CN113671249A - 实时全方位扫描无线电环境监测系统 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种实时全方位扫描无线电环境监测系统，所述系统包括：接收模块，预处理模块，处理模块，用于：对各个数字信号分别进行多相滤波，得到各个数字信号对应的多个频率分量；获取多组方向权重参数，每组方向权重参数包括多个方向权重参数，各组方向权重参数对应各个方向；利用各个数字信号对应的多个频率分量及所述多组方向权重参数得到各个频率在各个方向上的功率谱数据；根据各个频率在各个方向上的功率谱数据或所述多个数字信号得到全向无线电信号的总功率谱数据。本公开实施例可以在快速实时对360°全方位的无线电环境情况进行测量评估，可以快速捕获短时无线电干扰，实时评估无线电环境情况，以便提高观测数据质量。

Description

实时全方位扫描无线电环境监测系统

技术领域

本公开涉及无线电环境监测技术领域，尤其涉及一种实时全方位扫描无线电环境监测系统。

背景技术

好的射电天文望远镜台址如FAST经过长期的无线电环境测试，来之不易。长期观测同步的无线电环境监测是射电望远镜接收机更新、滤波器设计、观测数据评估、干扰消除方案的唯一支撑手段。同时随着射电天文自身的发展，检测到更多新的谱线不在被分配的射电天文频段内，河外星系中，谱线红移到已分配的频带之外，几乎所有的射电天文业务所用的频段在相邻频段都存在其他有源业务，为此射电天文台址的无线电宽带环境监测、评估与保护尤为重要。

美国GBT(Green Bank Telescope)射电望远镜建有专门的RFI监测站，进行RFI的监测和研究，并已开始RFI的常规化监测，甚至直接利用望远镜在空闲时间进行RFI监测荷兰ATSRON研究所运行的WSRT望远镜，每天均进行RFI测试，统计干扰信号的幅度随时间的变化，以期得到RFI的变化规律。

但是随着电子技术的发展，越来越多的无线电频段被使用，特别是由于通信手段的不同，诸如今年来兴起的低轨通信小卫星、5G微基站、蓝牙、NB-IOT等技术等广泛使用，这些干扰具有偶发性、瞬时性，发射时间也出现了大量的非稳定性表现，且来源多种，有直射、散射、多径等多种传播途径。为此即使已经获得良好无线电环境监测的台址，也会潜在多种不确定的干扰影响因素，例如，“星链”计划实施以来，预计发射上万颗低轨卫星，不仅在光学波段，在通信频段也对射电天文造成影响

为此，在目前新电子技术迅猛发展的背景下，即使是在无线电宁静区的优良射电天文台址，也需要在望远镜建成后进行长期无线电环境的监测和评估，即无线电环境监测和干扰分析工作也要“与时俱进”。如果能同时获得全方位各角度上的无线电环境信息，可以综合分析整个台址内多个角度的无线电环境恶化情况。

目前的无线电环境测量多采用机械转台为平台方案，由于机械转台转动存在一定的时间，为此不能实时获得全方位各角度的无线电干扰频谱情况，对于短时、暂现干扰难以捕捉，而目前大部分射电天文观测的数据效果可能就是受到这些偶发性干扰影响。

如果能在不增加后端硬件成本的前提下，快速实时对360°全方位的无线电环境情况进行评估，这对于快速捕获短时无线电干扰，实时评估整个台址的无线电环境情况，扣除被RFI“污染”的数据，提高观测数据质量，具有重要意义。

