CN114422053A - 卫星信号自动监测分析设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了卫星信号自动监测分析设备，属于信号处理技术领域，包括射频信号处理单元、数字信号处理单元、计算机控制单元和数据存储单元；所述射频信号处理单元包括一个射频功分模块和两个射频接收模块，当有射频信号时，射频信号首先输入到射频功分模块进行分路，将射频信号分成两路信号，再将两路信号分别送入两个射频接收模块，射频接收模块将接收到的信号进行调理和放大，并将信号变频为中频信号；再将变频后的信号送入数字信号处理单元；自动监测分析单元用于根据用户制定的任务进行信号的全自动监测分析，具备信号载波检测、调制识别、软件解调、编码识别、信道译码和信源分析等功能；可实现信号的快速载波捕获。

Description

卫星信号自动监测分析设备
技术领域
本发明属于信号处理技术领域；具体是卫星信号自动监测分析设备。
背景技术
传统的信号自动监测分析设备采用的技术路线是：硬件平台完成信号预处理、A/D采集、DDC及相关数字信号处理，使用服务器软件完成流程调度及界面显示。这种技术路线有以下几个不足：一是前期投入成本高，系统配备的硬件平台及相关仪器仪表昂贵，限制了信号自动监测分析设备的推广应用；二是设备采用硬件进行数字信号的检测、识别及译码，适应信号的类型受限，当出现新的信号时无法自动快速分析处理，应对新信号的能力弱；三是采用这种技术路线的监测分析设备配备用户后，由于硬件已经定型，不能很好的适应用户后续升级需求，迭代能力差。
本卫星信号自动监测分析设备针对信号种类多、迭代要求高的信号处理场景，采用数字信号处理芯片完成宽带频谱、DDC及模拟解调等信号处理，使用软件来实现信号载波检测、调制信号识别、数字解调及解译，使用双通道来解决截获及处理矛盾问题，从而提升信号处理系统自动化处理能力。
发明内容
本发明的目的在于提供卫星信号自动监测分析设备，提升卫星信号监测分析的自动化水平，提高信号分析及处理的速度及准确率。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
卫星信号自动监测分析设备，包括射频信号处理单元、数字信号处理单元、计算机控制单元和数据存储单元；
所述射频信号处理单元包括一个射频功分模块和两个射频接收模块，当有射频信号时，射频信号首先输入到射频功分模块进行分路，将射频信号分成两路信号，再将两路信号分别送入两个射频接收模块，射频接收模块将接收到的信号进行调理和放大，并将信号变频为中频信号；再将变频后的信号送入数字信号处理单元；所述数字信号处理单元用于对输入的中频信号进行AD转换、数字信号的FFT运算和多路数字下变频处理；
计算机控制单元包括载波检测模块、编码识别模块、计算机模块和频谱展示模块；将经过FFT变换后的数据送入载波检测模块进行信号检测，并送入频谱展示模块进行显示；当载波检测模块检测到有效载波后，计算机模块将根据检测结果指引射频接收模块进行频率调整，同时对指示的载波进行数字下变频并存储；
计算机模块启动体制/调制识别算法，对下变频后的数据进行体制识别和调制识别，并根据识别结果进行信号解调，同时将解调结果送入编码识别模块进行编码分析，最后将分析结果储存。
进一步地，卫星信号自动监测分析设备还包括自动监测分析单元、手工监测单元和状态监视单元。
进一步地，自动监测分析单元用于根据用户制定的任务进行信号的全自动监测分析，包括载波检测模块、调制分析模块、软件解调模块、信道编码识别模块和信源分析模块。
进一步地，载波检测模块用于对采集的数据进行载波遴选，为信号的调制识别分析提供参考数据，同时将识别结果存入数据存储单元。
进一步地，调制分析模块用于对信号进行数据处理和综合分析，同时对信号的载波频率、3dB带宽、根部带宽和信噪比参数进行精确测量；软件解调模块用于实现信道编码方式的识别和译码，对信号进行解调。
