CN116566468A - 便携式卫星信号监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种便携式卫星信号监测装置，包括便携式计算机，所述便携式计算机内置有信号接收单元、GPU卡、自动监测软件模块；所述信号接收单元包括两个接收机，采用双通道接收模式，接收外部卫星信号，并将接收的射频信号经放大、变频、转换后形成数字信号；所述GPU卡用于对所述数字信号进行多路DDC处理；所述自动监测软件模块内置有多类卫星信号分析算法，采用多维信号频谱识别处理方法，对DDC数据进行调制分析及解调、编码识别及译码、信源识别。本发明采用双通道信号检测技术、多维信号频谱识别处理技术，实现卫星信号监测处理，提升了设备对卫星信号类型变化的适应性，并满足用户对设备机动使用提出的便携性需求。

Description

便携式卫星信号监测装置

技术领域

本发明属于通信技术领域，尤其涉及一种便携式卫星信号监测装置。

背景技术

在传统的信号监测分析设备中，硬件平台完成信号A/D采集、DDC变换及相关数字信号处理，在服务器上部署信号分析软件完成信号处理、流程调度及界面显示。这类信号监测设备采用硬件进行卫星信号的检测、处理，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，同时由于设备硬件已经定型，不能很好的适应用户后续升级需求，迭代能力差。另外，此类设备构成复杂、笨重，只适合装备在固定阵地，不方便机动便携使用，使用地域受限，限制了信号监测分析设备的推广应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种便携式卫星信号监测装置，采用双通道信号检测技术、多维信号频谱识别处理技术，实现卫星信号监测处理，提升设备对卫星信号类型变化的适应性，并满足用户对设备机动使用提出的便携性需求。

本发明提供了一种便携式卫星信号监测装置，包括便携式计算机，所述便携式计算机内置有信号接收单元、GPU卡、自动监测软件模块；

所述信号接收单元包括两个接收机，采用双通道接收模式，接收外部卫星信号，并将接收的射频信号经放大、调理、下变频、滤波、模拟采集，转换成数字信号；

所述GPU卡用于对所述数字信号进行FFT变换及多路DDC处理，并将频谱与多路DDC实时处理数据发送至自动监测软件模块进行后续处理；

所述自动监测软件模块内置有多类卫星信号分析算法，采用多维信号频谱识别处理方法，对DDC数据进行调制分析及解调、编码识别及译码、信源识别。进一步地，所述自动监测软件模块包括：

频谱扫描检测模块，用于对采集的宽带信号进行全景频谱扫描，对信号数据进行指定分辨率的FFT运算，完成载波检测、FFT变换、频谱拼接显示，实时显示信号频谱。

信号检测识别模块，用于对选定的样本信号进行宽带载波检测，利用多路并行滤波方法对检测到的信号进行窄带提取，然后进行载波类型识别，最后根据不同的载波类型对信号进行不同流程的处理；其中，对连续信号，依次进行调制类型识别、解调、编码类型识别、译码处理；对突发信号，则对其进行网台类型识别，然后进行突发检测和分析；对DVB-S2信号，则根据协议对其进行解析，输出信号当前的编码、调制类型；

人机交互显示模块，用于给用户提供处理流程的控制，以及检测识别结果的显示。

进一步地，所述人机交互显示模块的交互操作步骤包括：

根据实际情况选择是从接收模块采集样本或直接选择已有的宽带样本；

如果是采集样本，则打开信号采集子系统进行宽带数据采集；如果是使用已有样本，则从当前文件系统中选取待处理的样本文件；

根据需要选择分析模式：自动检测分析、手动添加分析；

如果选择自动检测分析模式，则点选自动检测按钮；如果选择手动添加分析模式，则通过鼠标在频谱图上进行信号的选取并添加到载波列表，对列表中的载波进行分析；

通过右侧信号属性面板显示解调星座图和编码识别结果；

对突发信号，通过鼠标右键打开突发分析工具进行突发分析，对突发的位置、突发时长、占空比以及突发解调结果进行显示。

借由上述方案，通过便携式卫星信号监测装置，该装置使用高性能便携式计算机作为信号分析处理平台，使用GPU对数字信号进行多路DDC处理，使用信号自动监测软件完成信号的检测、识别和处理，并使用双通道接收模式来解决信号截获及处理矛盾问题，提高了设备对卫星信号类型变化的适应性，也提高了设备的自动化处理能力。并解决了传统信号监测分析设备结构笨重不便携行、处理新信号能力弱、迭代能力差的问题，满足了用户对设备机动使用提出的便携性需求。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本发明便携式卫星信号监测装置结构框图；