发明内容

根据本公开的一方面，提供了一种实时全方位扫描无线电环境监测系统，所述系统包括：

接收模块，包括多组接收单元，每组接收单元包括天线阵元及接收机，所述接收模块用于对无线电环境进行扫描，并接收全向无线电信号；

预处理模块，连接于所述接收模块，用于对各组接收单元接收到的全向无线电信号分别进行预处理，以得到与各个全向无线电信号对应的多个数字信号；

处理模块，连接于所述预处理模块，用于：

对各个数字信号分别进行多相滤波，得到各个数字信号对应的多个频率分量；

获取多组方向权重参数，每组方向权重参数包括多个方向权重参数，各组方向权重参数对应各个方向；

利用各个数字信号对应的多个频率分量及所述多组方向权重参数得到各个频率在各个方向上的功率谱数据；

根据各个频率在各个方向上的功率谱数据或所述多个数字信号得到全向无线电信号的总功率谱数据。

在一种可能的实施方式中，所述利用各个数字信号对应的多个频率分量及所述多组方向权重参数得到各个频率在各个方向上的功率谱数据，包括：

将各个数字信号对应的多个频率分量中频率相同的频率分量与各组方向权重参数中的各个方向权重参数分别相乘，得到多组乘法结果，其中每组乘法结果包括多个乘法结果，且各组乘法结果对应各个方向；

将各组乘法结果中的各个乘法结果分别进行累加处理，得到该相同的频率分量在多个方向的波束合成数据；

利用各个所述波束合成数据得到该相同的频率分量在各个方向上的功率谱数据。

在一种可能的实施方式中，所述利用各个所述波束合成数据得到该相同的频率分量在各个方向上的功率谱数据，包括：

对所述波束合成数据进行傅里叶变换，得到变换结果；

根据所述变换结果得到功率谱；

对所述功率谱进行积分，得到平均功率谱，其中，所述功率谱数据为所述平均功率谱。

在一种可能的实施方式中，所述处理模块包括乘法单元及加法单元，所述乘法单元包括多个乘法器，所述加法单元包括多个加法器，所述乘法器用于实现频率分量与方向权重参数的乘法操作，所述加法器用于实现各个乘法结果的累加操作。

在一种可能的实施方式中，所述处理模块包括多个乘累加器，所述乘累加器用于实现频率分量与方向权重参数的乘法操作，并实现各个乘法结果的累加操作。

在一种可能的实施方式中，所述根据各个频率在各个方向上的功率谱数据或所述多个数字信号得到全向无线电信号的总功率谱数据，包括：

将各个频率在各个方向上的功率谱数据进行加和处理，得到所述总功率谱数据；或

根据积分时间周期接收到的数字信号的平方之和、及数字信号的数目得到所述总功率数据。

在一种可能的实施方式中，所述系统还包括：

控制模块，连接于所述处理模块，用于：

接收各个频率在各个方向上的功率谱数据，存储并展示第一频谱数据，所述第一频谱数据包括时间、方向角及对应的功率谱数据；和/或

接收所述总功率谱数据，存储并展示第二频谱数据，所述第二频谱数据包括方向角、对应方向角频段的总功率谱数据。

在一种可能的实施方式中，所述控制模块还用于：

配置所述处理模块的处理参数，所述处理参数包括中心频率、带宽频段、工作模式、频谱分辨率、积分时间、多组方向权重参数及对应方向角的至少一种，所述工作模式包括存储并展示第一频谱数据、和/或、存储并展示第二频谱数据。

在一种可能的实施方式中，所述天线阵元包括全向天线，所述接收机包括低噪声放大器，所述接收单元的数目为大于3的整数。

在一种可能的实施方式中，所述预处理模块包括多组第一预处理单元，所述第一预处理单元包括下变频器、放大器、模数转换器，所述下变频器用于对接收机输出的天线信号进行下变频，所述放大器用于对下变频信号进行二级放大，所述模数转换器用于对二级放大信号进行模数转换得到数字信号。

在一种可能的实施方式中，所述预处理模块包括多组第二预处理单元，所述第二预处理单元基于软件定义无线电SDR得到。

在一种可能的实施方式中，所述处理模块还包括：

多相滤波器，所述多相滤波器用于对各个数字信号分别进行多相滤波，得到各个数字信号对应的多个频率分量。

本公开实施例通过接收模块对无线电环境进行扫描，并接收全向无线电信号，利用预处理模块对各组接收单元接收到的全向无线电信号分别进行预处理，以得到与各个全向无线电信号对应的多个数字信号，并利用处理模块对各个数字信号分别进行多相滤波，得到各个数字信号对应的多个频率分量；获取多组方向权重参数，每组方向权重参数包括多个方向权重参数，各组方向权重参数对应各个方向；利用各个数字信号对应的多个频率分量及所述多组方向权重参数得到各个频率在各个方向上的功率谱数据；根据各个频率在各个方向上的功率谱数据或所述多个数字信号得到全向无线电信号的总功率谱数据，可以在不增加后端硬件成本的前提下，快速实时对360°全方位的无线电环境情况进行测量评估，可以快速捕获短时无线电干扰，实时评估无线电环境情况，以便提高观测数据质量。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，而非限制本公开。根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本公开的其它特征及方面将变得清楚。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，这些附图示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于说明本公开的技术方案。