进一步地，信道编码识别模块用于对卷积码、BCH、RS、TURBO、TPC和LDPC进行识别；在编码识别过程中，分有帧长码和无帧长码两种编码类型，其中TURBO码和LDPC码属于有帧长码，其余属于无帧长码；信源分析模块用于对去报头后数据的信源类型进行分析。
进一步地，手工监测单元包括操作通道1和操作通道2。
进一步地，操作通道1用于对指定频段范围内的信号进行波形显示、二维频谱显示、三维语图显示，实时显示鼠标当前位置的频率、带宽、信号幅度和信号载噪比信息；通过修改参数，达到切换语图横向、纵向显示风格，改变语图颜色；同时，能够修改FFT点数、加窗类型以及显示时间；支持二维频谱显示方式的动态修改。
进一步地，操作通道2实现数据采集存储和对存储的数据进行离线分析。
进一步地，状态监视单元用于对设备的各个硬件模块和软件模块进行监视。
本发明的有益效果：本发明提供的卫星信号自动监测分析设备解决了传统信号监测分析设备前期投入成本高、应对新信号的能力弱、迭代能力差等问题，采用基于软件无线电、信号智能分析技术进行卫星信号的监测分析，从而提升了卫星信号监测分析的自动化水平，提高了信号自动分析效率及准确率，为信号监测分析的无人值守创造了条件；计算控制单元采用x86计算机模块配置Linux操作系统，采用WEB服务模式，B/S架构实现频谱扫描与自动ZC应用；数据存储单元采用SATA3大容量高速存储器件实现高速采集数据存储；
自动监测分析单元用于根据用户制定的任务进行信号的全自动监测分析，具备信号载波检测、调制识别、软件解调、编码识别、信道译码和信源分析等功能；可实现信号的快速载波捕获；实现信号载波频率、3dB带宽、根部带宽和信噪比等参数的测量；实现信号调制方式、调制速率和信号参数的精确测量；实现信号的快速软件解调；实现信道编码方式的盲识别；实现信道快速译码；实现信号报头方式的识别与处理；实现信源内容的初步分析；同时将各项结果存入数据库以备数据检索使用；载波检测模块用于对采集的数据进行载波遴选；主要进行能量检测、信号检测、带宽分析等处理，从而实现信号载波频率、3dB带宽、根部带宽和信噪比等参数的粗略测量。
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，下面将对实施例或现有技术描述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为本发明的系统原理框图；
图2为本发明的手工监测模块流程图；
图3为本发明的状态监视功能流程图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明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。
如图1-3所示，卫星信号自动监测分析设备，包括射频信号处理单元、数字信号处理单元、计算机控制单元、数据存储单元、自动监测分析单元、手工监测单元和状态监视单元；
如图1所示，所述射频信号处理单元包括一个射频功分模块和两个射频接收模块，实现双通道信号接收处理；所述数字信号处理单元用于对输入的中频信号进行AD转换、数字信号的FFT运算和多路数字下变频处理；计算控制单元采用x86计算机模块配置Linux操作系统，采用WEB服务模式，B/S架构实现频谱扫描与自动ZC应用；数据存储单元采用SATA3大容量高速存储器件实现高速采集数据存储；
当有射频信号时，射频信号首先输入到射频功分模块进行分路，将射频信号分成两路信号，再将两路信号分别送入两个射频接收模块，射频接收模块将接收到的信号进行调理和放大，并将信号变频为中频信号；再将变频后的信号送入数字信号处理单元，在数字信号处理单元中完成射频信号的AD采集、FFT变换和多路DDC处理；
计算机控制单元包括载波检测模块、编码识别模块、计算机模块和频谱展示模块；
将经过FFT变换后的数据送入载波检测模块进行信号检测，并送入频谱展示模块进行显示；当载波检测模块检测到有效载波后，计算机模块将根据检测结果（中心频率、带宽、信噪比、滚降系数等）指引射频接收模块进行频率调整，同时对指示的载波进行数字下变频并存储；
