、USB、BPSK、QPSK中任意一种；其中，FM为频率调制，AM为幅度调制，LSB为下边带调制，USB为上边带调制、BPSK为二相相移键控调制，QPSK为正交相移键控调制。

本发明所述便携式机载通信设备电磁辐射检测仪具有以下功能：

1、频谱扫描

实现全频段无线电信号的快速扫描。在扫描过程中，可与指定的参考频谱进行对比，发现可疑信号，可疑信号即为通信设备无线电泄露信号，如果存在则电磁辐射检测仪报警，以减少电磁辐射对机载通信设备的影响。另外，还能对全景频谱中任意频点进行标识，统计频谱帧数据的最大值、最小值、平均值以及频率占用度。快速扫描功能也可用于对信号的快速搜索和捕获。利用频谱扫描功能，还可以完成对相关区域电磁环境的静默性检查。当检查出存在无线电信号泄漏时，自动报警，以减少电磁辐射对机载通信设备的影响。

2、信道扫描

对指定的一系列频率信号进行扫描分析测量，统计每一个信号的出现时间、结束时间及时间占用度。在扫描过程中，可同步对每个信号按给定的解调模式进行同步检测，根据指定的判决条件对满足条件的信号进行分析、测量和录音，判决条件为实际机载通信设备技术指标确定的电磁辐射泄露门限值。

3、信道分析

以图形方式展现复杂信号在时域、频域和调制域的变化情况。能够根据信号在各个域的特性参量，自动识别通信信号的调制模式，以概率形式给出统计结果。协助操作员对信号特征进行判决。具体的，在便携式机载通信设备电磁辐射检测仪上可实现信道分析功能，主要包括展示频谱、信号识别、展示信号IQ分量等。统计结果是指AM/FM识别概率，本设备对调制识别概率要求在信噪比大于20dB且信号调制类型在调制闭环集合(LSB/USB/BPSK/QPSK/AM/FM)中，能以正确率大于75％的概率识别出AM/FM调制。

4、检测录音

对常规通信信号实行多种模式的并行软件解调，得到基带信号，适当放大后通过设备喇叭或耳机检测，操作员获取通信信息，辅助对信号特性的识别或获取情报。

5、记录功能

能够记录解调后并适当放大后得到的音频信号(连续记录时间3小时以上)、AD采集数据(I/Q数据)、位图数据及其他测试数据(容量512G)。

6、干扰信号分析

通过实时快速扫描、对二阶二频、三阶二频、三阶三频、五阶二频、五阶三频、谐波、杂散等类型的干扰进行分析，分析结果以列表方式显示。

7、统计分析

统计分析功能主要是对一段时间记录的监测数据按给定的统计条件以图形和报表形式展现信号的变化分布状况。如时间占用情况、频率占用情况、场强分布情况等。

8、数据管理

用于显示、保存和管理测试数据。

数据管理主要设计频谱帧数据管理、IQ数据管理和音频数据管理。数据管理包括对频谱帧数据、IQ数据和音频数据进行查询、删除、保护、回放等功能。

本发明所述便携式机载通信设备电磁辐射检测仪的产品性能如下：

1、监测频率范围：2MHz～3000MHz

2、频率精度：100Hz

3、监测灵敏度：≤-125dBm(单音信号，分辨率带宽10KHz、信噪比5dBm)

4、平均底噪电平：≤-130dBm

5、电平测量误差：±2dB

6、测量动态范围：≥55dB

7、带宽测量误差：≤5％

8、调制测量误差：≤5％(指AM、FM测量)

9、频率测量准确性：f₀×10^-6±10Hz(设计保证)

10、频率参考老化率：±1×10^-7/天(设计保证)

11、接收机线性度：IP3＞15dBm，IP2＞0dBm(典型值)

12、频谱扫描速度：2MHz～3000MHz：≥1000MHz/s

本发明所述便携式机载通信设备电磁辐射检测仪的软件技术实现功能如下：

(1)频段扫描

1)实现全频段无线电信号的快速扫描。在扫描过程中，可与指定的参考频谱进行对比，发现可疑信号，可疑信号即为通信设备无线电泄露信号。能对全景频谱中任意频点进行标识。快速扫描功能也可用于对信号的快速搜索和捕获。