图1示出了根据本公开一实施例的实时全方位扫描无线电环境监测系统的示意图。

图2及图3示出了根据本公开一实施例的实时全方位扫描无线电环境监测系统的示意图。

图4示出了根据本公开一实施例的处理模块的实现方式示意图。

图5示出了根据本公开一实施例的实时全方位扫描无线电环境监测系统的工作流程示意图。

图6示出了根据本公开一实施例的实时全方位扫描无线电环境监测系统的工作流程示意图。

图7示出了根据本公开实施例的实时全方位扫描无线电环境监测系统的控制界面的示意图。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

在本公开的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本公开中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。

本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中术语“至少一种”表示多种中的任意一种或多种中的至少两种的任意组合，例如，包括A、B、C中的至少一种，可以表示包括从A、B和C构成的集合中选择的任意一个或多个元素。

另外，为了更好地说明本公开，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本公开同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本公开的主旨。

请参阅图1，图1示出了根据本公开一实施例的实时全方位扫描无线电环境监测系统的示意图。

如图1所示，所述系统包括：

接收模块10，包括多组接收单元110，每组接收单元包括天线阵元及接收机，所述接收模块10用于对无线电环境进行扫描，并接收全向无线电信号；

预处理模块20，连接于所述接收模块10，用于对各组接收单元接收到的全向无线电信号分别进行预处理，以得到与各个全向无线电信号对应的多个数字信号；

处理模块30，连接于所述预处理模块20，用于：

对各个数字信号分别进行多相滤波，得到各个数字信号对应的多个频率分量；

获取多组方向权重参数，每组方向权重参数包括多个方向权重参数，各组方向权重参数对应各个方向；

利用各个数字信号对应的多个频率分量及所述多组方向权重参数得到各个频率在各个方向上的功率谱数据；

根据各个频率在各个方向上的功率谱数据或所述多个数字信号得到全向无线电信号的总功率谱数据。

本公开实施例通过接收模块对无线电环境进行扫描，并接收全向无线电信号，利用预处理模块对各组接收单元接收到的全向无线电信号分别进行预处理，以得到与各个全向无线电信号对应的多个数字信号，并利用处理模块对各个数字信号分别进行多相滤波，得到各个数字信号对应的多个频率分量；获取多组方向权重参数，每组方向权重参数包括多个方向权重参数，各组方向权重参数对应各个方向；利用各个数字信号对应的多个频率分量及所述多组方向权重参数得到各个频率在各个方向上的功率谱数据；根据各个频率在各个方向上的功率谱数据或所述多个数字信号得到全向无线电信号的总功率谱数据，可以在不增加后端硬件成本的前提下，快速实时对360°全方位的无线电环境情况进行测量评估，可以快速捕获短时无线电干扰，实时评估无线电环境情况，以便提高观测数据质量。

本公开实施例实时全方位扫描无线电环境监测系统的各个模块均可以通过多种实施方式实现，本公开对此不做限定，下面对各个模块的可能实现方式进行示例性介绍。

请参阅图2及图3，图2及图3示出了根据本公开一实施例的实时全方位扫描无线电环境监测系统的示意图。

在一个示例中，如图2及图3所示，所述接收单元110可以包括天线阵元1101及接收机1102，示例性的，天线阵元1101可以包括全向天线，例如宽带对数周期测向天线，其中，天线阵元1101的覆盖频段可为0.6-12GHz，在频段内的定向增益可为6-9dBi。示例性的，各个接收单元110的全向天线的数目可以根据需要设定，例如可以将6-8个全向天线设置在一个共形面上组成一个共形天线阵系统。示例性的，与每个天线阵元1101相连的接收机1102可以包括放大器，例如各个接收机1102的放大器均可以采用低噪声放大器LNA(Low NoiseAmplifier)，增益可以为25-30dB，噪声系数NF可以小于2dB，示例性的，可以对接收机1102采用统一的直流供电方案。

