CN112730993B - 一种电磁环境监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电磁环境监测系统，包括：天线接收装置、信号选通装置、频谱测量装置以及计算机控制装置；所述天线接收装置用于通过全向天线和定向天线接收电磁场信号；所述信号选通装置用于将所述电磁场信号输入到射频开关，控制所述电磁场信号交替通过所述射频开关输出到所述频谱测量装置；所述频谱测量装置用于根据预设监测频率范围和频率分辨率测量所述射频开关输出的电磁场信号的幅度得到频谱数据；所述计算机控制装置用于对频谱数据进行分析得到电磁场信号的幅度及传播方向。采用本发明公开的电磁环境监测系统，能够实现自动监测电磁环境，不仅可显示监测区域的电磁场幅度，还可显示电磁场传播方向，便于分析电磁环境分布状况。

Description

一种电磁环境监测系统

技术领域

本发明涉及计算机应用技术领域，具体涉及一种电磁环境监测系统。

背景技术

近年来，随着经济社会的快速发展，高频电子技术的应用越来越广泛，电磁设备使用率也越来越高。目前，通常采用综合场强分析仪或者采用天线(或探头)连接频谱分析仪(或其他频谱测量装置)的方式监测电磁环境，现有技术还加入了计算机对监测系统进行控制，旨在实现自动化的监测和数据处理。但是上述多种电磁环境监测产品通常只能实现对电磁场幅度的测量，对产品的改进主要在于实现自动化的监测和数据处理，比如文献“自动化电磁环境监测系统软件开发与实现，作者王玥、刘琦等”提出的电磁环境监测系统由升降杆、测试天线、信号分析仪、射频接收模块、云台、电源模块、控制器、计算机、射频线缆及通信线缆等组成，通过计算机控制天线云台、射频接收模块、信号分析仪等实现不同带宽、不同时段、不同方向、不同极化的电磁环境测量，测量数据为频谱数据和非电磁环境类数据。

然而，电磁场为矢量，既有幅度又有传播方向，现有的电磁环境监测系统给出的是综合强度或频谱(即幅度随频率的变化曲线)，缺失了传播方向方面的信息，无法给出电磁环境的动态。因此，如何同时自动化实现监测电磁环境中磁场信号幅度及传播方向成为目前亟待解决的课题。

发明内容

为此，本发明提供一种电磁环境监测系统，用于解决现有技术中存在的电磁信号监测方式所给出的监测数据只提供了幅度方面的信息，没有传播方向方面的信息的缺陷。

本发明提供一种电磁环境监测系统，包括：天线接收装置、信号选通装置、频谱测量装置以及计算机控制装置；

所述天线接收装置，用于基于预设的全向天线和定向天线接收电磁场信号，并将所述电磁场信号输出到所述信号选通装置；

所述信号选通装置，用于将所述电磁场信号输入到射频开关，控制所述电磁场信号交替通过所述射频开关输出到所述频谱测量装置；

所述频谱测量装置，用于根据预设的监测频率范围和频率分辨率测量所述射频开关输出的电磁场信号的幅度，得到相应的频谱数据；

所述计算机控制装置，用于对所述频谱数据进行分析处理得到电磁场信号的幅度及传播方向，并进行显示。

进一步的，所述的电磁环境监测系统，还包括定位装置；所述定位装置，用于获取当前监测位置的坐标数据及监测时间，并将所述当前监测位置的坐标数据及监测时间输出到所述计算机控制装置；

所述计算机控制装置，用于通过预设的电磁环境地图显示模块，基于所述当前监测位置的坐标数据及监测时间，在地图上将当前监测位置对应的电磁场信号幅度及传播方向以预设的方式进行标识显示。

进一步的，所述天线接收装置由电磁场信号接收天线、支架、第一输出接口组成；

其中，所述电磁场信号接收天线由全向天线和定向天线组成，用于接收电磁场信号；

所述支架用于固定设置所述全向天线和所述定向天线于同一垂直于系统移动方向的水平线上，并使所述全向天线和所述定向天线的中心处于同一高度，所述定向天线分别设置于所述全向天线的两侧，所述定向天线的指向为背向所述全向天线；