计算机模块启动体制/调制识别算法，对下变频后的数据进行体制识别和调制识别，并根据识别结果进行信号解调，同时将解调结果送入编码识别模块进行编码分析，最后将上述分析结果入库；
自动监测分析单元用于根据用户制定的任务进行信号的全自动监测分析，具备信号载波检测、调制识别、软件解调、编码识别、信道译码和信源分析等功能；可实现信号的快速载波捕获；实现信号载波频率、3dB带宽、根部带宽和信噪比等参数的测量；实现信号调制方式、调制速率和信号参数的精确测量；实现信号的快速软件解调；实现信道编码方式的盲识别；实现信道快速译码；实现信号报头方式的识别与处理；实现信源内容的初步分析；同时将各项结果存入数据库以备数据检索使用；包括载波检测模块、调制分析模块、软件解调模块、信道编码识别模块和信源分析模块；
载波检测模块用于对采集的数据进行载波遴选；主要进行能量检测、信号检测、带宽分析等处理，从而实现信号载波频率、3dB带宽、根部带宽和信噪比等参数的粗略测量，为信号的调制识别分析提供参考数据，同时将识别结果存入数据库，以备数据检索时使用；
调制分析模块用于对信号进行数字滤波、速率判别、二倍频谱、四倍频谱、八倍频谱运算、相关运算、突发检测和试解调分析等数据处理和综合分析，实现信号通信体制、调制方式的快速判别和调制速率的精确测量，同时对信号的载波频率、3dB带宽、根部带宽和信噪比等参数进行精确测量；
软件解调模块用于实现信道编码方式的识别和译码，对信号进行解调，通过高速软解调算法实现BPSK、OQPSK、π/4QPSK、QPSK、8PSK、8QAM、16APSK、16QAM、32QAM、32APSK、64QAM信号和SCPC载波、TDMA突发载波、DVB-S/DVB-S2/DVB-S2X载波等信号的快速软解调；
信道编码识别模块用于对卷积码、BCH、RS、TURBO、TPC和LDPC进行识别；在编码识别过程中，主要分有帧长和无帧长两种编码类型，其中TURBO码和LDPC码属于有帧长码，其余属于无帧长码；针对两类信道编码分别采用了特殊同步码位差分析法和模式匹配法进行识别；系统采用的信道译码算法主要包括BCH码译码算法、RS码译码算法和维特比译码算法；
系统提供针对译码后数据的报头方式识别和去报头功能；为了提高运行效率，系统针对不同的扰码方式提供了不同的报头方式识别，如针对（20,3,0）自同步扰，系统主要提供了IDR1、IDR2和IDR3等报头方式的识别；针对（15,14,0）伪随机扰，系统主要提供了IBS和D&I等报头方式的识别；
信源分析模块用于对去报头后数据的信源类型进行分析；为了提高系统运行效率，系统针对不同信道编码方式提供了不同的信源类型识别功能；如针对DVB-S格式类信号，系统提供了多协议封装数据识别、7E数据识别和数字电视等功能；系统提供了全“0”数据识别、全“1”数据识别、“0、1”空闲数据识别、规律码识别、7E数据识别等功能；
如图2所示，手工监测单元在人工参与下，包括操作通道1和操作通道2；
操作通道1用于对指定频段范围内的信号进行波形显示、二维频谱显示、三维语图显示，能够实时显示鼠标当前位置的频率、带宽、信号幅度和信号载噪比等信息；通过修改参数，可以切换语图横向、纵向显示风格，改变语图颜色（彩色、灰度）；同时，能够修改FFT点数、加窗类型（汉宁、汉明、布莱克曼）以及显示时间；支持二维频谱显示方式的动态修改（正常显示、最大保持、平均保持、最小保持）；
操作通道2实现数据采集存储和对存储的数据进行离线分析；通过对信号二次方谱、四次方谱、八次方谱等的非线性变换，可方便观测出信号的调制体制情况（BPSK、QPSK、8PSK等）；对信号进行软件解调，通过观测基带眼图张开程度、星座图收敛程度和误码率等参数，可进一步验证信号参数；通过对解调后信号的编码分析，可对信号的编码方式和传输内容进行分析；
如图3所示，状态监视单元用于对设备的各个硬件模块和软件模块进行监视，实现系统软、硬件运行状态的动态监视，极大地提高了系统的可维护性。