在一种可能的实施方式中，如图2所示，所述预处理模块20可以包括多组第一预处理单元210，所述第一预处理单元210可以包括下变频器2101、放大器2102、模数转换器(ADC)2103，示例性的，所述下变频器2101可以用于对接收机1102输出的天线信号进行下变频，例如可以利用信号产生器2104产生一频率信号，下变频器2101将信号产生器2104产生的频率信号与接收机1102输出的天线信号相乘，以实现下变频，本公开实施例采用下变频器可以将高频信号下变频至ADC 2103的奈奎斯特带宽内。示例性的，所述放大器2102可以用于对下变频信号进行二级放大，本公开实施例对放大器2102的放大增益不做限定，本领域技术人员可以根据需要及实际情况设置；示例性的，所述模数转换器2103可以用于对二级放大信号进行模数转换得到数字信号。本公开实施例对下变频器2101、放大器2102、模数转换器(ADC)2103的具体实现方式不做限定，本领域技术人员可以根据实际情况及需要采用相关技术中的器件实现。

在一种可能的实施方式中，如图3所示，所述预处理模块20可以包括多组第二预处理单元220，所述第二预处理单元220可以是基于软件定义无线电SDR得到。示例性的，基于SDR直接采样的方案，可以是基于捷变收发器实现，表1示出了两种捷变收发器的参数示意。

表1

示例性的，型号A可以实现70MHz-6GHz带内任意200kHz-56MHz带宽内信号的观测，型号B可以实现300MHz-6GHz z带内任意8MHz-100MHz带宽内信号的观测。

示例性的，捷变收发器可以采用3D硅片工艺实现，采用3D硅片工艺的捷变收发器方案其优势在于：能够通过片内的模拟下变频器和滤波器选择非常窄的频段内的信号——以型号A为例：其可调谐通道带宽可达200K以下。而传统的TasPGA等终端的通道带宽却在8MHz所有，这意味着理论上可用400KHz的采样率获取6GHz以上工作频段内任何感兴趣的窄带内的信号频谱信息。

示例性的，低的采样率带来传统方案无法比拟的两个优势：

其一，低速A/D转换器具有较高的精度，例如：2GHz以上的A/D转换器很难达到8bits以上的分辨率，而分辨率为14bits@100MHz左右的A/D转换器却较容易获取，以型号A为代表的捷变收发方案集成了动态范围70dB的高分辨A/D转换器。高精度的A/D转换结果意味着较高的信噪比(SNR)，频谱噪底将降低，且能够分辨更为细微的频谱细节。

其二，经过模拟下变频后，本项目的频谱分析(通常有硬件FFT实现)可专注于局部的频段干扰情况分析。与高速采样的宽带方案相比，相同点数的FFT将覆盖更长的时间窗，从而达到在硬件条件下获取更高频率分辨率的效果。例如，8MHz带宽的TasPGA，在16384点的频谱分析/FFT中可获得488.3Hz的频率分辨率；而本方案在同样点数的频谱分析/FFT中却可获得12.2Hz以下的频率分辨率。

本公开实施例对利用SDR得到第二预处理单元对各组接收单元接收到的全向无线电信号分别进行预处理，以得到与各个全向无线电信号对应的多个数字信号的具体实现方式不做限定，本领域技术人员可以根据实际情况及需要实现。

通过预处理模块对接收模块的多个接收单元的天线信号进行处理后，预处理模块可以将得到的各路数字信号(采集数据)输出到处理模块。

示例性的，所述处理模块可以包括处理组件，在一个示例中，处理组件包括但不限于单独的处理器，或者分立元器件，或者处理器与分立元器件的组合。所述处理器可以包括电子设备中具有执行指令功能的控制器，所述处理器可以按任何适当的方式实现，例如，被一个或多个应用专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理设备(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现。在所述处理器内部，可以通过逻辑门、开关、专用集成电路(ApplicationSpecific Integrated Circuit，ASIC)、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器等硬件电路执行所述可执行指令。

