CN113552535B - 一种无线电设备的监测方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种无线电设备的监测方法及装置，方法包括：获取空中测量信号和多个地面测量信号；根据多个地面测量信号，利用TDOA定位方法确定无线电设备的第一地面定位区域；根据空中测量信号和多个地面测量信号，利用TDOA定位方法确定无线电设备的空中定位区域；确定空中定位区域的投影为无线电设备的第二地面定位区域；确定第一地面定位区域和第二地面定位区域的重叠部分为无线电设备的定位区域。本发明通过设置空中测站对无线电设备进行监测，对空中测站和地面测站的测量的信号进行处理，能够缩小无线电设备的定位区域，进而提高无线电设备监测的精度。
Description
技术领域
本发明涉及无线电设备监测技术领域，特别是涉及一种无线电设备的监测方法及装置。
背景技术
目前，无线技术已广泛应用于通信、探测、交通、工业、军事等领域，无线电技术正以其强劲的力量影响着世界，改变着人们的生活，更高频段、更大带宽、更低功率以及个性化需求也成为无线电发展的新趋势。然而，在频谱资源日益匮乏的今天，有大量非法设备涌入占用频谱资源，因此，必须加强对城市电磁环境的监测。
目前，传统二维监测系统通常使用TDOA(Time Difference ofArrival，到达时间差)定位技术确定无线电设备的位置。如图1所示，TDOA定位技术通过在地面设置测站测量时间信号，并将测站两两联合生成双曲线，得到无线电设备的定位区域，定位区域如图1所示，其中双曲线1、2、3分别是地面不同测站两两联合形成的双曲线。虽然二维监测系统在无线电设备监测方面发挥了巨大的作用，但是，二维监测系统存在一定的弊端：当城市中布设测站距离较远时，TDOA定位形成双曲线往往会形成较大的不规则区域；在处理紧急事件时，由于定位区域较大，不能及时发现查处非法设备，时效性较差。因此，亟需一种能够提高测量精度的无线电设备监测方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种无线电设备的监测方法及装置，能够缩小无线电设备的定位区域，提高无线电设备监测的精度。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种无线电设备的监测方法，包括：
获取空中测量信号和多个地面测量信号；所述空中测量信号为空中测站接收到无线电设备发出的信号时的时间和位置；所述地面测量信号为地面测站接收到无线电设备发出的信号时的时间和位置；
根据多个所述地面测量信号，利用TDOA定位方法确定无线电设备的第一地面定位区域；
根据所述空中测量信号和多个所述地面测量信号，利用TDOA定位方法确定所述无线电设备的空中定位区域；
确定所述空中定位区域的投影为所述无线电设备的第二地面定位区域；
确定所述第一地面定位区域和所述第二地面定位区域的重叠部分为所述无线电设备的定位区域。
可选的，所述地面测站的数量至少为3个。
可选的，所述根据所述空中测量信号和多个所述地面测量信号，利用TDOA定位方法确定所述无线电设备的空中定位区域，具体包括：
根据所述空中测量信号和多个所述地面测量信号，利用TDOA定位方法，分别确定每个所述地面测站与所述空中测站之间的无线电设备位置双曲线；
确定每条所述地面测站与所述空中测站之间的无线电设备位置双曲线中靠近所述空中测站的一条单曲线为无线电设备位置曲线；
确定多条所述无线电设备位置曲线围成的区域为所述无线电设备的空中定位区域。
一种无线电设备的监测装置，包括：
控制模块、空中测站和多个地面测站；
所述空中测站和多个所述地面测站均与所述控制模块连接；
所述空中测站用于接收所述无线电设备发出的信号，并根据所述无线电设备发出的信号确定空中测量信号；所述空中测量信号为所述空中测站接收到无线电设备发出的信号时的时间和位置；
所述地面测站用于接收所述无线电设备发出的信号，并根据所述无线电设备发出的信号确定地面测量信号；所述地面测量信号为所述地面测站接收到无线电设备发出的信号时的时间和位置；
所述控制模块用于根据所述空中测量信号和多个所述地面测量信号，利用TDOA定位方法确定所述无线电设备的定位区域。
可选的，所述控制模块，具体包括：
信号获取单元，用于获取空中测量信号和多个地面测量信号；
