CN111008663A - 一种无线电信号可视化监测定位识别系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种无线电信号可视化监测定位识别系统及方法，定位识别系统具有显示设备、摄像模块、视频信号处理单元、融合处理单元、转台、转台电机控制电路、无线电信号处理单元、选择开关、天线阵。摄像模块的输出端与视频信号处理单元的输入端相连接将数字图像信息输出到融合处理单元，天线阵与选择开关相连接，选择开关与无线电信号处理单元相连接，无线电信号处理单元控制选择开关实现天线的通断控制，无线电信号处理单元与融合处理单元相连接。本发明采用旋转方式采集无线信号的类型及强度等特征，与摄像模块拍摄的图像数据融合后形成很直观的显示效果，对监测人员确定信号覆盖，频谱管理人员的监管，快速识别信号起到良好的促进作用，提高了工作效率。

Description

一种无线电信号可视化监测定位识别系统及方法

技术领域

本发明涉及一种无线电信号监测定位识别系统，特别是一种无线电信号可视化监测定位识别系统。本发明还涉及所述无线电信号可视化监测定位方法。本发明属于自动化无线电信号采集测量识别和机器视觉增强现实结合的方法和装置。

背景技术

无线电信号监测是指探测、搜索、截获无线电管理地域内的无线电信号，并对该无线电信号进行分析、识别、监视并获取其技术参数、工作特征和辐射位置等技术信息的活动。无线电信号人眼看不见摸不着，随着5G技术的到来，信号发射基站部署变得越来越密集，出现了很多的需求，比如基站信号的覆盖强度，信号同频干扰、信号盲区，非法私自设置的电台干扰通信，黑电台危害社会安全等等。无线电信号监测人员往往需要手动旋转设备测方向、通过专业的无线电知识和经验观察频谱判断信号。

发明人检索到以下相关专利文献：CN108534653A公开了一种一机多天线GNSS位移监测系统和监测方法，包括多天线系统、监测主机和监测后台；多天线系统包括一根基准天线、多根监测天线以及多天线切换控制模块；基准天线和多天线切换控制模块与监测主机有线连接，监测天线与多天线切换控制模块有线连接；监测主机包括数据接收处理模块、信号传输模块和供电模块，数据接收处理模块用于处理基准天线和监测天线的位置数据，信号传输模块用于将基准天线和监测天线的位置数据传输至监测后台；监测主机与监测后台通过无线通讯连接。CN 207022004U公开了一种无线电监测设备，该监测设备包括监测接收机以及安装在监测接收机上的监测天线组，监测接收机包括天线开关模块、超宽带接收机前端模块、信号处理模块、存储器模块、定位模块以及超宽带接收机控制模块；天线开关模块集成在所述监测接收机内，通过监测接收机的天线信号输入端与监测天线组中的多个监测天线连接，用于根据监测天线的工作频率和极化方式控制监测天线的工作状态以实现天线切换。

以上这些技术对于如何使无线电信号可视化监测定位识别系统做到能对无线电信号进行可视化，实现对无线电信号可视化、自主监测、实时监控、广泛应用的目的，并未给出具体的指导方案。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种无线电信号可视化监测定位识别系统，它能对无线电信号进行可视化，实现对无线电信号可视化、自主监测、实时监控、广泛应用的目的，从而对监测人员确定信号覆盖，频谱管理人员的监管，快速识别信号起到良好的促进作用，进而提高工作效率。

为此，本发明所要解决的另一技术问题在于，提供一种上述无线电信号可视化监测定位识别系统的定位识别方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种无线电信号可视化监测定位识别系统，具有显示设备（显示器），其技术方案在于所述的无线电信号可视化监测定位识别系统还具有摄像模块、视频信号处理单元、融合处理单元、转台、转台电机控制电路、无线电信号处理单元、选择开关、天线阵；上述视频信号处理单元是将摄像模块在转台的旋转带动下采集不同角度的图像，拼接形成360º的全景图像；无线电信号处理单元对无线电信号进行快速采集、测量特征值、进行筛选，并通过天线阵进行方位俯仰测向；融合处理单元把图像数据和无线电信息进行融合存储，即所述视频信号处理单元的360º全景图像和无线电信号处理单元经过筛选的信号特征图输入到融合处理单元，把不可视的无线电信号经过识别算法转化为带位置的渐变的强度图等形成可视化效果，经过叠加融合形成最后的图像数据，并具备TCP通信功能；显示设备把最后融合的图像信息显示出来；上述摄像模块的输出端与视频信号处理单元的输入端相连接而将数字图像信息输出到融合处理单元，所述天线阵与选择开关相连接，选择开关与无线电信号处理单元相连接，无线电信号处理单元控制选择开关实现天线的通断控制，无线电信号处理单元的输出端与融合处理单元的输入端相连接。融合处理单元具有两路输出，其中一路的信号显示输出端与显示设备相连接，另一路的（控制）输出端与转台电机控制电路的输入端（控制端）相连接，可根据设定的程序控制电机步进，进而带动转台转动一定角度。