2)统计频谱的最大值、最小值、平均值；

3)计算并展示频率占用度；

4)干扰信号分析：通过实时快速扫描、对二阶二频、三阶二频、三阶三频、五阶二频、五阶三频、谐波、杂散等类型的干扰进行分析，分析结果以列表方式显示。

5)利用频谱扫描功能，还可以完成对相关区域电磁环境的静默性检查。当检查出存在无线电信号泄漏时，自动报警，以减少电磁辐射对机载通信设备的影响。

(2)信道扫描

实现对给定信号在时域、频域和调制域各种参数的分析测量。如频率偏差、电平、带宽等参数。这些参数包括实时值、最大最小值、平均值等统计数据。

当分析信号的信噪比大于20dB,且信号调制类型在调制闭环集合(LSB\USB\BPSK\QPSK\AM\FM)中时，系统能以正确率大于75％的概率识别出AM\FM调制模式。对常规通信信号实行AM/FM下解调及检测，得到基带信号，适当放大后通过设备喇叭或耳机检测。

1)快速窄带测量；

2)对信号进行参数分析：计算信号频偏、功率、带宽、输入场强、信噪比、占用度等；

3)展示出信号在时间轴上:占用度、场强、功率变化情况；

4)当分析信号的信噪比大于20dB,且信号调制类型在调制闭环集合(LSB\USB\BPSK\QPSK\AM\FM)中时，系统能以正确率大于75％的概率识别出AM\FM调制模式，辅助用户选择解调模式检测电磁辐射信号；

5)信号频域、时域IQ展示；

6)能够储存IQ数据(40M采样率连续采集)、语音数据(连续3小时)；

7)单独的参数设置区域，能够设置接收机设备的增益和衰减；

8)统计一段时间内，频谱数据最大、最小、平均值。

信道监测启动流程与频段扫描启动流程近似，请参见图14为本发明实施例频段扫描监测流程图。

(3)环境门限采集

1)采集<＝200M扫宽频谱样本，包括最大保持，平滑频谱

2)样本采集时常可配置，默认1800s(半小时，排除常有信号对干扰监测的影响)

3)采集时间到后自动停止监测，并以beep语音和任务栏气泡提示

4)用户主动停止监测时，保持从监测开始到结束时刻的样本

环境监测门限采集流程与频段扫描启动流程近似，请参见频段扫描监测流程图。

(4)环境门限监测

本发明实施例环境门限监测流程图如图15所示。采用此流程图具有以下优点：

1)实时频谱最大保持与样本频谱最大保持比对：若某频点实时频谱最大保持超过样本最大3dB(门限可配)，监测数据累计超过10次(门限可配)，则判定该频点处存在干扰。

2)实时平滑与样本平滑比对：若某频点能量高于样本3dB(可配)，监测数据累计超过10次(可配)，则判定该频点处存在干扰

3)有监测时长约束，可在无人值守情况下推荐干扰信号列表。

4)用户可根据时间段，频谱范围选择样本

5)可同时对两个通道做干扰监测，每个通道选择不同的样本，每个通道单独的监测展示页

6)干扰信号列表可导出成excel文档

7)记录干扰信号最早出现时间、最近出现时间、出现次数统计、最大电平统计。

(5)数据管理

1)默认根据数据日期进行检索数据文件

2)可根据通道号检索文件

3)可根据监测时间、起始频率检索文件

4)文件信息以列表方式展示，展示内容包括通道号、工作频率、监测时长、文件大小、文件个数(储存时按配置对大数据进行分割储存)、文件路径。

5)可对已有数据文件进行文件过期保护，保护后文件过期后也不会自动删除。过期时间默认100周(可配置)。

6)点击回放按钮，自动加载数据文件并回放

7)数据回放时播放参数、播放时间可调，如图16所示。

(6)记录功能

能够记录解调后的音频信号(连续记录时间3小时以上)、IQ数据、样本数据及其他测试数据(容量200G)。

2、软件结构

(1)设计模式

本发明软件采用C/S(Client客户端/Server服务)设计模式，框架结构采用MDI(Multiple Document Interface)多文档页面切换展示的windows窗体程序，可实现频段扫描、信道监测、环境门限采集、环境门限监测、数据管理、样本管理、互调分析、数据存储与回放等功能。

(2)文件部署

1)AddIns为第三方依赖，其中包括DevExpress 13.26(Dev控件)、NTDebug(调试工具)、Log4cplus，Log4net(日志)、Newtonsoft.Json(序列化工具)、NAudio(音频播放)、TeeChart、SignalLabBasic等。

2)ENV为干扰监测样本数据目录。

3)Log为系统运行日子目录。

4)Plugins为软件自研模块目录。

5)Resource为图片资源文件目录。

6)Settings为模块管理配置目录。

7)Share为公共算法、公共自研控件、基类、接口库目录。

8)DefaultParameters为用户使用习惯的默认参数保存。

9)IQCorrectFile为IQ计算频谱后幅度校正文件。(影响因子：频谱分辨率、带宽、频率)