第一地面定位区域确定单元，用于根据多个所述地面测量信号，利用TDOA定位方法确定无线电设备的第一地面定位区域；
空中定位区域确定单元，用于根据所述空中测量信号和多个所述地面测量信号，利用TDOA定位方法确定所述无线电设备的空中定位区域；
第二地面定位区域确定单元，用于确定所述空中定位区域的投影为所述无线电设备的第二地面定位区域；
无线电设备定位区域确定单元，用于确定所述第一地面定位区域和所述第二地面定位区域的重叠部分为所述无线电设备的定位区域。
可选的，所述空中测站，具体包括：
射频单元、GPS实时授时单元、网络继电器单元、网关单元和处理单元；
所述射频单元分别与所述GPS实时授时单元和所述处理单元连接；所述射频单元用于接收所述无线电设备发出的信号；
所述GPS实时授时单元与所述处理单元连接，所述GPS实时授时单元用于在所述射频单元接收所述无线电设备发出的信号时确定所述空中测量信号；
所述处理单元与所述网关单元连接；所述处理单元用于存储所述无线电设备发出的信号和所述空中测量信号；所述处理单元还用于将所述空中测量信号传输给所述网关单元；
所述网关单元分别与所述网络继电器单元和所述控制模块连接；所述网关单元用于将所述空中测量信号传输至所述控制模块；所述网关单元还用于接收所述控制模块发出的指令并将所述指令传输至所述网络继电器单元；所述指令包括开机指令、关机指令和重启指令；
所述网络继电器单元还与所述处理单元连接；所述网络继电器单元用于解析所述指令，并将解析后的指令传输给所述处理单元；
所述处理单元还用于根据所述解析后的指令控制所述空中测站开机、关机或重启。
可选的，所述射频单元，具体包括：
天线和射频接收机；
所述天线与所述射频接收机连接，所述天线用于接收所述无线电设备发出的信号并将所述无线电设备发出的信号传输至所述射频接收机；
所述射频接收机分别与所述GPS实时授时单元和所述处理单元连接。
可选的，所述地面测站与所述空中测站的结构相同。
可选的，所述地面测站的数量至少为3个。
可选的，所述空中测站的载体为系留汽艇。
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：
本发明提供了一种无线电设备的监测方法及装置，方法包括：获取空中测量信号和多个地面测量信号；空中测量信号为空中测站接收到无线电设备发出的信号时的时间和位置；地面测量信号为地面测站接收到无线电设备发出的信号时的时间和位置；根据多个地面测量信号，利用TDOA定位方法确定无线电设备的第一地面定位区域；根据空中测量信号和多个地面测量信号，利用TDOA定位方法确定无线电设备的空中定位区域；确定空中定位区域的投影为无线电设备的第二地面定位区域；确定第一地面定位区域和第二地面定位区域的重叠部分为无线电设备的定位区域。本发明通过设置空中测站对无线电设备进行监测，对空中测站和地面测站的测量的信号进行处理，能够缩小无线电设备的定位区域，进而提高无线电设备监测的精度。
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为现有技术中二维监测系统确定的无线电设备的定位区域示意图；
图2为本发明实施例所提供的无线电设备的监测方法流程图；
图3为本发明实施例所提供的无线电设备的监测装置总体技术路线图；
图4为本发明实施例所提供的无线电设备的监测装置结构示意图；
图5为本发明实施例所提供的空中测站的主视图；
图6为本发明实施例所提供的空中测站的底视图；
图7为本发明实施例所提供的空中测站的左视图；
图8为本发明实施例所提供的空中测站的右视图；
图9为本发明实施例所提供的空中测站的结构示意图；
图10为本发明实施例所提供的终端软件的架构示意图；
图11为本发明实施例所提供的无线电设备的定位区域示意图。
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。
本发明的目的是提供一种无线电设备的监测方法及装置，能够缩小无线电设备的定位区域，提高无线电设备监测的精度。
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2为本发明实施例所提供的无线电设备的监测方法流程图，如图2所示，本发明提供了一种无线电设备的监测方法，包括：