示例性的，处理模块还可以包括存储组件，用于存储各个参数、中间量等，在一个示例中，存储组件可以包括计算机可读存储介质，计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是――但不限于――电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、静态随机存取存储器(SRAM)、可编程只读存储器(PROM)、便携式压缩盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能盘(DVD)、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。这里所使用的计算机可读存储介质不被解释为瞬时信号本身，诸如无线电波或者其他自由传播的电磁波、通过波导或其他传输媒介传播的电磁波(例如，通过光纤电缆的光脉冲)、或者通过电线传输的电信号。

在一个示例中，处理模块可以从存储组件中获取多组方向权重参数，本公开实施例对方向权重参数的组数不做限定，对每组方向权重参数的具体数目也不做限定。

在一个示例中，如图2及图3所示，所述系统还可以包括控制模块40，示例性的，处理模块30也可以从控制模块40接收控制信号，并对控制信号进行解算，得到多组方向权重参数。

在一个示例中，本公开实施例可以根据需要的方向角数目自动生成各个角度及各个角度对应的各组方向权重参数，例如，可以提前设置角度与参数对应表，根据设定的角度及对应表得到对应的方向权重参数，示例性的，若方向角数目为36，则可以确定各个角度之间的间隔为360/36＝10°，再根据初始角度(如预设为0°或其他)及间隔可以确定多个角度，如0°、10°、20°、…、350°，并且根据确定的这些角度查表即可得到对应的方向权重参数。当然，以上描述是示例性的，不应视为是对本公开实施例的限制，在其他的实施方式中，本领域技术人员也可以采用其他方式确定角度、方向权重参数。

本公开实施例对控制模块的实现方式不做限定，示例性的，控制模块可以包括前述的处理组件，也可以是包括处理组件的终端、服务器等电子设备，其中，服务器可以包括本地服务器，也可以包括云服务器，终端又称之为用户设备(User Equipment，UE)、移动台(Mobile Station，MS)、移动终端(Mobile Terminal，MT)等，是一种向用户提供语音和/或数据连通性的设备，例如，具有无线连接功能的手持式设备、车载设备等。目前，一些终端的举例为：手机(Mobile Phone)、平板电脑、笔记本电脑、掌上电脑、移动互联网设备(MobileInternetdevice，MID)、可穿戴设备，虚拟现实(Virtual Reality，VR)设备、增强现实(Augmentedreality，AR)设备、工业控制(Industrial Control)中的无线终端、无人驾驶(Selfdriving)中的无线终端、远程手术(Remote medical Surgery)中的无线终端、智能电网(Smart Grid)中的无线终端、运输安全(Transportation Safety)中的无线终端、智慧城市(Smart City)中的无线终端、智慧家庭(Smart Home)中的无线终端、车联网中的无线终端等。控制模块可以通过总线、串口、无线网络等多种网络连接方式实现预处理模块的连接通信，对于通信方式本公开实施例不做限定。

下面对处理模块对数字信号的处理的实现方式进行示例性介绍。

在一种可能的实施方式中，所述利用各个数字信号对应的多个频率分量及所述多组方向权重参数得到各个频率在各个方向上的功率谱数据，可以包括：

将各个数字信号对应的多个频率分量中频率相同的频率分量与各组方向权重参数中的各个方向权重参数分别相乘，得到多组乘法结果，其中每组乘法结果包括多个乘法结果，且各组乘法结果对应各个方向；

将各组乘法结果中的各个乘法结果分别进行累加处理，得到该相同的频率分量在多个方向的波束合成数据；

利用各个所述波束合成数据得到该相同的频率分量在各个方向上的功率谱数据。

本公开实施例通过将各个数字信号对应的多个频率分量中频率相同的频率分量与各组方向权重参数中的各个方向权重参数分别相乘，得到多组乘法结果，将各组乘法结果中的各个乘法结果分别进行累加处理，得到该相同的频率分量在多个方向的波束合成数据，利用各个所述波束合成数据得到该相同的频率分量在各个方向上的功率谱数据，可以得到多个方向上各个频率的功率谱数据。