图2是本发明自动监测软件模块框架图；

图3是本发明频谱扫描检测模块工作流程图；

图4是本发明信号检测识别模块工作流程图；

图5是本发明人机交互显示模块工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

参图1所示，本实施例提供了一种便携式卫星信号监测装置，包括便携式计算机，该便携式计算机内置有信号接收单元、GPU卡、自动监测软件模块。

信号接收单元包括两个接收机，采用双通道接收模式，接收外部卫星信号，并将接收的射频信号经放大、调理、下变频、滤波、模拟采集，转换成数字信号，然后经DDR3内存进行数据高速缓存处理，送到GPU进行处理。外部卫星信号经功分器分路为2路信号，分别接入2个接收机，接收机射接收模块将射频信号放大、变频为中频信号，中频信号进入信号采集模块进行A/D变换形成数字信号，高速数据经USB3.0接口送入计算机。

GPU卡用于对所述数字信号进行FFT及多路DDC处理，完成信号的多路信道化。

GPU模块对信号接收单元送来的数据实现指定分辨率的FFT运算和多路DDC信号采集，并将频谱与多路DDC实时处理数据发送至计算机进行后续处理。

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)引导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，同时将解调结果保存入库。

本便携式卫星信号监测装置采用双通道设计方案，通道一实现射频信号多分辨率快速FFT计算、全景频谱实时显示、全频段载波自动检测，轮询带宽高达5GHz/s，为频谱监测提供大带宽及高效计算，在频谱监视模式下，可对宽带信号实现实时轮询监视。通道二对指定频率进行DDC和采集分析处理，实现窄带多通道信号识别与处理。采用高性能通用计算架构，多线程并行处理技术，设计了载波检测、调制识别、信号解调等处理模块，在使用中迭代优化调制识别、信号解调等算法性能及速度，实现精确识别与处理，提高信号检测识别准确率和数据处理速度。

自动监测软件模块内置有多类卫星信号分析算法，采用多维信号频谱识别处理方法，对DDC数据进行调制分析及解调、编码识别及译码、信源识别。

该便携式卫星信号监测装置使用信号接收模块实现卫星信号的接收、数字化、傅立叶变换，使用GPU对数字信号进行多路DDC处理，使用信号分析软件完成信号的调制信号识别、数字解调、信号编码方式识别及解译等处理工作，并使用双通道接收模式来解决信号截获及处理矛盾问题，从而提升了卫星信号监测设备的自动化处理能力，能够适应信号种类多、迭代要求高的非固定区域信号处理场景。

参图2所示，自动监测软件模块功能包括：

频谱扫描检测模块，用于对采集的宽带信号进行全景频谱扫描，对信号数据进行指定分辨率的FFT运算，完成载波检测、FFT变换、频谱拼接显示，实时显示信号频谱。为便于后续信号检测识别操作，在频谱显示界面上可同时显示信号的二维频谱/波形和三维语图，可设置二维频谱显示类型，可设置三维语图显示参数、加窗类型、显示延迟、坐标映射类型、可设置信号处理起点、终点等参数等。其工作流程如图3所示。

信号检测识别模块，用于对选定的样本信号进行宽带载波检测，利用多路并行滤波方法对检测到的信号进行窄带提取，然后进行载波类型识别，最后根据不同的载波类型对信号进行不同流程的处理；其中，对连续信号，依次进行调制类型识别、解调、编码类型识别、译码处理；对突发信号，则对其进行网台类型识别，然后进行突发检测和分析；对DVB-S2信号，则根据协议对其进行解析，输出信号当前的编码、调制类型。

该模块可根据用户操作进行载波识别，完成ASK信号、FSK信号、PSK信号、QAM信号的调制速率测量；BPSK、QPSK、OQPSK、π/4QPSK、8PSK、8QAM和16QAM等信号的载波测量；信号的带通滤波、带阻滤波、高通滤波、低通滤波和基带信号的测速、中值滤波、平滑滤波等处理；AM信号和FM信号的软件解调；同时可实现对指定范围内信号的全自动载波检测和调制识别、体制识别；完成BPSK信号、QPSK信号、π/4QPSK信号、8PSK信号、8QAM信号和16QAM信号的软件解调，可实现对TDMA、DVB-S、DVB-S2、APCMA等通信体制的信号进行解调。可对连续和突发类型的载波信号进行解调。输出星座值可由用户自行输入，解调过程可显示信号的眼图和星座图；完成交织方式、纠错编码方式、加扰方式、别帧格式、复用方式、信源方式的识别。其工作流程如图4所示。