步骤201：获取空中测量信号和多个地面测量信号；空中测量信号为空中测站接收到无线电设备发出的信号时的时间和位置；地面测量信号为地面测站接收到无线电设备发出的信号时的时间和位置；其中，地面测站的数量至少为3个。
步骤202：根据多个地面测量信号，利用TDOA定位方法确定无线电设备的第一地面定位区域；
步骤203：根据空中测量信号和多个地面测量信号，利用TDOA定位方法确定无线电设备的空中定位区域；
步骤203，具体包括：
根据空中测量信号和多个地面测量信号，利用TDOA定位方法，分别确定每个地面测站与空中测站之间的无线电设备位置双曲线；
确定每条地面测站与空中测站之间的无线电设备位置双曲线中靠近空中测站的一条单曲线为无线电设备位置曲线；
确定多条无线电设备位置曲线围成的区域为无线电设备的空中定位区域。
步骤204：确定空中定位区域的投影为无线电设备的第二地面定位区域；
步骤205：确定第一地面定位区域和第二地面定位区域的重叠部分为无线电设备的定位区域。无线电设备的定位区域如图11所示。
图4为本发明实施例所提供的无线电设备的监测装置结构示意图，如图4所示，本发明还提供了一种无线电设备的监测装置，包括：
控制模块、空中测站和多个地面测站；
空中测站和多个地面测站均与控制模块连接；
空中测站用于接收无线电设备发出的信号，并根据无线电设备发出的信号确定空中测量信号；空中测量信号为空中测站接收到无线电设备发出的信号时的时间和位置；空中测站的载体为系留汽艇。
地面测站用于接收无线电设备发出的信号，并根据无线电设备发出的信号确定地面测量信号；地面测量信号为地面测站接收到无线电设备发出的信号时的时间和位置；地面测站与空中测站的结构相同。地面测站的数量至少为3个。
控制模块用于根据空中测量信号和多个地面测量信号，利用TDOA定位方法确定无线电设备的定位区域。
控制模块，具体包括：
信号获取单元，用于获取空中测量信号和多个地面测量信号；
第一地面定位区域确定单元，用于根据多个地面测量信号，利用TDOA定位方法确定无线电设备的第一地面定位区域；
空中定位区域确定单元，用于根据空中测量信号和多个地面测量信号，利用TDOA定位方法确定无线电设备的空中定位区域；
第二地面定位区域确定单元，用于确定空中定位区域的投影为无线电设备的第二地面定位区域；
无线电设备定位区域确定单元，用于确定第一地面定位区域和第二地面定位区域的重叠部分为无线电设备的定位区域。
图5为本发明实施例所提供的空中测站的主视图；图6为本发明实施例所提供的空中测站的底视图；图7为本发明实施例所提供的空中测站的左视图；图8为本发明实施例所提供的空中测站的右视图；图9为本发明实施例所提供的空中测站的结构示意图；其中，1为工控机(处理单元)，2为网络继电器单元，3为网关单元，4为射频单元；5为电源，6为GPS实时授时单元，7为射频输入接口，8为GPS输入接口，9为WIFI天线接口，10为4G天线接口，11为GPS指示灯，12为4G指示灯，13为电源指示灯，14为电源输入接口，15为进风口，16为保险，17为VGA输出口，18为USB3.0接口，19为网线插口，20为风扇。
如图5-9所示，空中测站，具体包括：射频单元4、GPS实时授时单元6、网络继电器单元2、网关单元3和处理单元1；
射频单元4分别与GPS实时授时单元6和处理单元1连接；射频单元4用于接收无线电设备发出的信号；
GPS实时授时单元6与处理单元1连接，GPS实时授时单元6用于在射频单元4接收无线电设备发出的信号时确定空中测量信号；
处理单元1与网关单元3连接；处理单元1用于存储无线电设备发出的信号和空中测量信号；处理单元1还用于将空中测量信号传输给网关单元3；
网关单元3分别与网络继电器单元2和控制模块连接；网关单元3用于将空中测量信号传输至控制模块；网关单元3还用于接收控制模块发出的指令并将指令传输至网络继电器单元2；指令包括开机指令、关机指令和重启指令；
网络继电器单元2还与处理单元1连接；网络继电器单元2用于解析指令，并将解析后的指令传输给处理单元1；
处理单元1还用于根据解析后的指令控制空中测站开机、关机或重启。
其中，射频单元4，具体包括：天线和射频接收机；天线与射频接收机连接，天线用于接收无线电设备发出的信号并将无线电设备发出的信号传输至射频接收机；射频接收机分别与GPS实时授时单元和处理单元1连接。