所述第一输出接口用于分别将所述全向天线和所述定向天线接收到的电磁场信号输出到所述信号选通装置。

进一步的，所述信号选通装置由场信号输入接口、射频开关、控制信号输入接口、控制信号转换模块、第二输出接口组成；

其中，所述场信号输入接口分别与所述天线接收装置的第一输出接口相连，用于将电磁场信号输送到所述射频开关；

所述控制信号输入接口与所述计算机控制装置的输入输出接口相连，用于将所述计算机控制装置输出的控制信号输入到所述控制信号转换模块；

所述控制信号转换模块用于将转换后的控制信号输入到所述射频开关，并控制所述射频开关切换开关状态，使所述场信号输入接口接收到的电磁场信号交替通过所述射频开关。

进一步的，所述天线接收装置为三合一天线接收装置，包含用于分别接收三路电磁场信号一副全向天线和两副定向天线以及三个第一输出接口组成；所述信号选通装置为三路信号选通装置，包含三个场信号输入接口；所述射频开关为具有三个通道的单刀三掷型开关，用于控制输入的电磁场信号中的其中一路电磁场信号通过同时另外两路电磁场信不通过；所述控制信号转换模块用于将所述控制信号输入接口接收的所述计算机控制装置发送的控制信号转换为使射频开关以预设的时间来切换开关状态的信号，实现控制所述三路电磁场信号交替通过所述射频开关输出到所述频谱测量装置。

进一步的，所述频谱测量装置由信号输入接口、频谱分析模块、输入输出接口组成；

其中，所述信号输入接口用于将所述信号选通装置中所述射频开关输出的电磁场信号输入到频谱分析模块；

所述频谱分析模块用于测量所述射频开关输出电磁场信号的幅度，得到相应的频谱数据；

所述输入输出接口与所述计算机控制装置的输入输出接口相连，用于将所述计算机控制装置的控制信号输入到所述频谱分析模块，并将所述频谱数据输出到所述计算机控制装置。

进一步的，所述计算机控制装置包括：信号选通装置控制模块、频谱测量装置控制模块以及电磁场计算模块；

其中，所述信号选通装置控制模块，用于生成控制所述射频开关以目标时间进行交替切换开关状态的控制信号；

所述频谱测量装置控制模块，用于生成启动所述频谱分析模块并使所述频谱分析模块在预设的监测频率范围内以预设的频率分辨率进行测量的控制信号；

所述电磁场计算模块，用于运行预设的算法对所述频谱数据进行分析处理计算得到电磁场信号的幅度及传播方向。

进一步的，所述计算机控制装置还包括：参数输入模块；所述参数输入模块用于获取用户输入的所述监测频率范围和所述频率分辨率。

进一步的，所述计算机控制装置包括定位装置控制模块；所述定位装置控制模块，用于生成对应所述定位装置中定位芯片的控制信号，启动所述定位芯片，控制所述定位芯片获取当前监测位置的坐标数据及监测时间。

进一步的，所述的电磁环境监测系统还包括：可移动平台；所述可移动平台，用于装载所述天线接收装置、所述信号选通装置、所述频谱测量装置、所述计算机控制装置、所述定位装置及相应的电源模块并在监测区域进行移动；所述天线接收装置、所述信号选通装置、所述频谱测量装置、所述计算机控制装置和所述定位装置及相应的电源模块固定设置在所述可移动平台上通过连接线进行连接。

采用本发明提供的所述的电磁环境监测系统，能够实现电磁环境监测自动化，不仅可以显示监测区域的电磁场的幅度，还可以显示电磁场的传播方向，从而便于分析电磁环境分布状况、判断电磁环境是否符合预设标准以及准确得到电磁辐射源的方位。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图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为本发明提供的电磁环境监测系统的结构示意图；