本发明在使用时，当有射频信号时，射频信号首先输入到射频功分模块进行分路，将射频信号分成两路信号，再将两路信号分别送入两个射频接收模块，射频接收模块将接收到的信号进行调理和放大，并将信号变频为中频信号；再将变频后的信号送入数字信号处理单元，在数字信号处理单元中完成射频信号的AD采集、FFT变换和多路DDC处理；将经过FFT变换后的数据送入载波检测模块进行信号检测，并送入频谱展示模块进行显示；当载波检测模块检测到有效载波后，计算机模块将根据检测结果指引射频接收模块进行频率调整，同时对指示的载波进行数字下变频并存储；计算机模块启动体制/调制识别算法，对下变频后的数据进行体制识别和调制识别，并根据识别结果进行信号解调，同时将解调结果送入编码识别模块进行编码分析，最后将上述分析结果入库；
自动监测分析单元根据用户制定的任务进行信号的全自动监测分析，具备信号载波检测、调制识别、软件解调、编码识别、信道译码和信源分析等功能；可实现信号的快速载波捕获；实现信号载波频率、3dB带宽、根部带宽和信噪比等参数的测量；实现信号调制方式、调制速率和信号参数的精确测量；实现信号的快速软件解调；实现信道编码方式的盲识别；实现信道快速译码；实现信号报头方式的识别与处理；实现信源内容的初步分析；同时将各项结果存入数据库以备数据检索使用；
载波检测模块对采集的数据进行载波遴选；主要进行能量检测、信号检测、带宽分析等处理，从而实现信号载波频率、3dB带宽、根部带宽和信噪比等参数的粗略测量，为信号的调制识别分析提供参考数据，同时将识别结果存入数据库，以备数据检索时使用；调制分析模块对信号进行数字滤波、速率判别、二倍频谱、四倍频谱、八倍频谱运算、相关运算、突发检测和试解调分析等数据处理和综合分析，实现信号通信体制、调制方式的快速判别和调制速率的精确测量，同时对信号的载波频率、3dB带宽、根部带宽和信噪比等参数进行精确测量；软件解调模块实现信道编码方式的识别和译码，对信号进行解调，通过高速软解调算法实现BPSK、OQPSK、π/4QPSK、QPSK、8PSK、8QAM、16APSK、16QAM、32QAM、32APSK、64QAM信号和SCPC载波、TDMA突发载波、DVB-S/DVB-S2/DVB-S2X载波等信号的快速软解调；信道编码识别模块对卷积码、BCH、RS、TURBO、TPC和LDPC进行识别；在编码识别过程中，主要分有帧长和无帧长两种编码类型，其中TURBO码和LDPC码属于有帧长码，其余属于无帧长码；针对两类信道编码分别采用了特殊同步码位差分析法和模式匹配法进行识别；系统采用的信道译码算法主要包括BCH码译码算法、RS码译码算法和维特比译码算法；
系统提供针对译码后数据的报头方式识别和去报头功能；为了提高运行效率，系统针对不同的扰码方式提供了不同的报头方式识别，如针对（20,3,0）自同步扰，系统主要提供了IDR1、IDR2和IDR3等报头方式的识别；针对（15,14,0）伪随机扰，系统主要提供了IBS和D&I等报头方式的识别；信源分析模块对去报头后数据的信源类型进行分析；为了提高系统运行效率，系统针对不同信道编码方式提供了不同的信源类型识别功能；如针对DVB-S格式类信号，系统提供了多协议封装数据识别、7E数据识别和数字电视等功能；系统提供了全“0”数据识别、全“1”数据识别、“0、1”空闲数据识别、规律码识别、7E数据识别等功能；
在人工参与下，通道1实现对指定频段范围内的信号进行波形显示、二维频谱显示、三维语图显示，能够实时显示鼠标当前位置的频率、带宽、信号幅度和信号载噪比等信息；通过修改参数，可以切换语图横向、纵向显示风格，改变语图颜色（彩色、灰度）；同时，能够修改FFT点数、加窗类型以及显示时间；支持二维频谱显示方式的动态修改；通道2实现数据采集存储和对存储的数据进行离线分析；通过对信号二次方谱、四次方谱、八次方谱等的非线性变换，可方便观测出信号的调制体制情况（BPSK、QPSK、8PSK等）；对信号进行软件解调，通过观测基带眼图张开程度、星座图收敛程度和误码率等参数，可进一步验证信号参数；通过对解调后信号的编码分析，可对信号的编码方式和传输内容进行分析；状态监视单元实现对设备的各个硬件模块和软件模块进行监视，实现系统软、硬件运行状态的动态监视，极大地提高了系统的可维护性。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