具体的，本发明提供了一种空地一体化无线电监测方法及其装置，总体技术路线如图3所示，装置是由部署在中心计算机的终端软件和搭载在系留气艇上空中测站以及地面测站组成。以地面测站为主，空中测站为辅，形成了空地联合监测，打破了传统二维监测的局限性，扩大了监测区域的面积。同时利用空地联合监测中TDOA双曲线在地面的投影，降低了定位误差，有效提高了定位搜索能力。终端软件主要由数据库、测控、算法和显示等构成，通过4G\WITF\有线网络等方式连接多个测站。
如4所示，本发明通过在系留气艇上搭载小型天线、测站联合地面测站进行监测，弥补地面监测的不足；其中测站与小型天线用射频线进行连接，供电线负责提供电源，同时也可传输数据。具体监测过程：启动终端软件(处理模块)，控制远程测站开机，地面无线电设备发出无线电信号，向四周传播；搭载在系留气艇上的小型天线接收到无线电信号，通过射频线传递给空中测站，测站向终端软件发送请求，终端软件建立任务，发送指令信息，测站接受指令开始监测，最终将监测到的数据信息回传终端软件，用户在软件端实时查看监测结果；测站和终端软件通过有线、无线或4G网络进行连接；测站装置和天线通过加固带固定在金属装载盒内，装载盒通过加固带固定在系留气艇底端，气艇底面受到拉力绳的牵引，受力相对稳定；地面发来的无线电波信号到达系留气艇底端，由天线进行接收。
射频接收机的输入端连接天线，接收空中无线电波信号。无线电设备采用二次变频超外差原理，将接收的射频信号转换为中频信号，射频接收机的信号输出端与处理单元连接。
GPS实时授时单元分别与电源、射频接收机和处理单元。GPS实时授时单元一方面给射频接收机提供10MHz的参考时钟和1PPS(pulse per second，每秒脉冲数)的秒脉冲，另一方面给测量数据提供时刻点和地理位置信息。
工控机(处理单元)通过USB3.0高速数据总线接收射频接收机输出的中频信号，根据通信协议将信息(中频信号、时刻点和地理位置)通过网关单元送往终端软件。
网络继电器单元分别与工控机和网关单元连接，网络继电器单元通过AT指令(应用于终端设备与应用之间的连接与通信的指令，AT即Attention)在无人值守情况下对工控机实现开机、关机以及重启功能，以解决工控机在工作中出现死机或程序跑飞等现象。
网关单元分别与工控机和网络继电器单元连接，网关单元的主要功能是为测站提供网络，便于将监测到的信息回传到终端软件，并接收终端软件的指令，改变测站工作状态。
电源单元为提供测站各个单元提供稳定的电压电流，对特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除进行有效滤除，得到所需要的有效信号。
图10为本发明实施例所提供的终端软件的架构示意图，如图10所示，终端软件系统由3个独立的进程构成：主进程，工作进程和TDOA定位进程，3个进程之间通过共享内存交换数据。主进程用于提供人机接口，地图显示界面、测量数据显示界面；工作进程是一个通信中间层程序，负责转发主进程的任务指令给测站，同时负责接收测站测量数据并存储到共享内存中；TDOA定位进程负责TDOA解算工作，从共享内存读取TDOA数据块，计算结果通过UDP(User Datagram Protocol，用户数据报协议)消息通道传递给主进程。
本发明以系留气艇作为载体，在空中进行监测进而与地面监测设备形成局部空地一体化三维监测网络，全方位立体监测无线电信号，同时利用联合测站双曲线在地面的投影，增大了监测范围的同时，减小了定位区域的面积，降低了监测时间，提高了监测系统的灵活性、机动性和时效性。此外，空中电波传输环境干净，利用系留气艇搭载测站，将接收端置空，即在地面监测的基础上，增加空中监测手段，形成了立体的三维监测，联合形成了更为精确的定位曲线。
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。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
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 (9)
1.一种无线电设备的监测方法，其特征在于，所述方法，包括：
获取空中测量信号和多个地面测量信号；所述空中测量信号为空中测站接收到无线电设备发出的信号时的时间和位置；所述地面测量信号为地面测站接收到无线电设备发出的信号时的时间和位置；