图2为本发明提供的电磁环境监测系统中天线接收装置的结构示意图；

图3为本发明提供的电磁环境监测系统中信号选通装置的结构示意图；

图4为本发明提供的电磁环境监测系统中频谱测量装置的结构示意图；

图5为本发明提供的电磁环境监测系统中定位装置的结构示意图；

图6为本发明提供的电磁环境监测系统的整体结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

下面基于本发明所述的电磁环境监测系统，对其实施例进行详细描述。如图1所示，其为本发明提供的电磁环境监测系统的结构示意图，具体实现过程至少包括：天线接收装置101、信号选通装置102、频谱测量装置103以及计算机控制装置104。所述天线接收装置101，用于基于预设的全向天线1011和定向天线1012接收电磁场信号，并将所述电磁场信号输出到所述信号选通装置102；所述信号选通装置102，用于将所述电磁场信号输入到射频开关1022，控制所述电磁场信号交替通过所述射频开关1022输出到所述频谱测量装置103；所述频谱测量装置103，用于根据预设的监测频率范围和频率分辨率测量所述射频开关1022输出的电磁场信号的幅度，得到相应的频谱数据；所述计算机控制装置104，用于对所述频谱数据进行分析处理得到电磁场信号的幅度及传播方向，并进行显示。

在具体实施过程中，所述天线接收装置101可由电磁场信号接收天线、支架1014、第一输出接口1013等组成。其中，所述电磁场信号接收天线由全向天线1011和定向天线1012组成，用于接收电磁场信号。所述支架1014用于固定设置所述全向天线1011和所述定向天线1012于同一垂直于系统移动方向的水平线上，并使所述全向天线1011和所述定向天线1012的中心处于同一高度，所述定向天线1012分别设置于所述全向天线1011的两侧，所述定向天线1012的指向为背向所述全向天线1011。所述第一输出接口1013用于分别将所述全向天线1011和所述定向天线1012接收到的电磁场信号输出到所述信号选通装置102。

所述信号选通装置102由场信号输入接口1021、射频开关1022、控制信号输入接口1024、控制信号转换模块1023、第二输出接口1025组成。其中，所述场信号输入接口1021分别与所述天线接收装置101的第一输出接口1013相连，用于将电磁场信号输送到所述射频开关1022。所述控制信号输入接口1024与所述计算机控制装置104的输入输出接口相连，用于将所述计算机控制装置104输出的控制信号输入到所述控制信号转换模块1023。所述控制信号转换模块1023用于将转换后的控制信号输入到所述射频开关1022，并控制所述射频开关1022切换开关状态，使所述场信号输入接口1021接收到的电磁场信号交替通过所述射频开关1022。

如图2和3所示，在具体实施过程中，所述天线接收装置101可为三合一天线接收装置101，包含用于分别接收三路电磁场信号一副全向天线1011和两副定向天线1012、支架1014以及第一输出接口1013等组成。所述支架1014将上述三副天线固定在一条水平线上，这条水平线垂直于系统移动的方向，并使三副天线的中心在同一高度、两副定向天线1012位于全向天线1011的两侧、定向天线1012的指向为背向全向天线1011。所述第一输出接口1013为三个，分别将三副天线接收到的电磁场信号输出到信号选通装置102。相应的，所述信号选通装置102为三路信号选通装置，包含三个场信号输入接口1021，分别与三合一天线接收装置101的三个第一输出接口1013相连，将电磁场信号输入到射频开关1022。所述射频开关1022为具有三个通道的单刀三掷型开关，用于控制输入的电磁场信号中的其中一路电磁场信号通过同时另外两路电磁场信不通过。所述控制信号转换模块1023用于将所述控制信号输入接口1024接收的所述计算机控制装置104发送的控制信号转换为使射频开关1022以预设的时间来切换开关状态的信号，实现控制所述三路电磁场信号交替通过所述射频开关1022，基于所述第二输出接口1025将通过射频开关1022的电磁场信号输出到所述频谱测量装置103。

所述频谱测量装置103由信号输入接口1032、频谱分析模块1031、输入输出接口1033组成。其中，所述信号输入接口1032用于将所述信号选通装置102中所述射频开关1022输出的电磁场信号输入到频谱分析模块1031。所述频谱分析模块1031用于测量所述射频开关1022输出电磁场信号的幅度，得到相应的频谱数据。所述输入输出接口1033与所述计算机控制装置104的输入输出接口相连，用于将所述计算机控制装置104的控制信号输入到所述频谱分析模块1031，并将所述频谱数据输出到所述计算机控制装置104。如图4所示，在具体实施过程中，所述信号输入接口1032用于将三路信号选通装置的输出信号输入到频谱分析模块1031。频谱分析模块1031测量信号在各个频率处的幅度，形成频率-幅度数据，即频谱数据。