10)SpecCorrectFile为频谱校正文件。

(3)软件运行环境

1)Microsoft.NET Framework4.0或后续版本(基本运行环境)

2)Microsoft Visual C++2010 x64 Redistributable

3)Microsoft Visual C++2012 X64 Redistributable(软件卷积滤波、设备驱动、调整识别算法库运行环境)

4)Microsoft Visula Studio 2010 Tools for Office Runtime(X64)(Office组件，导入导出excel文件)

5)PlotLab.NET version 6.0.0.0(语图控件可不安装)

6)Sentinel Runtime for Win10(加密狗运行环境，必装)

7)Spike(设备USB驱动，必须安装)

基于便携式机载通信设备的电磁辐射检测仪采用高速数据采集平台将电磁环境进行宽带采集和存储，利用同步开发的智能化测试和分析软件对电磁环境和异常干扰信号进行分析，能够辅助外场条件下准确迅速的查明机载通信系统的电磁兼容问题，并记录和验证故障现象，解决了空中故障地面难以复现和排查的难题，实现了对机载通信设备电磁兼容检测原位性、系统性和便携性等功能。具体优点如下：

1、具有全频段无线电信号的快速扫描功能。在扫描过程中，可与指定的参考频谱进行对比，也能对全景频谱中任意频点进行标识，快速搜索和捕获信号，完成对相关区域电磁环境的静默性检查。

2、具备信道扫描和分析功能，以图形方式展现复杂信号在时域、频域和调制域的变化情况。能够根据信号在各个域的特性参量，自动识别通信信号的调制模式，以概率形式给出统计结果，协助操作员对信号特征进行判决。

3、具备干扰信号分析功能，可通过实时快速扫描、对二阶二频、三阶二频、三阶三频、五阶二频、五阶三频、谐波、杂散等类型的干扰进行分析，分析结果以列表方式显示。

4、实时频谱分析功能设计中，采用BB60C实时频谱分析和射频记录功能，综合运用宽带监测天线、环境门限采样与监测和混合测向定位等技术，实现了干扰信号精确捕获和减低定位误差的目的，解决了在外场背景噪声条件下检测微弱干扰信号，准确定位干扰源的难题。产品设计中在射频前端增加2W限幅器，保护射频前端免于被静电烧毁。

(1)环境门限采样与监测技术：该技术实现采用频段扫描参数空间，可采集<＝200M扫宽频谱样本，与频段扫描需要设置监测参数不同，环境门限采样默认采集平滑频谱样本数据，采集时长默认为1800秒，这样可有效排除干扰信号对检测的影响。环境门限采样与监测流程如图14；

(2)宽带监测天线技术：宽带监测天线技术对实时监测电磁辐射造成的设备干扰具有十分重要的意义，小型化、宽频带、便携式的宽带监测天线更是频谱监测关键。采用德国安诺尼公司(Aaronia)的BicoLOG20300X宽带双锥EMC监测天线，该天线为线极化全向天线，频段分为2MHz～30MHz和30MHz～3000MHz，两个频段的增益分别为-5dBi和2dBi。该天线技术指标和工程设计满足实时监测的要求。

(3)混合测向定位技术：该设备采用了北斗授时系统，所有不同的设备都可同步工作，能够获取干扰源到达不同设备的时差，基于该时差可以实现TDOA定位。同时，该设备具有测向(AOA)能力，所以可以实现AOA、TDOA混合定位。混合定位工作流程如图15。

5、信号完整性设计中，底板单端信号按照50欧姆设计，PCB布线通过SI9000或Cadence工具将其特性阻抗约束为50欧姆。差分信号采用100欧姆匹配，走线严格等长，误差约束在5mil以内，严格遵循高速PCB设计规则。底板除Top和Bottom层用1OZ铜，其余信号层均采用0.5OZ铜，内电和内地层采用1OZ铜，各层的单端线宽和差分线宽及间距严格按照上述规则约束。高速信号尽量分区域隔开，避免相互影响。通过Cadance工具对信号完整性分析可知，上述设计方法缩小了信号传输路径长度，减少了信号反射影响，显著提升了高速信号在计算机底板互连线中的传输质量。

6、电源完整性设计中，板级电源去耦和局部电源去耦结合的方式，利用钽电容去耦半径大、低频噪声抑制效果好的特点，实现板级电源去耦；利用小封装陶瓷电容去耦半径小、高频滤波效果好的特点，实现局部电源去耦。通过上述设计合理调整滤波电容参数，减小了负载电流的电源纹波，实现了减小电源噪声对电流工作的干扰。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

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。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种便携式机载通信设备电磁辐射检测仪，其特征在于，所述电磁辐射检测仪包括：