上述技术方案中，优选的技术方案可以是，所述的摄像模块为工业摄像机。上述天线阵为十字交叉的5个喇叭宽频天线，这5个喇叭宽频天线与选择开关相连接，能够选择接收每个天线的信号。每个天线可以进行不同频段的信号监测，利用干涉仪原理，进行无线电信号方位测向，俯仰测向。上述无线电信号处理单元能够同时处理多路信号、控制选择开关打开的任一路接收进行信号的接收，对同时打开的三路信号进行测向。上述无线电信号处理单元对无线电信号进行快速采集、测量特征值、进行筛选、并通过天线阵进行方位俯仰测向。具体步骤是无线电信号处理单元对无线电信号进行高速采集，并做时域到频域的FFT变换，进一步进行特征值的测量，通过DBSCAN聚类算法进行数据筛选，并通过十字交叉的天线阵进行方位俯仰测向。所述的无线电信号可视化监测定位识别系统最好还具有安装于转台上端面随转台一起旋转的罗盘，随转台一起旋转的天线阵根据罗盘的方位值按不同的角度采集无线电信号，把最终的结果传输到融合处理单元。上述融合处理单元形成的最后的图像数据包装成网络可传输的数据包。

一种无线电信号可视化监测定位识别方法，它采用本发明所述的无线电信号可视化监测定位识别系统，所述的无线电信号可视化监测定位识别方法包括如下步骤：

步骤一：将随转台一起旋转的摄像模块形成360º的全景视频图像拼接；

步骤二：使随转台一起旋转的天线阵进行天线切换，进行方位和俯仰的二维测向定位无线电信号，并通过特征值进行信号类型的识别；

步骤三：通过步骤一采集拼接的全景图像和通过步骤二测量并将可视化后的无线电信号合并形成叠加图像，达到增强现实的目的，使人们直观的看到信号在现实中的分布情况。

一种无线电信号可视化监测定位识别方法，它采用本发明所述的无线电信号可视化监测定位识别系统，所述的无线电信号可视化监测定位识别方法进一步包括如下步骤：①首先开机初始化，转台根据罗盘的角度复位到大地方位的零度；②采集目标的视频信息，摄像模块负责采集高清图像数据；③天线阵和进行无线电信号监测，监测到信号后，确定信号的特征进行二维测向，所述天线切换/信号处理单元由选择开关、无线电信号处理单元构成；④融合处理单元将基于图像数据与基于频谱场强等特征数据融合，图像上融合方位值，得到增强现实的影像数据；⑤转台旋转一定的角度；⑥重复步骤②，即采集目标的视频信息，摄像模块负责采集高清图像数据，并且和前序采集的图像进行拼接；⑦重复步骤③-⑥，即天线阵和天线切换/信号处理单元进行无线电信号监测，监测到信号后，确定信号的特征进行二维测向，所述天线切换/信号处理单元由选择开关、无线电信号处理单元构成；融合处理单元将基于图像数据与基于频谱场强等特征数据融合，图像上融合方位值，得到增强现实的影像数据，转台旋转一定的角度，采集目标的视频信息，摄像模块负责采集高清图像数据，并且和前序采集的图像进行拼接，经过采集一周后就可形成360º的现实物体和无线电信号分布组成的增强现实的图像。

上述的步骤⑤中转台旋转的角度可以为90º（也可以为其它角度值）。

本发明的定位识别系统具有显示设备、摄像模块、视频信号处理单元、融合处理单元、转台、转台电机控制电路、无线电信号处理单元、选择开关、天线阵。本发明采用旋转方式采集无线信号的类型及强度等特征，和摄像模块拍摄的图像数据融合后形成很直观的显示效果，通过增强现实技术，场强可视化技术把实际拍摄到的景物和测量的信号特征结合起来，将实时的融合后的信息推送到监测人员眼前。该无线电信号可视化监测定位识别系统以全景式的监测方法，准确、方便地查找到所监测的无线电信号，具有直观，快便捷，降低工作劳动量等特点。这对使用人员（监测人员）确定信号覆盖，频谱管理人员的监管，快速识别信号起到了良好的促进作用，从而提高了工作效率。经试验，与已有相关的技术相比，本发明的工作效率提高了20%以上。