所述计算机控制装置104包括：信号选通装置控制模块、频谱测量装置控制模块以及电磁场计算模块。其中，所述信号选通装置控制模块，用于生成控制所述射频开关1022以目标时间进行交替切换开关状态的控制信号。所述频谱测量装置控制模块，用于生成启动所述频谱分析模块1031并使所述频谱分析模块1031在预设的监测频率范围内以预设的频率分辨率进行测量的控制信号。所述电磁场计算模块，用于运行预设的算法对所述频谱数据进行分析处理计算得到电磁场信号的幅度及传播方向。另外，所述计算机控制装置104还包括参数输入模块。所述参数输入模块用于获取用户输入的所述监测频率范围和所述频率分辨率。

具体的，所述信号选通装置控制模块生成对射频开关1022的控制信号，控制射频开关1022交替切换的时间，也就是决定了输入到信号选通装置102的三个场信号输入接口1021的电磁场信号交替通过的时间t_通，其具体计算公式(1)如下：

式中，v_频为频谱分析模块1031的频谱分析速度；t₀为射频开关1022完成一次物理切换所需时间；BW为监测频率范围；RBW为频率分辨率。

所述频谱测量装置控制模块生成对频谱分析模块1031的控制信号，控制信号启动频谱分析模块1031，使频谱分析模块1031在设定的监测频率范围BW内以设定的频率分辨率RBW进行测量，从而形成频谱数据并输出到计算机控制装置104的电磁场计算模块。上述频谱分析模块1031的控制信号时间间隔也为t_通，但比射频开关1022的控制信号延迟时间t₀。由此天线接收装置101接收到的电磁场信号交替通过信号选通装置102进入频谱测量装置103，形成三副天线各自对应的频谱数据(记为一组数据)，这个过程持续进行，直到测试结束，共得到M组数据。记第i(i＝1,2,…,M)组数据为

其中，/>

为全向天线1011对应的频谱数据，/>

分别为左侧、右侧定向天线1012对应的频谱数据，/>

均为维度是N*2的矩阵，矩阵的第一列为频率(单位Hz)，矩阵的第二列为幅度(单位dBV)，其中N为频率点数。

所述定位装置控制模块生成对定位芯片1061的控制信号，控制信号启动定位芯片1061，将监测时间和监测位置的坐标数据持续输出到计算机控制装置104。电磁场计算模块用于根据频谱数据计算电磁场信号的幅度和传播方向，对于任意第i组数据中的第j个频率，具体计算公式如下：

电场的幅度：

单位dBV/m。其中，

为全向天线1011对应的频谱数据矩阵的第j行、第2列的值，即第j个频率的幅度；K_中(j)为全向天线1011在第j个频率处的天线因子(单位dB/m)；G_中(j)为全向天线1011在第j个频率处的增益(单位dBi)；C_b(j)为连接线b在第j个频率处的损耗(单位dB)；M_中(j)为射频开关1022的对应全向天线1011通道的损耗(单位dB)。K_中(j)、G_中(j)可从全向天线1011的产品手册中得到，C_b(j)可从连接线b的产品手册中得到，M_中(j)可从射频开关1022的产品手册中得到。

磁场的幅度：H＝E-51.52，单位dBA/m。

电磁场的传播方向：首先计算

其中，/>

分别为左侧、右侧定向天线1012对应的频谱数据矩阵的第j行、第2列的值，即第j个频率的幅度；K_左(j)、K_右(j)为左侧、右侧定向天线1012在第j个频率处的天线因子(单位dB/m)；G_左(j)、G_右(j)为左侧、右侧定向天线1012在第j个频率处的增益(单位dBi)；C_a(j)、C_c(j)为连接线a、c在第j个频率处的损耗(单位dB)；M_左(j)、M_右(j)为射频开关1022的对应左侧、右侧定向天线1012通道的损耗。K_左(j)、K_右(j)、G_左(j)、G_右(j)可从定向天线1012的产品手册中得到C_a(j)、C_c(j)可从连接线a、c的产品手册中得到，M_左(j)、M_右(j)可从射频开关1022的产品手册中得到，在此不做具体限定。然后取T_左、T_右中的最大者T_max＝max(T_左,T_右)，在最大者所对应的定向天线1012的方向图中查找T_max/E对应的角度，得到两个角度θ、360-θ(0≤θ<90)。