在一种可能的实施方式中，所述处理模块可以包括乘法单元及加法单元，所述乘法单元可以包括多个乘法器，所述加法单元可以包括多个加法器，所述乘法器可以用于实现频率分量与方向权重参数的乘法操作，所述加法器可以用于实现各个乘法结果的累加操作。

在一种可能的实施方式中，所述处理模块可以包括多个乘累加器，所述乘累加器可以用于实现频率分量与方向权重参数的乘法操作，并实现各个乘法结果的累加操作。

请参阅图4，图4示出了根据本公开一实施例的处理模块的实现方式示意图。

在一个示例中，如图4所示，本公开实施例可以利用多个多相滤波器实现对多个天线信号的多相滤波，得到各个数字信号的多个频率分量，例如，将各个数字信号输入到多相滤波器后，多相滤波器可以输出频率分量f1、频率分量f2、…、频率分量fm，其中m为整数。

在一个示例中，本公开实施例可以利用乘法器将方向权重信号W_i(f_m)与相应的频率分量相乘，即将各个数字信号对应的多个频率分量中频率相同的频率分量与各组方向权重参数中的各个方向权重参数分别相乘，得到多组乘法结果，例如，与频率分量f1对应的第一组方向权重参数可以包括W₁(f₁)、W₂(f₁)、…、W_n(f₁))，该第一组方向权重参数可以对应方向1，利用多个乘法器或乘法阵列将数字信号1对应的频率分量f1与方向权重参数W₁(f₁)相乘、将数字信号2对应的频率分量f1与方向权重参数W₂(f₁)相乘、…、将数字信号n对应的频率分量f1与方向权重参数W_n(f₁)相乘得到多个乘法结果，并将各个乘法结果进行累加，可以得到频率分量f1在方向1的波束合成数据。例如，与频率分量f2对应的第二组方向权重参数可以包括W₁(f₂)、W₂(f₂)、…、W_n(f₂))，该第二组方向权重参数可以对应方向2，利用多个乘法器或乘法阵列将数字信号1对应的频率分量f2与方向权重参数W₁(f₂)相乘、将数字信号2对应的频率分量f2与方向权重参数W₂(f₂)相乘、…、将数字信号n对应的频率分量f2与方向权重参数W_n(f₂)相乘得到多个乘法结果，并将各个乘法结果进行累加，可以得到频率分量f2在方向2的波束合成数据，通过这样的方式，可以得到各个频率分量在各个方向的波束合成数据。

在一种可能的实施方式中，所述利用各个所述波束合成数据得到该相同的频率分量在各个方向上的功率谱数据，可以包括：

对所述波束合成数据进行傅里叶变换，得到变换结果；

根据所述变换结果得到功率谱；

对所述功率谱进行积分，得到平均功率谱，其中，所述功率谱数据为所述平均功率谱。

在一个示例中，对所述波束合成数据进行傅里叶变换，得到变换结果，可以是利用FFT(Fast Fourier Transform,快速傅里叶变换)，示例性的，根据采样fsample、谱分辨率Δf以及FFT点数N三者之间的关系，可得:

FFT计算输出得到傅里叶变换序列：

u(f)＝I(f)+jQ(f) 公式2

I(f)、Q(f)分别表示傅里叶变换输出的变换结果u(f)的实部和虚部；

功率谱P(f)可以根据公式3得到：

求得功率谱P(f)后，可以通过预设的积分时间求得平均功率谱

通过以上方法，本公开实施例可以计算带内功率谱数据得到每个频率f_i的功率值p_i；且采用该种方法得到的结果可以角度-频谱图的形式展示。

以上对利用各个所述波束合成数据得到该相同的频率分量在各个方向上的功率谱数据的实施方式的介绍是示例性的，本公开实施例对于实现利用各个所述波束合成数据得到该相同的频率分量在各个方向上的功率谱数据的公式不做限定，本领域技术人员可以采用其他可能的方式实现。

本公开实施例也可以采用观测带内的总功率计算模式，对带内总功率进行计算，该种方法的结果可以角度-带内总功率的形式展示，下面进行示例性介绍。

在一种可能的实施方式中，所述根据各个频率在各个方向上的功率谱数据或所述多个数字信号得到全向无线电信号的总功率谱数据，可以包括：

将各个频率在各个方向上的功率谱数据进行加和处理，得到所述总功率谱数据。

根据能量守恒定律，一段信号时域内的总能量等于频域内各通道的总能量之和。为此，带内总功率的计算可以在各频率功率谱数据计算完成之后，通过所有频率通道的功率的累加和得到。