附图说明

图1为本发明的无线电信号可视化监测定位识别系统的电路原理框图。

图2为本发明的无线电信号可视化监测定位识别系统的结构示意图。

图3为本发明的无线电信号可视化监测定位识别系统的结构示意图（天线阵采用长方形开口的喇叭天线）。

具体实施方式

为使本发明的发明目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于发明中的实施例，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。

实施例1：如图1、图2、图3所示，本发明的无线电信号可视化监测定位识别系统具有显示设备4、摄像模块1、视频信号处理单元2、融合处理单元3、转台9、转台电机控制电路5、无线电信号处理单元6、选择开关7、天线阵8。上述视频信号处理单元2是将摄像模块1在转台的旋转带动下采集不同角度的图像，拼接形成360º的全景图像；无线电信号处理单元6对无线电信号进行快速采集、测量特征值、进行筛选，并通过天线阵进行方位俯仰测向；融合处理单元3把图像数据和无线电信息进行融合存储，即所述视频信号处理单元2的360º全景图像和无线电信号处理单元6经过筛选的信号特征图输入到融合处理单元3，把不可视的无线电信号经过识别算法转化为带位置的渐变的强度图等形成可视化效果，经过叠加融合形成最后的图像数据，并具备TCP通信功能；显示设备4把最后融合的图像信息显示出来。上述摄像模块1的输出端与视频信号处理单元2的输入端相连接而将数字图像信息输出到融合处理单元3，所述天线阵8与选择开关7相连接，选择开关7与无线电信号处理单元6相连接，无线电信号处理单元6控制选择开关7实现天线的通断控制，无线电信号处理单元6的输出端与融合处理单元3的输入端相连接。融合处理单元3具有两路输出，其中一路的信号显示输出端与显示设备4相连接，另一路的（控制）输出端与转台电机控制电路5的输入端（控制端）相连接，可根据设定的程序控制电机步进，进而带动转台转动一定角度。

如图1、图2、图3所示，上述摄像模块1为工业摄像机。上述天线阵8为十字交叉的5个喇叭宽频天线，这5个喇叭宽频天线与选择开关7相连接，能够选择接收每个天线的信号。每个天线可以进行不同频段的信号监测，利用干涉仪原理，进行无线电信号方位测向，俯仰测向。上述无线电信号处理单元6能够同时处理多路信号、控制选择开关7打开的任一路接收进行信号的接收，对同时打开的三路信号进行测向。上述无线电信号处理单元6对无线电信号进行快速采集、测量特征值、进行筛选、并通过天线阵进行方位俯仰测向。具体步骤是无线电信号处理单元6对无线电信号进行高速采集，并做时域到频域的FFT变换，进一步进行特征值的测量，通过DBSCAN聚类算法进行数据筛选，并通过十字交叉的天线阵进行方位俯仰测向。本发明的无线电信号可视化监测定位识别系统还具有安装于转台上端面随转台一起旋转的罗盘10，随转台一起旋转的天线阵8根据罗盘的方位值按不同的角度采集无线电信号，把最终的结果传输到融合处理单元3。上述融合处理单元3形成的最后的图像数据包装成网络可传输的数据包。

如图2、图3所示，无线电信号可视化监测定位识别系统从上往下依次是摄像模块1以及视频信号处理单元2、线路安装盒11、线路安装壳12、转台9。转台9的结构本身为已有技术，转台9即为回转工作台（能转动的平台），转台9由转台电机驱动旋转，转台9的转动受转台电机控制电路5的控制并通过罗盘确定方位，可以按照设定的速度进行360º旋转。转台电机、转台电机控制电路5安装于转台的底座内。网线13从转台9的底座伸出，它具备tcp协议，可以实现远距离的数据传输，可灵活部署。摄像模块1采用高清摄像机在转台的转动下可对周围环境进行360º 视频采集合成。线路安装盒11的外侧面安装（一个平面上垂直分布）有监测测向天线阵8，天线阵由五个喇叭型天线构成，五个天线形成十字型分布。监测时每个天线都可以分别监测不同频段，测量特征值。横向组成三个天线进行方位测向，纵向组成三个天线进行俯仰测向。快速切换测向确定信号源的位置。图3中的喇叭型天线可以是长方形开口（或者方口）的喇叭天线，如果是测5G的信号，一般是长方形开口（或者方口）的喇叭天线。线路安装盒11内的线路板上安装有选择开关7、无线电信号处理单元6。选择开关7、无线电信号处理单元6构成天线切换/信号处理单元，选择开关进行天线切换，可以实现天线的快速切换。无线电信号处理单元6对天线采集的信号进行测量识别。线路安装壳12内的线路板上安装有融合处理单元3。融合处理单元把视频信号和无线电信号特征可视化后进行整合。可视化信号特征和摄像机拍摄的物体进行数字处理。并把数据进行保存。显示设备4由网线13（通过tcp协议）与融合处理单元3连接而进行通信，把经过进行叠加的增强显示结果进行输出。

