CN111901064B - 一种基于无线电考试数字作弊信号的监测管制设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于无线电考试数字作弊信号的监测管制设备，包括宽带全向天线，宽带全向天线从左至右依次通信连接有T/R组件、合路器、射频模块、数字信号处理模块和主控模块，合路器和主控模块之间还连接有多通道信号源模块，T/R组件、射频模块、数字信号处理模块、主控模块和多通道信号源模块均连接有电源模块，数字信号处理模块与T/R组件通信连接。能够对主流作弊频段在内的无线电频谱进行扫描，快速识别分析作弊信号并产生针对而有效的灵巧干扰信号；内部采取多通道机制进行信道预置控守，可以同一时刻干扰阻断多个作弊信号；多个设备可以通过专网或公网进行组网，实现网络化、信息化管理维护。
Description
技术领域
本发明涉及无线电侦测设备技术领域，具体来说，涉及一种基于无线电考试数字作弊信号的监测管制设备。
背景技术
近年来，高科技作弊在大型人事考试、教育考试中时有发生，严重影响了人才选拔的公平性。作弊器材的研发、生产、销售，枪手团队和作弊考生已形成了灰色产业链。
无线电考试作弊信号大体分为两类：一类是以FM模拟话为代表的传统语音作弊信号；另一类是以FSK、PSK、Lora等数字信号为代表的新型数字作弊信号。其中，新型数字作弊信号在查获的犯罪案例中所占比例越来越高，并成为现阶段作弊主流和发展趋势，究其主要原因是：1.采用低码速率传输技术，抗干扰能力极强，功率压制几乎无效；2.信息传输效率高，在1-2秒内即可完成大量信息传输，即使控守频点也很难进行测向定位；3.采用商业集成化载体芯片，软件重构方便，利于作弊器材智能化和微型化。
当前，应对数字作弊信号采取的主要手段是引导干扰。引导干扰的方法是首先针对一定频率范围的无线电信号进行监测，然后快速捕获可疑信号并分析其信号参数，最后采取同体制或窄带噪声调频进行瞄准干扰。引导干扰的缺点是在同一时刻只能对单个作弊信号进行干扰，对考场内同一时刻的其它作弊信号束手无策，而且在干扰效果上无法保证。
专利号为201320362022.3公开了一种能智能压制短时无线电考试作弊信号的一体化设备，其采用单通道设计，可以处理单一的短时突发数字作弊信号，但对同一时刻出现多个作弊信号的实际存在情况未进行考虑，导致出现作弊信号遗漏或真实作弊信号隐藏在误导信号之后的潜在风险；其在信号发生器内产生调制模式、带宽与作弊信号相同的基带干扰信号，对FSK、PSK数字作弊信号有一定的干扰效果，但无法对新型Lora数字作弊信号起作用，因为Lora采取专利扩频调制跳频抗干扰技术，在不同的信号参数组合下可实现多个传输信号占用同一信道互不影响；此外忽视对外通信联网设计，不利于设备大规模部署后的综合统一管理，客观上认为利用手机频段进行通信会造成信号开窗并留下了作弊可能，而实际上通过合理的设备部署既可以保证考场内小功率手机屏蔽器起到信号屏蔽作用也不会对设备本身通信造成影响。
发明内容
针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种基于无线电考试数字作弊信号的监测管制设备，能够对主流作弊频段在内的无线电频谱进行扫描，快速识别分析作弊信号并产生针对而有效的灵巧干扰信号；内部采取多通道机制进行信道预置控守，可以同一时刻干扰阻断多个作弊信号；多个设备可以通过专网或公网进行组网，实现网络化、信息化管理维护。
为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种基于无线电考试数字作弊信号的监测管制设备，包括宽带全向天线，所述宽带全向天线从左至右依次通信连接有T/R组件、合路器、射频模块、数字信号处理模块和主控模块，所述合路器和所述主控模块之间还连接有多通道信号源模块，所述T/R组件、射频模块、数字信号处理模块、主控模块和多通道信号源模块均连接有电源模块，所述数字信号处理模块与所述T/R组件通信连接。
进一步地，所述宽带全向天线为无源筒锥天线。
进一步地，所述T/R组件内设有T/R开关电路和50W功放保护控制电路。
进一步地，所述合路器采用双路合路器。
进一步地，所述射频模块采用超外差一次变频结构，所述射频模块包括开关滤波器组、低噪声放大器、混频器、本振和中频滤波器放大器，所述开关滤波器组采用LTCC滤波器组，所述本振采用集成VCO的小数分频锁相环芯片HMC835。
进一步地，所述数字信号处理模块前端采用宽带捷变频收发芯片AD9361，所述数字信号处理模块后端采用FPGA和DSP进行基带数字信号处理，所述FPGA采用Cyclone IV系列的EP4CE115，所述DSP采用TMS320C6747。
进一步地，所述主控模块采用ARM cortex平台，所述主控模块通过LTE模块连接有基站。
进一步地，所述多通道信号源模块采用多支路Lora专用集成化芯片。
进一步地，所述电源模块外部连接有220V交流电，所述电源模块经AC-DC和DC-DC输出的直流电压分别为5.5V、12V和28V。