最后，若

则电磁场的传播方向为系统移动方向往T_max对应的定向天线1012偏90-θ角度的方向；反之，则电磁场的传播方向为系统移动方向往T_max对应的定向天线1012偏90+θ角度的方向。

另外，在本发明实施例中，所述的电磁环境监测系统还可包括定位装置106。所述定位装置106用于获取当前监测位置的坐标数据及监测时间，并将所述当前监测位置的坐标数据及监测时间输出到所述计算机控制装置104。相应的，所述计算机控制装置104包括定位装置控制模块，所述定位装置控制模块用于生成对应所述定位装置106中定位芯片1061的控制信号，启动所述定位芯片1061，控制所述定位芯片1061获取当前监测位置的坐标数据及监测时间。所述计算机控制装置104通过预设的电磁环境地图显示模块，并基于所述当前监测位置的坐标数据及监测时间在地图上将当前监测位置对应的电磁场信号幅度及传播方向以预设的方式进行标识显示，比如将监测位置对应的电磁场幅度和传播方向分别以颜色和箭头显示出来。具体的，如图5所示，所述定位装置106可由定位芯片1061、输出接口组成。所述定位芯片1061获取监测位置的坐标数据，所述输出接口将坐标数据输出到计算机控制装置104。

如图6所示，所述的电磁环境监测系统还包括可移动平台108。所述可移动平台108用于装载所述天线接收装置101、所述信号选通装置102、所述频谱测量装置103、所述计算机控制装置104、所述定位装置106及相应的电源模块107并在监测区域进行移动。所述天线接收装置101、所述信号选通装置102、所述频谱测量装置103、所述计算机控制装置104和所述定位装置106及相应的电源模块107固定设置在所述可移动平台108上通过连接线进行连接。在可移动平台108上固定设置系统的天线接收装置101、信号选通装置102、频谱测量装置103、定位装置106以及计算机控制装置104，天线接收装置101的三个输出接口①、②、③通过连接线a、b、c分别与信号选通装置102中三个场信号输入接口1021的④、⑤、⑥相连，信号选通装置102中控制信号输入接口1024的⑦通过连接线d与计算机控制装置104的输入输出接口

相连，信号选通装置102的输出接口⑧通过连接线e与频谱测量装置103的输入接口⑨相连，频谱测量装置103的输入输出接口⑩通过连接线f与计算机控制装置104的输入输出接口/>

相连，定位装置106的输出接口/>

通过连接线g与计算机控制装置104的输入输出接口/>

相连，计算机控制装置104的电源接口/>

通过连接线h与电源模块107的输出接口

相连。

在一个完整实施例中，本发明提出的电磁环境监测系统由天线接收装置101、信号选通装置102、频谱测量装置103、定位装置106、计算机控制装置104、电源模块107以及可移动平台108组成，具体功能及连接实现过程如下：

所述天线接收装置101可由一副双锥天线SBA9113B(即全向天线1011)、两副对数周期天线SAS-517(即定向天线1012)、支架1014、三个N型接头组成。支架1014由含有三个安装孔的长条形面板和位于面板下方的柱形支撑体组成，且三个安装孔在一条平行于长条形面板长边的水平线上、长条形面板长边垂直于系统移动方向。天线通过安装孔安装在长条形面板的上面，双锥天线安装在中间的安装孔，两副对数周期天线分别安装在左右两边的安装孔，两副对数周期天线的指向均平行于长条形面板长边且均背向双锥天线。三个N型接头在长条形面板的下面，作为三个第一输出接口①、②、③，通过三个安装孔跟天线相连。

所述信号选通装置102由四个N型接头(其中三个作为场信号输入接口1021、一个作为输出接口)、单刀三掷型射频开关1022、一个USB接口、USB转TTL模块(即控制信号转换模块1023)组成。单刀三掷型射频开关1022有三个输入端口、一个输出端口、一组控制端口，USB转TTL模块有一个输入端口、一组输出端口，其中，单刀三掷型射频开关1022的三个输入端口跟作为场信号输入接口1021的④、⑤、⑥三个N型接头相连；单刀三掷型射频开关1022的一个输出端口跟作为第二输出接口1025的⑧N型接头相连；单刀三掷型射频开关1022的一组控制端口跟USB转TTL模块的一组输出端口相连；USB转TTL模块的一个输入端口跟作为控制信号输入接口1024的⑦USB接口相连。