上述系统工作时，通过转台转动一定的角度再次进行特征值的测量，信号的特征值会随着转台转动而呈现出增强或者减弱的趋势。二维的信号源位置信息和信号特征的变化数值转化成场强热力图。同时视频处理模块通过转台转动把图像拼接成全景图，通过融合处理单元在图像上把有二维信息的热力图半透明的叠加到实际拍摄的图像上，形成一种直观的无线电可视化方法。

实施例2：如图1、图2、图3所示，本发明的无线电信号可视化监测定位识别方法采用本发明所述的无线电信号可视化监测定位识别系统，所述的无线电信号可视化监测定位识别系统参见实施例1。所述的无线电信号可视化监测定位识别方法包括如下步骤：

步骤一：将随转台一起旋转的摄像模块形成360º的全景视频图像拼接；

步骤二：使随转台一起旋转的天线阵进行天线切换，进行方位和俯仰的二维测向定位无线电信号，并通过特征值进行信号类型的识别；

步骤三：通过步骤一采集拼接的全景图像和通过步骤二测量并将可视化后的无线电信号合并形成叠加图像，达到增强现实的目的，使人们直观的看到信号在现实中的分布情况。

所述的无线电信号可视化监测定位识别方法详细（更进一步）依次包括如下步骤：

①首先开机初始化，转台9根据罗盘10的角度复位到大地方位的零度。

②采集目标的视频信息，摄像模块1负责采集高清图像数据。

③天线阵8和天线切换/信号处理单元（由选择开关7、无线电信号处理单元6构成）进行无线电信号监测。监测到信号后，确定信号的特征进行二维测向。

④融合处理单元3将基于图像数据与基于频谱场强等特征数据融合，图像上融合方位值；得到增强现实的影像数据。

⑤转台旋转一定的角度，比如90º。

⑥重复步骤②，即采集目标的视频信息，摄像模块1负责采集高清图像数据，并且和前序采集的图像进行拼接。

⑦重复步骤③-⑥，即天线阵8和天线切换/信号处理单元（由选择开关7、无线电信号处理单元6构成）进行无线电信号监测。监测到信号后，确定信号的特征进行二维测向。融合处理单元3将基于图像数据与基于频谱场强等特征数据融合，图像上融合方位值；得到增强现实的影像数据。转台旋转一定的角度，比如90º。采集目标的视频信息，摄像模块1负责采集高清图像数据，并且和前序采集的图像进行拼接。经过采集一周后就可形成360º的现实物体和无线电信号分布组成的增强现实的图像。

本发明的以上实施例提供了一种无线电信号可视化监测定位识别系统及定位识别方法，它能对无线电信号进行可视化，实现对无线电信号可视化、自主监测、实时监控、广泛应用的目的，从而对监测人员确定信号覆盖，频谱管理人员的监管，快速识别信号起到良好的促进作用，进而提高了工作效率。经试验，与已有相关的技术相比，本发明的工作效率提高了20%以上。

Claims (10)

1.一种无线电信号可视化监测定位识别系统，具有显示设备（4），其特征在于所述的无线电信号可视化监测定位识别系统还具有摄像模块（1）、视频信号处理单元（2）、融合处理单元（3）、转台（9）、转台电机控制电路（5）、无线电信号处理单元（6）、选择开关（7）、天线阵（8）；

上述视频信号处理单元（2）是将摄像模块（1）在转台的旋转带动下采集不同角度的图像，拼接形成360º的全景图像；无线电信号处理单元（6）对无线电信号进行快速采集、测量特征值、进行筛选，并通过天线阵进行方位俯仰测向；融合处理单元（3）把图像数据和无线电信息进行融合存储，把不可视的无线电信号经过识别算法转化为带位置的渐变的强度图等形成可视化效果，经过叠加融合形成最后的图像数据；显示设备（4）把最后融合的图像信息显示出来；