在一种可能的实施方式中，所述根据各个频率在各个方向上的功率谱数据或所述多个数字信号得到全向无线电信号的总功率谱数据，可以包括：

根据积分时间周期接收到的数字信号的平方之和、及数字信号的数目得到所述总功率数据。

示例性的，设在一个积分时间周期内一共采集得到N个时域上的数字信号，记为x_i(1≤i≤N)，则在该时间段内带内的功率值可以通过如下计算得到：

请参阅图5，图5示出了根据本公开一实施例的实时全方位扫描无线电环境监测系统的工作流程示意图。

在一个示例中，如图5所示，本公开实施例的处理模块可以接收控制模块输出的控制命令，处理模块可以从控制命令中获取各天线各频率的方向权重系数，并可以从控制命令中获取需要处理(观测)的频率通道(即具体的频率分量)，处理模块可以利用多相滤波器形成多频率通道，以对数字信号进行多相滤波，输出对应的多个频率分量，处理模块可以利用乘累加器或单独设置的乘法器、加法器实现将各个数字信号对应的多个频率分量中频率相同的频率分量与各组方向权重参数中的各个方向权重参数分别相乘，得到多组乘法结果，将各组乘法结果中的各个乘法结果分别进行累加处理，得到该相同的频率分量在多个方向的波束合成数据，根据控制命令确定的工作模式利用波束合成数据或数字信号计算带内各频率各方向的功率谱数据(工作模式1)、和/或、计算各个方向的总功率谱数据(工作模式2)。

在一种可能的实施方式中，控制模块，连接于所述处理模块，用于：

接收各个频率在各个方向上的功率谱数据，存储并展示第一频谱数据，所述第一频谱数据包括时间、方向角及对应的功率谱数据；和/或

接收所述总功率谱数据，存储并展示第二频谱数据，所述第二频谱数据包括方向角、对应方向角频段的总功率谱数据。

在一种可能的实施方式中，所述控制模块还用于：

配置所述处理模块的处理参数，所述处理参数包括中心频率、带宽频段、工作模式、频谱分辨率、积分时间、多组方向权重参数及对应方向角的至少一种，所述工作模式包括存储并展示第一频谱数据、和/或、存储并展示第二频谱数据。

请参阅图6，图6示出了根据本公开一实施例的实时全方位扫描无线电环境监测系统的工作流程示意图。

在一个示例中，如图6所示，当系统上电后，控制模块可以设置中心频率、观测带宽、工作模式等用于信号处理的处理参数，并设置包括空间角度间隔、每角度驻留时间等的天线阵元扫描的处理参数，当得到全向天线信号后，可以根据空间角度间隔、每角度驻留时间依次对各个角度的功率谱数据进行计算，直到得到所有角度的各个频率的波束合成数据，即根据扫描角度数目，通过控制在核心处理器内完成对采集信号多相滤波，并加权以形成不同方向指向的波束。然后本公开实施例可以根据设置的工作模式等信号处理的处理参数进行处理，得到角度-强度热力图，示例性的，控制模块(如上位机)可对各角度的观测数据存储采用时间+方位角+频谱数据模式，便于方便查询，也可以采用角度+对应角度频段内总功率值热力图显示的方式，以显示该不同区域干扰信号功率区别。

请参阅图7，图7示出了根据本公开实施例的实时全方位扫描无线电环境监测系统的控制界面的示意图。

在一个示例中，如图7所示，控制模块可以包括一个控制界面，以实现外界与系统的交互，例如，用户可以通过该控制界面设置中心频率、观测带宽、方位角数目、每个角度积分时间、工作模式等处理参数，并可以根据工作模式得到的各频率各方向的频谱数据和/或总功率数据显示在显示位置上。当然，以上对控制界面的介绍是示例性的，本公开实施例对于控制界面的具体形式不做限定。