根据多个所述地面测量信号，利用TDOA定位方法确定无线电设备的第一地面定位区域；
根据所述空中测量信号和多个所述地面测量信号，利用TDOA定位方法确定所述无线电设备的空中定位区域；
确定所述空中定位区域的投影为所述无线电设备的第二地面定位区域；
确定所述第一地面定位区域和所述第二地面定位区域的重叠部分为所述无线电设备的定位区域。
2.根据权利要求1所述的无线电设备的监测方法，其特征在于，所述地面测站的数量至少为3个。
3.根据权利要求1所述的无线电设备的监测方法，其特征在于，所述根据所述空中测量信号和多个所述地面测量信号，利用TDOA定位方法确定所述无线电设备的空中定位区域，具体包括：
根据所述空中测量信号和多个所述地面测量信号，利用TDOA定位方法，分别确定每个所述地面测站与所述空中测站之间的无线电设备位置双曲线；
确定每条所述地面测站与所述空中测站之间的无线电设备位置双曲线中靠近所述空中测站的一条单曲线为无线电设备位置曲线；
确定多条所述无线电设备位置曲线围成的区域为所述无线电设备的空中定位区域。
4.一种无线电设备的监测装置，其特征在于，所述装置，包括：
控制模块、空中测站和多个地面测站；
所述空中测站和多个所述地面测站均与所述控制模块连接；
所述空中测站用于接收所述无线电设备发出的信号，并根据所述无线电设备发出的信号确定空中测量信号；所述空中测量信号为所述空中测站接收到无线电设备发出的信号时的时间和位置；
所述地面测站用于接收所述无线电设备发出的信号，并根据所述无线电设备发出的信号确定地面测量信号；所述地面测量信号为所述地面测站接收到无线电设备发出的信号时的时间和位置；
所述控制模块用于根据所述空中测量信号和多个所述地面测量信号，利用TDOA定位方法确定所述无线电设备的定位区域；
所述控制模块，具体包括：
信号获取单元，用于获取空中测量信号和多个地面测量信号；
第一地面定位区域确定单元，用于根据多个所述地面测量信号，利用TDOA定位方法确定无线电设备的第一地面定位区域；
空中定位区域确定单元，用于根据所述空中测量信号和多个所述地面测量信号，利用TDOA定位方法确定所述无线电设备的空中定位区域；
第二地面定位区域确定单元，用于确定所述空中定位区域的投影为所述无线电设备的第二地面定位区域；
无线电设备定位区域确定单元，用于确定所述第一地面定位区域和所述第二地面定位区域的重叠部分为所述无线电设备的定位区域。
5.根据权利要求4所述的无线电设备的监测装置，其特征在于，所述空中测站，具体包括：
射频单元、GPS实时授时单元、网络继电器单元、网关单元和处理单元；
所述射频单元分别与所述GPS实时授时单元和所述处理单元连接；所述射频单元用于接收所述无线电设备发出的信号；
所述GPS实时授时单元与所述处理单元连接，所述GPS实时授时单元用于在所述射频单元接收所述无线电设备发出的信号时确定所述空中测量信号；
所述处理单元与所述网关单元连接；所述处理单元用于存储所述无线电设备发出的信号和所述空中测量信号；所述处理单元还用于将所述空中测量信号传输给所述网关单元；
所述网关单元分别与所述网络继电器单元和所述控制模块连接；所述网关单元用于将所述空中测量信号传输至所述控制模块；所述网关单元还用于接收所述控制模块发出的指令并将所述指令传输至所述网络继电器单元；所述指令包括开机指令、关机指令和重启指令；
所述网络继电器单元还与所述处理单元连接；所述网络继电器单元用于解析所述指令，并将解析后的指令传输给所述处理单元；
所述处理单元还用于根据所述解析后的指令控制所述空中测站开机、关机或重启。
6.根据权利要求5所述的无线电设备的监测装置，其特征在于，所述射频单元，具体包括：
天线和射频接收机；
所述天线与所述射频接收机连接，所述天线用于接收所述无线电设备发出的信号并将所述无线电设备发出的信号传输至所述射频接收机；
所述射频接收机分别与所述GPS实时授时单元和所述处理单元连接。
7.根据权利要求6所述的无线电设备的监测装置，其特征在于，所述地面测站与所述空中测站的结构相同。
8.根据权利要求4所述的无线电设备的监测装置，其特征在于，所述地面测站的数量至少为3个。
9.根据权利要求4所述的无线电设备的监测装置，其特征在于，所述空中测站的载体为系留汽艇。
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