本发明的有益效果：集侦察干扰一体化的小型化高度集成技术架构，融入软件无线电设计理念，具备对考场区域100-1300MHz频率范围内FSK、PSK、Lora等数字作弊信号的快速捕获、解调解码、灵巧干扰、存储举证等；自动添加作弊频点进行信道控守，在同一时刻可以进行多个作弊信号目标的解调解码并进一步实施干扰，解决了发现式干扰系统容易被误导或遗漏目标的缺点；支持分布式组网，通过有线或LTE4G方式上传设备状态信息，中心汇总，减轻人员工作强度，提高信息化管理水平。
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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例所述的一种基于无线电考试数字作弊信号的监测管制设备的结构框图；
图2是根据本发明实施例所述的一种基于无线电考试数字作弊信号的监测管制设备电路原理图；
图3是根据本发明实施例所述的分布式无线组网的结构框图。
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所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-2所示，根据本发明实施例所述的一种基于无线电考试数字作弊信号的监测管制设备，包括宽带全向天线，所述宽带全向天线从左至右依次通信连接有T/R组件、合路器、射频模块、数字信号处理模块和主控模块，所述合路器和所述主控模块之间还连接有多通道信号源模块，所述T/R组件、射频模块、数字信号处理模块、主控模块和多通道信号源模块均连接有电源模块，所述数字信号处理模块与所述T/R组件通信连接。
宽带全向天线，用于所处环境中无线电信号的接收和设备干扰信号的发射；
T/R组件，用于将干扰信号放大至所需的功率能量并完成收发信号的快速切换；
合路器，用于将接收的信号功分两路分别到射频模块和多通道信号源模块，将数字信号处理模块和多通道信号源模块送来的干扰信号进行合路输出；
射频模块，用于将接收的宽带射频信号变频至固定中频，获取较大的瞬时带宽和合理的信道增益；
数字信号处理模块，用于实现中频频谱的监测、解调、分析等处理工作，分时产生与监测频率范围一致的干扰信号；
主控模块，用于不同功能流程的指令控制，同时扩展了数据存储和数据传输功能；
多通道信号源模块，用于在主控模块的控制下根据接收到的作弊频点信息，进行多通道预置控守，正确解调信号后生成相应的干扰信号；
在本发明的一个具体实施例中，所述宽带全向天线为无源筒锥天线。
在本发明的一个具体实施例中，所述T/R组件内设有T/R开关电路和50W功放保护控制电路。
在本发明的一个具体实施例中，所述合路器采用双路合路器。
在本发明的一个具体实施例中，所述射频模块采用超外差一次变频结构，所述射频模块包括开关滤波器组、低噪声放大器、混频器、本振和中频滤波器放大器，所述开关滤波器组采用LTCC滤波器组，所述本振采用集成VCO的小数分频锁相环芯片HMC835。
在本发明的一个具体实施例中，所述数字信号处理模块前端采用宽带捷变频收发芯片AD9361，所述数字信号处理模块后端采用FPGA和DSP进行基带数字信号处理，所述FPGA采用Cyclone IV系列的EP4CE115，所述DSP采用TMS320C6747。
在本发明的一个具体实施例中，所述主控模块采用ARM cortex平台，所述主控模块通过LTE模块连接有基站。
在本发明的一个具体实施例中，所述多通道信号源模块采用多支路Lora专用集成化芯片。
在本发明的一个具体实施例中，所述电源模块外部连接有220V交流电，所述电源模块经AC-DC和DC-DC输出的直流电压分别为5.5V、12V和28V。
为了方便理解本发明的上述技术方案，以下通过具体使用方式上对本发明的上述技术方案进行详细说明。
本发明所述的一种基于无线电考试数字作弊信号的监测管制设备，其包括宽带全向天线、T/R组件、合路器、射频模块、数字信号处理模块、主控模块、多通道信号源模块和电源模块。
其中，宽带全向天线、T/R组件、合路器、射频模块、数字信号处理模块、主控模块依次相连；多通道信号源模块分别与合路器、主控模块相连；数字信号处理模块与T/R组件相连；T/R组件、射频模块、数字信号处理模块、主控模块、多通道信号源模块分别与电源模块相连。
宽带全向天线采用无源筒锥天线，分别接收发射无线电信号；
T/R组件内部由T/R开关、50W功放及保护、控制等电路组成，T/R开关采取PIN管实现，发射时将输入的干扰信号放大至50W功率进行发射，接收时将功放电源关断，相当于射频开关；
合路器的作用是完成接收信号分配和干扰信号合路，采用双路合路器减少收发路径的损耗。
射频模块采用超外差一次变频结构，将100-1300MHz的宽带射频信号上变频至固定4400MHz带宽为40MHz的中频信号，整个射频链路包括开关滤波器组、低噪声放大器、混频器、本振和中频滤波器放大器，其中，开关滤波器组采用LTCC滤波器组形式实现既可以作为接收时的预选器也可以作为干扰时的后选器，本振采用集成VCO的小数分频锁相环芯片HMC835输出4500-5700MHz本振信号。