所述频谱测量装置103由一个N型接口、频谱分析模块1031(RSA306B)、1个USB接口组成。频谱分析模块1031有一个输入端口、1个输入输出端口，1个输入端口跟作为装置输入接口⑨的1个N型接口相连，1个输入输出端口跟作为装置输入输出接口⑩的1个USB接口相连。

所述定位装置106由定位芯片1061(UBX-M8030)、1个USB接口组成。定位芯片1061端口跟作为输出接口

的USB接口相连。

所述计算机控制装置104有三个USB接口作为输入输出接口

一个电源接口/>

计算机控制装置104中包含参数输入模块、信号选通装置控制模块、频谱测量装置控制模块、定位装置控制模块、电磁场计算模块、电磁环境地图显示模块，可通过MATLAB软件实现，并预先把产品手册中频谱分析模块1031的频谱分析速度，射频开关1022完成一次物理切换所需时间、三个通道的损耗，三副天线的天线因子、增益和方向图以及连接线a、b、c的损耗，输入到计算机控制装置中：

1)所述参数输入模块，可利用MATLAB的键盘输入函数，提示用户输入监测频率范围BW、频率分辨率RBW。

2)信号选通装置控制模块，利用MATLAB的串口通信功能，向接口

交替循环输出三组数：‘1’‘0’‘1’、‘0’‘1’‘1’、‘1’‘1’‘0’。三组数之间的时间间隔为/>

式中，v_频为频谱分析模块1031的频分析速度，t₀为射频开关1022完成一次物理切换所需时间。三组数的含义为分别使射频开关1022的三个通道中的中间通道、左边通道、右边通道连通，即分别使双锥天线、左侧对数周期天线、右侧对数周期天线接收到的电磁场信号通过。

3)频谱测量装置控制模块，可根据频谱分析模块1031提供的应用程序编程接口(API)，在MATLAB中编写循环程序语句，第一次循环开始的时间为较三路信号选通装置控制模块的时间延迟t₀，每次循环时间间隔为t_通，循环的内容为启动频谱分析模块1031在监测频率范围BW内以频率分辨率RBW进行测量，并返回频谱数据。

4)所述定位装置控制模块，可利用MATLAB的读取数据函数，读取定位芯片1061输出的监测时间和监测位置坐标数据。

5)所述电磁场计算模块，可用于获取频谱分析模块1031所返回的M组频谱数据，并利用MATLAB软件读取每组频谱数据对应的格式

(i＝1,2,…,M)，其中，/>

为双锥天线对应的频谱数据，/>

分别为左侧、右侧对数周期天线对应的频谱数据，/>

均为维度是N*2的矩阵，矩阵第一列为频率(单位Hz)，矩阵第二列为幅度(单位dBV)，其中N为频率点数。再利用MATLAB的运算函数、查找函数计算第i(i＝1,2,…,M)组数据中的第j(j＝1,2,…,N)个频率对应的电磁场幅度和传播方向：

a)电场的幅度为

单位dBV/m。其中，/>

为双锥天线对应的频谱数据矩阵的第j行、第2列的值，即第j个频率的幅度；K_中(j)为双锥天线在第j个频率处的天线因子(单位dB/m)；G_中(j)为双锥天线在第j个频率处的增益(单位dBi)。b)磁场的幅度为/>

单位dBA/m。c)电磁场的传播方向：i.计算

其中，/>

分别为左侧、右侧对数周期天线对应的频谱数据矩阵的第j行和第2列的值，即第j个频率的幅度；K_左(j)、K_右(j)为左侧、右侧对数周期天线在第j个频率处的天线因子(单位dB/m)；G_左(j)、G_右(j)为左侧、右侧对数周期天线在第j个频率处对应的增益(单位dBi)。ii.取T_左、T_右中的最大者T_max＝max(T_左,T_右)，在最大者所对应的定向天线1012的方向图中查找T_max/E对应的角度，得到两个角度θ、360-θ(0≤θ<90)。iii.若/>