本公开实施例较之于传统的射电望远镜台址无线电环境监测设备，具有全方位同步快速扫描等优点，可以仅用一套后端采集、信号处理系统的条件下，快速扫描360°全方位的无线电环境情况，能够快速捕捉偶发性干扰，并明确其方位，有利于射电天文观测数据质量的提高。

以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (10)

1.一种实时全方位扫描无线电环境监测系统，其特征在于，所述系统包括：

接收模块，包括多组接收单元，每组接收单元包括天线阵元及接收机，所述接收模块用于对无线电环境进行扫描，并接收全向无线电信号；

预处理模块，连接于所述接收模块，用于对各组接收单元接收到的全向无线电信号分别进行预处理，以得到与各个全向无线电信号对应的多个数字信号；

处理模块，连接于所述预处理模块，用于：

对各个数字信号分别进行多相滤波，得到各个数字信号对应的多个频率分量；

获取多组方向权重参数，每组方向权重参数包括多个方向权重参数，各组方向权重参数对应各个方向；

利用各个数字信号对应的多个频率分量及所述多组方向权重参数得到各个频率在各个方向上的功率谱数据；

根据各个频率在各个方向上的功率谱数据或所述多个数字信号得到全向无线电信号的总功率谱数据。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述利用各个数字信号对应的多个频率分量及所述多组方向权重参数得到各个频率在各个方向上的功率谱数据，包括：

将各个数字信号对应的多个频率分量中频率相同的频率分量与各组方向权重参数中的各个方向权重参数分别相乘，得到多组乘法结果，其中每组乘法结果包括多个乘法结果，且各组乘法结果对应各个方向；

将各组乘法结果中的各个乘法结果分别进行累加处理，得到该相同的频率分量在多个方向的波束合成数据；

利用各个所述波束合成数据得到该相同的频率分量在各个方向上的功率谱数据。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述利用各个所述波束合成数据得到该相同的频率分量在各个方向上的功率谱数据，包括：

对所述波束合成数据进行傅里叶变换，得到变换结果；

根据所述变换结果得到功率谱；

对所述功率谱进行积分，得到平均功率谱，其中，所述功率谱数据为所述平均功率谱。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，

所述处理模块包括乘法单元及加法单元，所述乘法单元包括多个乘法器，所述加法单元包括多个加法器，所述乘法器用于实现频率分量与方向权重参数的乘法操作，所述加法器用于实现各个乘法结果的累加操作；或

所述处理模块包括多个乘累加器，所述乘累加器用于实现频率分量与方向权重参数的乘法操作，并实现各个乘法结果的累加操作。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述根据各个频率在各个方向上的功率谱数据或所述多个数字信号得到全向无线电信号的总功率谱数据，包括：

将各个频率在各个方向上的功率谱数据进行加和处理，得到所述总功率谱数据；或

根据积分时间周期接收到的数字信号的平方之和、及数字信号的数目得到所述总功率数据。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

控制模块，连接于所述处理模块，用于：

接收各个频率在各个方向上的功率谱数据，存储并展示第一频谱数据，所述第一频谱数据包括时间、方向角及对应的功率谱数据；和/或

接收所述总功率谱数据，存储并展示第二频谱数据，所述第二频谱数据包括方向角、对应方向角频段的总功率谱数据。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述控制模块还用于：

配置所述处理模块的处理参数，所述处理参数包括中心频率、带宽频段、工作模式、频谱分辨率、积分时间、多组方向权重参数及对应方向角的至少一种，所述工作模式包括存储并展示第一频谱数据、和/或、存储并展示第二频谱数据。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述天线阵元包括全向天线，所述接收机包括低噪声放大器，所述接收单元的数目为大于3的整数。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

所述预处理模块包括多组第一预处理单元，所述第一预处理单元包括下变频器、放大器、模数转换器，所述下变频器用于对接收机输出的天线信号进行下变频，所述放大器用于对下变频信号进行二级放大，所述模数转换器用于对二级放大信号进行模数转换得到数字信号；或

所述预处理模块包括多组第二预处理单元，所述第二预处理单元基于软件定义无线电SDR得到。

10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述处理模块还包括：

多相滤波器，所述多相滤波器用于对各个数字信号分别进行多相滤波，得到各个数字信号对应的多个频率分量。

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