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。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
以上内容仅仅是对本发明结构所做的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.卫星信号自动监测分析设备，其特征在于，包括射频信号处理单元、数字信号处理单元、计算机控制单元和数据存储单元；
所述射频信号处理单元包括一个射频功分模块和两个射频接收模块，当有射频信号时，射频信号首先输入到射频功分模块进行分路，将射频信号分成两路信号，再将两路信号分别送入两个射频接收模块，射频接收模块将接收到的信号进行调理和放大，并将信号变频为中频信号；再将变频后的信号送入数字信号处理单元；所述数字信号处理单元用于对输入的中频信号进行AD转换、数字信号的FFT运算和多路数字下变频处理；
计算机控制单元包括载波检测模块、编码识别模块、计算机模块和频谱展示模块；将经过FFT变换后的数据送入载波检测模块进行信号检测，并送入频谱展示模块进行显示；当载波检测模块检测到有效载波后，计算机模块将根据检测结果指引射频接收模块进行频率调整，同时对指示的载波进行数字下变频并存储；
计算机模块启动体制/调制识别算法，对下变频后的数据进行体制识别和调制识别，并根据识别结果进行信号解调，同时将解调结果送入编码识别模块进行编码分析，最后将分析结果储存。
2.根据权利要求1所述的卫星信号自动监测分析设备，其特征在于，卫星信号自动监测分析设备还包括自动监测分析单元、手工监测单元和状态监视单元。
3.根据权利要求2所述的卫星信号自动监测分析设备，其特征在于，自动监测分析单元用于根据用户制定的任务进行信号的全自动监测分析，包括载波检测模块、调制分析模块、软件解调模块、信道编码识别模块和信源分析模块。
4.根据权利要求3所述的卫星信号自动监测分析设备，其特征在于，载波检测模块用于对采集的数据进行载波遴选，为信号的调制识别分析提供参考数据，同时将识别结果存入数据存储单元。
5.根据权利要求3所述的卫星信号自动监测分析设备，其特征在于，调制分析模块用于对信号进行数据处理和综合分析，同时对信号的载波频率、3dB带宽、根部带宽和信噪比参数进行精确测量；软件解调模块用于实现信道编码方式的识别和译码，对信号进行解调。
6.根据权利要求3所述的卫星信号自动监测分析设备，其特征在于，信道编码识别模块用于对卷积码、BCH、RS、TURBO、TPC和LDPC进行识别；在编码识别过程中，分有帧长码和无帧长码两种编码类型，其中TURBO码和LDPC码属于有帧长码，其余属于无帧长码；信源分析模块用于对去报头后数据的信源类型进行分析。
7.根据权利要求2所述的卫星信号自动监测分析设备，其特征在于，手工监测单元包括操作通道1和操作通道2。
8.根据权利要求7所述的卫星信号自动监测分析设备，其特征在于，操作通道1用于对指定频段范围内的信号进行波形显示、二维频谱显示、三维语图显示，实时显示鼠标当前位置的频率、带宽、信号幅度和信号载噪比信息；通过修改参数，达到切换语图横向、纵向显示风格，改变语图颜色；同时，能够修改FFT点数、加窗类型以及显示时间；支持二维频谱显示方式的动态修改。
9.根据权利要求7所述的卫星信号自动监测分析设备，其特征在于，操作通道2实现数据采集存储和对存储的数据进行离线分析。
10.根据权利要求2所述的卫星信号自动监测分析设备，其特征在于，状态监视单元用于对设备的各个硬件模块和软件模块进行监视。
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