则电磁场的传播方向为系统移动方向往T_max对应的定向天线1012偏90-θ角度的方向；若

则电磁场的传播方向为系统移动方向往T_max对应的定向天线1012偏90+θ角度的方向。

6)所述电磁环境地图显示模块，可利用MATLAB软件中的绘图函数，根据监测时间和监测位置坐标数据，在地图上将监测位置对应的电磁场幅度和传播方向分别以颜色和箭头显示出来。

需要说明的是，在具体实施过程中，所述双锥天线可改为单极子天线、偶极子天线等其他全向天线1011；所述支架1014的结构可改为能够实现将三副天线支撑在一条水平线上的其他结构；所述N型接头可改为其他同轴型接头；所述单刀三掷型射频开关1022(PE71S6242)可改为至少具有三个通道、能够通过信号自动控制的其他型号射频开关1022；所述USB转TTL模块CH340G可改为能够将计算机输出的信号转换为控制射频开关1022的信号的其他型号控制信号转换模块1023；所述频谱分析模块1031(RSA306B)可改为能够给出信号频谱、具有API接口的其他型号频谱分析模块1031；所述定位芯片1061(UBX-M8030)可改为能够实时获取地理位置的其他型号定位芯片1061；所述计算机控制装置104中通过MATLAB软件实现的各部分可通过其他编程软件实现；所述电源模块107可改为能够输出220V/50Hz交流电的其他类型电池或电源；所述可移动平台108为平板推车，也可改为机动车；在此不做具体限定。

采用本发明提供的所述的电磁环境监测系统，能够实现电磁环境监测自动化，不仅可以显示监测区域的电磁场的幅度，还可以显示电磁场的传播方向，从而便于分析电磁环境分布状况、判断电磁环境是否符合预设标准以及准确得到电磁辐射源的方位。

以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是软件单元。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施上述方案内容。

通过以上的实施方式的描述内容，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式能够借助通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以具备特殊功能的硬件或者软件产品的形式体现出来，该硬件或者软件产品可以通过计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)实现各个实施例或者实施例的某些部分所述的功能。

最后应说明的是：以上实施例仅用来说明本发明的具体技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员也应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种电磁环境监测系统，其特征在于，包括：天线接收装置、信号选通装置、频谱测量装置以及计算机控制装置；所述频谱测量装置由信号输入接口、频谱分析模块、输入输出接口组成；

所述天线接收装置，用于基于预设的全向天线和定向天线接收电磁场信号，并将所述电磁场信号输出到所述信号选通装置；所述天线接收装置为三合一天线接收装置，包含用于分别接收三路电磁场信号的一副全向天线和两副定向天线以及三个第一输出接口；

所述信号选通装置，用于将所述电磁场信号输入到射频开关，控制所述电磁场信号交替通过所述射频开关输出到所述频谱测量装置；所述信号选通装置为三路信号选通装置；

所述频谱测量装置，用于根据预设的监测频率范围和频率分辨率测量所述射频开关输出的电磁场信号的幅度，得到相应的频谱数据；

所述计算机控制装置，用于对所述频谱数据进行分析处理得到电磁场信号的幅度及传播方向，并进行显示；

所述计算机控制装置包括：信号选通装置控制模块、频谱测量装置控制模块以及电磁场计算模块；

其中，所述信号选通装置控制模块，用于生成控制所述射频开关以目标时间进行交替切换开关状态的控制信号；

所述频谱测量装置控制模块，用于生成启动所述频谱分析模块并使所述频谱分析模块在预设的监测频率范围内以预设的频率分辨率进行测量的控制信号；

所述电磁场计算模块，用于运行预设的算法对所述频谱数据进行分析处理计算得到电磁场信号的幅度及传播方向；

其中，对于第i组数据中的第j个频率，电磁场信号的传播方向的计算包括：

其中，/>

分别为左侧、右侧定向天线对应的频谱数据矩阵的第j行、第2列的值，即第j个频率的幅度；K_左(j)、K_右(j)为左侧、右侧定向天线在第j个频率处的天线因子；G_左(j)、G_右(j)为左侧、右侧定向天线在第j个频率处的增益；C_a(j)、C_c(j)为连接线a、c在第j个频率处的损耗；M_左(j)、M_右(j)为射频开关的对应左侧、右侧定向天线通道的损耗；取T_左、T_右中的最大者T_max＝max(T_左，T_右)，在最大者所对应的定向天线的方向图中查找得到T_max/E对应的角度，得到两个角度θ和360°-θ，0°≤θ<90°；若/>