上述摄像模块（1）的输出端与视频信号处理单元（2）的输入端相连接而将数字图像信息输出到融合处理单元（3），所述天线阵（8）与选择开关（7）相连接，选择开关（7）与无线电信号处理单元（6）相连接，无线电信号处理单元（6）控制选择开关（7）实现天线的通断控制，无线电信号处理单元（6）的输出端与融合处理单元（3）的输入端相连接，融合处理单元（3）具有两路输出，其中一路的信号显示输出端与显示设备（4）相连接，另一路的输出端与转台电机控制电路（5）的输入端相连接。

2.根据权利要求1所述的无线电信号可视化监测定位识别系统，其特征在于上述摄像模块（1）为工业摄像机。

3.根据权利要求1所述的无线电信号可视化监测定位识别系统，其特征在于上述天线阵（8）为十字交叉的5个喇叭宽频天线，这5个喇叭宽频天线与选择开关（7）相连接，能够选择接收每个天线的信号，每个天线进行不同频段的信号监测，利用干涉仪原理，进行无线电信号方位测向，俯仰测向。

4.根据权利要求1所述的无线电信号可视化监测定位识别系统，其特征在于上述无线电信号处理单元（6）能够同时处理多路信号、控制选择开关（7）打开的任一路接收进行信号的接收，对同时打开的三路信号进行测向。

5.根据权利要求1所述的无线电信号可视化监测定位识别系统，其特征在于上述无线电信号处理单元（6）对无线电信号进行快速采集、测量特征值、进行筛选、并通过天线阵进行方位俯仰测向，具体步骤是无线电信号处理单元（6）对无线电信号进行高速采集，并做时域到频域的FFT变换，进一步进行特征值的测量，通过DBSCAN聚类算法进行数据筛选，并通过十字交叉的天线阵进行方位俯仰测向。

6.根据权利要求1所述的无线电信号可视化监测定位识别系统，其特征在于它还具有安装于转台上端面随转台一起旋转的罗盘（10），随转台一起旋转的天线阵（8）根据罗盘的方位值按不同的角度采集无线电信号，把最终的结果传输到融合处理单元（3）。

7.根据权利要求1所述的无线电信号可视化监测定位识别系统，其特征在于上述融合处理单元（3）形成的最后的图像数据包装成网络可传输的数据包。

8.一种无线电信号可视化监测定位识别方法，它采用权利要求1 所述的无线电信号可视化监测定位识别系统，其特征在于所述的无线电信号可视化监测定位识别方法包括如下步骤：

步骤一：将随转台一起旋转的摄像模块形成360º的全景视频图像拼接；

步骤二：使随转台一起旋转的天线阵进行天线切换，进行方位和俯仰的二维测向定位无线电信号，并通过特征值进行信号类型的识别；

步骤三：通过步骤一采集拼接的全景图像和通过步骤二测量并将可视化后的无线电信号合并形成叠加图像，使人们直观的看到信号在现实中的分布情况。

9.一种无线电信号可视化监测定位识别方法，它采用权利要求6所述的无线电信号可视化监测定位识别系统，其特征在于所述的无线电信号可视化监测定位识别方法包括如下步骤：

①首先开机初始化，转台（9）根据罗盘（10）的角度复位到大地方位的零度；

②采集目标的视频信息，摄像模块（1）负责采集高清图像数据；

③天线阵（8）和进行无线电信号监测，监测到信号后，确定信号的特征进行二维测向，所述天线切换/信号处理单元由选择开关（7）、无线电信号处理单元（6）构成；

④融合处理单元（3）将基于图像数据与基于频谱场强等特征数据融合，图像上融合方位值，得到增强现实的影像数据；

⑤转台旋转一定的角度；

⑥重复步骤②，即采集目标的视频信息，摄像模块（1）负责采集高清图像数据，并且和前序采集的图像进行拼接；

⑦重复步骤③-⑥，即天线阵（8）和天线切换/信号处理单元进行无线电信号监测，监测到信号后，确定信号的特征进行二维测向，所述天线切换/信号处理单元由选择开关（7）、无线电信号处理单元（6）构成；融合处理单元（3）将基于图像数据与基于频谱场强等特征数据融合，图像上融合方位值，得到增强现实的影像数据，转台旋转一定的角度，采集目标的视频信息，摄像模块（1）负责采集高清图像数据，并且和前序采集的图像进行拼接，经过采集一周后就可形成360º的现实物体和无线电信号分布组成的增强现实的图像。

10.根据权利要求9所述的无线电信号可视化监测定位识别方法，其特征在于上述的步骤⑤中转台旋转的角度为90º。

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