第一监测天线，用于监测第一电磁信号；

第二监测天线，用于监测第二电磁信号；

第一控制器，分别与所述实时频谱分析仪相连，用于根据所述IQ数据进行预处理，获得频谱帧数据，利用频谱帧数据进行测量运算，获得测量结果，并根据所述测量结果检测电磁辐射信号；所述测量结果包括：带宽、频偏、场强、占用度、信噪比；

频偏：若

则频偏

其中，P_L是频谱前半部分功率，P_R为后半部分功率，β为判决门限，kd为中心频率点，Nfft为用户关注频率范围内的频谱，Rb为分辨率；

场强：首先计算监测接收机输入端场强，此时架设输入输出阻抗为50欧姆，且匹配，当场强电平E的单位为μV时，

其中，P_dBm为功率；当场强电平E的单位为dBμV时，E＝P_dBm-(-107)；然后，计算天线端场强为E+L+η，其中，L为电缆损耗，η为天线的转化效率；

占用度：信道占用度计算公式为

其中，η₁为信道占用度，T₁为信号幅度超过电平门限的时间，T₂为测试时间；频段占用度计算公式为

其中，η₂为频段占用度，C₁为超过频段占用度门限的信道数，C₂为测试频段内的总信道数；

信噪比：

其中，SNR为信噪比，p_s为信号功率，p_a为信号总功率；

调制识别：利用所述测量结果检测电磁辐射信号；识别算法简单地归纳为以下几个过程：首先，根据所述测量结果计算得到信号的归一化中心瞬时幅度的最大值γ_max，并与门限值TH_rmax比较，当γ_max>TH_rmax时，信号调制方式为AM调制方式或LSB、USB、BPSK、QPSK中任意一种，记为状态1；当γ_max<TH_rmax时，信号调制方式为FM调制方式或LSB、USB上边带、BPSK下边带、QPSK中任意一种，记为状态2；其次，对状态1的信号，根据所述测量结果计算谱线对称度P，并与门限值TH_P比较，当|P|<TH_P时，信号调制方式为AM调制方式；当|P|>TH_P时，信号调制方式为LSB、USB、BPSK、QPSK中任意一种；最后，对状态2的信号，根据所述测量结果计算它的瞬时幅度一阶绝对原点矩E，并与门限值TH_E比较，当E<TH_E时，信号调制方式为FM调制方式；当E>TH_E时，信号调制方式为LSB、USB、BPSK、QPSK中任意一种；其中，FM为频率调制，AM为幅度调制，LSB为下边带调制，USB为上边带调制、BPSK为二相相移键控调制，QPSK为正交相移键控调制；

通过实时快速扫描、对二阶二频、三阶二频、三阶三频、五阶二频、五阶三频、谐波、杂散类型的干扰进行分析，分析结果以列表方式显示；

当分析信号的信噪比大于20dB,且信号调制类型在调制闭环集合LSB\USB\BPSK\QPSK\AM\FM中时，系统能以正确率大于75％的概率识别出AM\FM调制模式。

2.根据权利要求1所述的便携式机载通信设备电磁辐射检测仪，其特征在于，所述电磁辐射检测仪还包括：

显示器，用于显示所述测量结果；

存储器，与所述第一控制器相连，用于存储所述测量结果。

3.根据权利要求2所述的便携式机载通信设备电磁辐射检测仪，其特征在于，所述电磁辐射检测仪还包括：

4.根据权利要求3所述的便携式机载通信设备电磁辐射检测仪，其特征在于，所述供电模块包括：

直流供电电源，用于提供直流28V电压；

AC适配器，用于将交流220V/50Hz转换成直流19V电压；

5.根据权利要求4所述的便携式机载通信设备电磁辐射检测仪，其特征在于，所述电磁辐射检测仪还包括：

电池监测模块，用于检测锂电池的剩余电量；

报警装置，用于发生报警提示；

6.根据权利要求2所述的便携式机载通信设备电磁辐射检测仪，其特征在于，所述电磁辐射检测仪还包括：

7.根据权利要求1所述的便携式机载通信设备电磁辐射检测仪，其特征在于，所述显示器为显示触控一体化的显示器，还用于输入设定参数；所述设定参数包括通道、频率下发方式、中心频率、扫宽。

8.根据权利要求1所述的便携式机载通信设备电磁辐射检测仪，其特征在于，所述实时频谱分析仪包括：

9.根据权利要求1所述的便携式机载通信设备电磁辐射检测仪，其特征在于，所述第一监测天线的型号为有源磁场跟踪天线，所述第二监测天线的型号为宽带双锥EMC天线。