则电磁场信号的传播方向为系统移动方向往T_max对应的定向天线偏90°-θ角度的方向；反之，则电磁场信号的传播方向为系统移动方向往T_max对应的定向天线偏90°+θ角度的方向；其中，E为电场的幅度。

2.根据权利要求1所述的电磁环境监测系统，其特征在于，还包括定位装置；所述定位装置，用于获取当前监测位置的坐标数据及监测时间，并将所述当前监测位置的坐标数据及监测时间输出到所述计算机控制装置；

所述计算机控制装置，用于通过预设的电磁环境地图显示模块，基于所述当前监测位置的坐标数据及监测时间，在地图上将当前监测位置对应的电磁场信号幅度及传播方向以预设的方式进行标识显示。

3.根据权利要求1所述的电磁环境监测系统，其特征在于，所述天线接收装置由电磁场信号接收天线、支架、第一输出接口组成；

其中，所述电磁场信号接收天线由全向天线和定向天线组成，用于接收电磁场信号；

所述支架用于固定设置所述全向天线和所述定向天线于同一垂直于系统移动方向的水平线上，并使所述全向天线和所述定向天线的中心处于同一高度，所述定向天线分别设置于所述全向天线的两侧，所述定向天线的指向为背向所述全向天线；

所述第一输出接口用于分别将所述全向天线和所述定向天线接收到的电磁场信号输出到所述信号选通装置。

4.根据权利要求3所述的电磁环境监测系统，其特征在于，所述信号选通装置由场信号输入接口、射频开关、控制信号输入接口、控制信号转换模块、第二输出接口组成；

其中，所述场信号输入接口分别与所述天线接收装置的第一输出接口相连，用于将电磁场信号输送到所述射频开关；

所述控制信号输入接口与所述计算机控制装置的输入输出接口相连，用于将所述计算机控制装置输出的控制信号输入到所述控制信号转换模块；

所述控制信号转换模块用于将转换后的控制信号输入到所述射频开关，并控制所述射频开关切换开关状态，使所述场信号输入接口接收到的电磁场信号交替通过所述射频开关。

5.根据权利要求4所述的电磁环境监测系统，其特征在于，所述信号选通装置包含三个场信号输入接口；所述射频开关为具有三个通道的单刀三掷型开关，用于控制输入的电磁场信号中的其中一路电磁场信号通过同时另外两路电磁场信不通过；所述控制信号转换模块用于将所述控制信号输入接口接收的所述计算机控制装置发送的控制信号转换为使射频开关以预设的时间来切换开关状态的信号，实现控制所述三路电磁场信号交替通过所述射频开关输出到所述频谱测量装置。

6.根据权利要求4所述的电磁环境监测系统，其特征在于，所述信号输入接口用于将所述信号选通装置中所述射频开关输出的电磁场信号输入到频谱分析模块；

所述频谱分析模块用于测量所述射频开关输出电磁场信号的幅度，得到相应的频谱数据；

所述输入输出接口与所述计算机控制装置的输入输出接口相连，用于将所述计算机控制装置的控制信号输入到所述频谱分析模块，并将所述频谱数据输出到所述计算机控制装置。

7.根据权利要求1所述的电磁环境监测系统，其特征在于，所述计算机控制装置还包括：参数输入模块；所述参数输入模块用于获取用户输入的所述监测频率范围和所述频率分辨率。

8.根据权利要求2所述的电磁环境监测系统，其特征在于，所述计算机控制装置包括定位装置控制模块；所述定位装置控制模块，用于生成对应所述定位装置中定位芯片的控制信号，启动所述定位芯片，控制所述定位芯片获取当前监测位置的坐标数据及监测时间。

9.根据权利要求2所述的电磁环境监测系统，其特征在于，还包括：可移动平台；所述可移动平台，用于装载所述天线接收装置、所述信号选通装置、所述频谱测量装置、所述计算机控制装置、所述定位装置及相应的电源模块并在监测区域进行移动；所述天线接收装置、所述信号选通装置、所述频谱测量装置、所述计算机控制装置和所述定位装置及相应的电源模块固定设置在所述可移动平台上通过连接线进行连接。

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