人机交互显示模块，用于给用户提供处理流程的控制，以及检测识别结果的显示。

参图5所示，在本实施例中，人机交互显示模块的交互操作步骤包括：

根据实际情况选择是从接收模块采集样本或直接选择已有的宽带样本；

如果是采集样本，则打开信号采集子系统进行宽带数据采集；如果是使用已有样本，则从当前文件系统中选取待处理的样本文件；

根据需要选择分析模式：自动检测分析、手动添加分析；

如果选择自动检测分析模式，则点选自动检测按钮；如果选择手动添加分析模式，则通过鼠标在频谱图上进行信号的选取并添加到载波列表，对列表中的载波进行分析；

通过右侧信号属性面板显示解调星座图和编码识别结果；

对突发信号，通过鼠标右键打开突发分析工具进行突发分析，对突发的位置、突发时长、占空比以及突发解调结果进行显示。

该便携式卫星信号监测装置具有如下技术效果：

(1)本发明采用信号接收单元进行宽带卫星信号采集处理，然后利用高性能CPU、GPU对宽带信号进行宽带检测、载波识别、调制识别、编码识别以及解调译码等操作，分析识别算法可扩展性好，适应新信号能力强。

(2)自动监测软件模块通过标准化信号处理流程，实现了信号处理各阶段的模块化，同时配合持久化机制和插件系统对各处理环节的中间结果进行自动存储，能够实现对处理流程的扩展和定制，同时实现对监测识别结果的存储及显示。

(3)本发明提供的便携式卫星信号监测设备，将信号采集、信号处理、信号分析功能模块集成在一套便携式计算机平台上，设备集成度高，携带方便、适应性强，方便用户使用。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种便携式卫星信号监测装置，其特征在于，包括便携式计算机，所述便携式计算机内置有信号接收单元、GPU卡、自动监测软件模块；

所述信号接收单元包括两个接收机，采用双通道接收模式，用于接收外部卫星信号，并将接收的射频信号经放大、调理、下变频、滤波、模拟采集，转换成数字信号；

所述GPU卡用于对所述数字信号进行FFT变换及多路DDC处理，并将频谱与多路DDC实时处理数据发送至自动监测软件模块进行后续处理；

所述自动监测软件模块内置有多类卫星信号分析算法，采用多维信号频谱识别处理方法，对DDC数据进行调制分析及解调、编码识别及译码、信源识别。

2.根据权利要求1所述的便携式卫星信号监测装置，其特征在于，所述自动监测软件模块包括：

频谱扫描检测模块，用于对采集的宽带信号进行全景频谱扫描，对信号数据进行指定分辨率的FFT运算，完成载波检测、FFT变换、频谱拼接显示，实时显示信号频谱；

信号检测识别模块，用于对选定的样本信号进行宽带载波检测，利用多路并行滤波方法对检测到的信号进行窄带提取，然后进行载波类型识别，最后根据不同的载波类型对信号进行不同流程的处理；其中，对连续信号，依次进行调制类型识别、解调、编码类型识别、译码处理；对突发信号，则对其进行网台类型识别，然后进行突发检测和分析；对DVB-S2信号，则根据协议对其进行解析，输出信号当前的编码、调制类型；

人机交互显示模块，用于给用户提供处理流程的控制，以及检测识别结果的显示。

3.根据权利要求2所述的便携式卫星信号监测装置，其特征在于，所述人机交互显示模块的交互操作步骤包括：

根据实际情况选择是从接收模块采集样本或直接选择已有的宽带样本；

如果是采集样本，则打开信号采集子系统进行宽带数据采集；如果是使用已有样本，则从当前文件系统中选取待处理的样本文件；

根据需要选择分析模式：自动检测分析、手动添加分析；

如果选择自动检测分析模式，则点选自动检测按钮；如果选择手动添加分析模式，则通过鼠标在频谱图上进行信号的选取并添加到载波列表，对列表中的载波进行分析；

通过右侧信号属性面板显示解调星座图和编码识别结果；

对突发信号，通过鼠标右键打开突发分析工具进行突发分析，对突发的位置、突发时长、占空比以及突发解调结果进行显示。