数字信号处理模块前端采用ADI公司的宽带捷变频收发芯片AD9361替代传统A/D、D/A，简化收发链路结构，AD9361支持收发频率范围70MHz-6GHz，带宽范围200kHz-56MHz，采取固定4400MHz中频接收方式不用切换内部本振可以提高扫描速度，分时产生100-1300MHz样式为FSK、PSK等的干扰信号；
FPGA采用Altera公司Cyclone IV系列EP4CE115，其具有高效的逻辑集成功能，可满足越来越大的带宽需求，在设备中主要完成射频模块和T/R组件的控制、AD9361的配置管理、收发链路中数字信号的抽取滤波、频谱分析、干扰信号的波形调制等功能；
DSP采用TI公司的TMS320C6747，其是业界一款32位浮点数字信号处理器，可充分满足高能效、连通性设计对高集成度外设、更低热量耗散的需求，在设备中主要完成信号监测、分析、干扰任务等业务以及业务流程的实时调度与管理。
主控模块采用ARM cortex A9平台架构，性能强大，适应Linux操作系统，通过以太网与数字信号处理模块完成数据交互，完成各项功能指令控制与协调，支持作弊信号样式库以.xml文件格式写入修改，扩展micro SD卡用于数据存储，扩展mini PCIe接口用于LTE4G无线数据传输。
多通道信号源模块采用多支路Lora专用集成化芯片实现对Lora数字作弊信号的多目标控守，主要原因是Lora采取专利扩频调制跳频抗干扰技术而在作弊活动中使用非常频繁，实际监考中发现同一时刻真实存在多个Lora体制作弊信号，针对此现象具体做法是当捕获匹配为Lora体制作弊信号后，进行信道预置控守，正确解调还原出原始数据，加载相应算法生成灵巧干扰信号，即使在首次捕获引导配置的情况下也能于20ms内实现快速同步。
电源模块将外界交流220V经AC-DC、DC-DC输出5.5V电压到射频模块和多通道信号源模块，输出12V电压到数字信号处理模块和主控模块，输出直流28V电压到T/R组件。
在具体使用时，根据本发明所述的一种基于无线电考试数字作弊信号的监测管制设备，如图3所示，采用分布式无线组网应用方案，监测管制设备分布在不同学校考点，编号为1-N，通过LTE 4G网络分别接入所属小区的基站，由移动数据中心进行数据汇总后光纤接入本地服务器，最终在上级管理平台进行呈现和管控，同时可以通过网关将数据过滤后，安全接入到教育专网进行呈现。而有线组网的拓扑结构更为简洁，区别在于监测管制设备通过有线方式接入互联网，而非走空中接口。
综上所述，借助于本发明的上述技术方案，可以对考场区域100-1300MHz频率范围内的FSK、PSK、Lora等数字作弊信号进行快速捕获、解调解码、灵巧干扰、存储举证等，具备同一时刻多通道控守遏止新型Lora体制作弊信号的能力，支持4G LTE分布式无线组网应用提高信息化管理水平。该设备采用软件无线电设计理念，可以通过软件升级的手段，及时更新作弊信号样式库以应对新型作弊信号。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (6)
1.一种基于无线电考试数字作弊信号的监测管制设备，其特征在于，包括宽带全向天线，所述宽带全向天线从左至右依次通信连接有T/R组件、合路器、射频模块、数字信号处理模块和主控模块，所述合路器和所述主控模块之间还连接有多通道信号源模块，所述T/R组件、射频模块、数字信号处理模块、主控模块和多通道信号源模块均连接有电源模块，所述数字信号处理模块与所述T/R组件通信连接，所述T/R组件内设有T/R开关电路和50W功放保护控制电路，所述射频模块采用超外差一次变频结构，所述射频模块包括开关滤波器组、低噪声放大器、混频器、本振和中频滤波器放大器，所述开关滤波器组采用LTCC滤波器组，所述本振采用集成VCO的小数分频锁相环芯片HMC835，所述多通道信号源模块采用多支路Lora专用集成化芯片。
2.根据权利要求1所述的一种基于无线电考试数字作弊信号的监测管制设备，其特征在于，所述宽带全向天线为无源筒锥天线。
3.根据权利要求1所述的一种基于无线电考试数字作弊信号的监测管制设备，其特征在于，所述合路器采用双路合路器。
4.根据权利要求1所述的一种基于无线电考试数字作弊信号的监测管制设备，其特征在于，所述数字信号处理模块前端采用宽带捷变频收发芯片AD9361，所述数字信号处理模块后端采用FPGA和DSP进行基带数字信号处理，所述FPGA采用Cyclone IV系列的EP4CE115，所述DSP采用TMS320C6747。
5.根据权利要求1所述的一种基于无线电考试数字作弊信号的监测管制设备，其特征在于，所述主控模块采用ARM cortex平台，所述主控模块通过LTE模块连接有基站。
6.根据权利要求1所述的一种基于无线电考试数字作弊信号的监测管制设备，其特征在于，所述电源模块外部连接有220V交流电，所述电源模块经AC-DC和DC-DC输出的直流电压分别为5.5V、12V和28V。
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