CN211046942U - 一种信道监测节点设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种信道监测节点设备，包括信道监测节点设备主机，所述信道监测节点设备主机通过馈线连接有车载天线；所述信道监测节点设备主机其网口通过网线通信连接以太网交换机；所述以太网交换机通过网口连接有内置接口模块和设备管理模块的上位机；所述信道监测节点设备主机包括FPGA，及给主机供电的电源，所述FPGA信连接有存储器和ARM，所述ARM通过485总线通信连接频率合成器、变频处理模块、预选器和数字处理模块；所述数字处理模块通过并行总线通信连接到ARM；所述ARM还通过并行总线通信连接SDRAM和flash；本实用新型的信道监测节点设备，采用数字化硬件平台和大动态线性接收技术，进行信道监测，具有高灵敏度、高线性、大动态范围及快速扫描能力。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种信道监测节点设备，属于信道监测技术领域。
背景技术
信道监测节点设备是用于信号频谱数据采集功能，能对采集的频谱数据进行分析、计算和存储，主要实现无线信号的搜索、监测与分析以及无线组网状态的评估与预测等；为战时和平时通信设备的野战使用、维修保障提供实时电磁环境的基本数据，能保证操作人员实时高效的开展维修保障和训练活动，并指导操作人员在各种电磁干扰条件下采取适当技术应对措施和保障自身的安全，现有技术中，还没有一款能够对周围信道快速扫描和处理的的信道监测节点设备。
实用新型内容
为解决上述问题，本实用新型提出了一种信道监测节点设备，具有无线信号频谱数据采集功能，能对采集的频谱数据进行分析、计算和存储；能为网络管理模块完成频率规划、电磁态势显示、干扰查找、无线设备射频诊断、信号监测等功能提供数据支撑；监测频率范围覆盖主要无线通信设备工作频率。
本实用新型的信道监测节点设备，包括信道监测节点设备主机，所述信道监测节点设备主机通过馈线连接有车载天线；所述信道监测节点设备主机其网口通过网线通信连接以太网交换机；所述以太网交换机通过网口连接有内置接口模块和设备管理模块的上位机；可以根据系统功能的要求进行工作模式切换，通过天线接收空间电磁波，进行空间电磁频谱侦测，完成无线信道电磁频谱数据的采集，其中包含无线信号频谱与无线信号电平强度等电磁参数。为电磁频谱态势分析、计算提供有力的数据支撑，通过模块接口调用，实现原始数据的分析处理功能，并以动态链接库的形式通过网口将数据上传。
进一步地，所述信道监测节点设备主机包括FPGA，及给主机供电的电源，所述FPGA信连接有存储器和ARM，所述ARM通过485总线通信连接频率合成器、变频处理模块、预选器和数字处理模块；所述数字处理模块通过并行总线通信连接到ARM；所述ARM还通过并行总线通信连接SDRAM和flash；所述ARM还通信连接有网口、USB接口和232接口；
所述电源包括依次连接的EMI滤波器、整流电路、DC/DC转换电路、输出滤波电路和反向保护电路；所述DC/DC转换电路电连接有PWM调制电路；所述PWM 调制电路输入端和反馈段分别电连接辅助电源和反馈控制模块；
所述预选器包括与车载天线输出口相连的保护电路，及与保护电路连接的开关滤波放大电路，及与保护电路和开关滤波放大电路通信的预选控制器，所述预选控制器通过485总线通信连接到ARM；
所述变频处理模块包括依次连接的前端滤波器、一中频混频器、放大器、滤波器，二中频混频器、放大器、中频AGC、滤波器、三中频混频器、放大器和滤波器；所述一中频混频器、二中频混频器和三中频混频器其本振信号端连接到频率合成器；所述频率合成器包括由一本振、二本振和三本振组成；所述一本振、二本振和三本振均由锁相集成电路、VCO、环路滤波器和放大器依次连接组成；
所述数字处理模块包括两射频插座，两所述射频插座通过二选一开关分别电连接对数检波模块和VGA模块；所述VGA模块分别电连接射频输出插座和ADc 模块；所述对数检波模块电连接DSP模块；所述DSP模块和ADc模块电连接到 FPGA，所述DSP模块电连接eprom；所述FPGA通过DAC模块电连接到VGA模块调节端；所述FPGA通信连接二选一开关控制端；所述FPGA通过通过485总线通信连接汇流板插座；所述汇流板插座电连接有接入电源；所述FPGA通过DAC 模块和直接输出分别电连接到语音输出模块和频谱显示输出模块；所述语音输出模块和频谱显示输出模块采用数字中频输出连接到主控制板插座；所述FPGA 采用数字中频输出到后面板插座；所述DSP模块通过RS232通信连接到后面板插座；所述后面板插座上还设置由FPGA配置模块。
进一步的，所述DC/DC转换电路包括输入滤波及反接保护电路，及与输入滤波及反接保护电路电连接的宽范围输入DC/DC电源模块，5V DC/DC电源模块、 12V DC/DC电源模块、24V DC/DC电源模块和-5V DC/DC电源模块。
进一步地，所述信道监测节点监测主机其系统包括用于接收网控指令，对网控指令进行解析以及对其合理性进行分析，并将从设备数字处理模块采集的电磁频谱数据或I/Q数据、检测到的设备故障类型、修改业务IP地址是否成功的结果以及对解析后的数据合理性分析的结果及数据回传的网口控制功能模块，及与网口控制功能模块通信，用于对已知的单个频率点进行测量，从数字处理模块获取该频点的I/Q数据或电磁频谱数据，并将采集的数据进行组包、分包处理的单频测量功能模块；及与网口控制功能模块通信，用于对某频段内所有的频率按照中频带宽进行扫描，从数字处理模块获取该频段内所有的电磁频谱数据，并将采集的数据进行组包、分包处理的数字扫描功能模块；及与网口控制功能模块通信，用于对某频段内的频率按照设定的步进频率为换频间隔进行扫描，从数字处理模块获取相应的电磁频谱数据，并将采集的数据进行组包、分包等处理的频段扫描功能模块，及与网口控制功能模块通信，用于设置多个频率点，对这些频率点逐个进行扫描，并从数字处理模块中获取这些频率点的电磁频谱数据，将采集的数据进行组包、分包等处理的离散扫描功能模块，及与网口控制功能模块通信，用于检测设备硬件模块是否出现故障，并能将故障类型主动上报给设备管理模块，同时也支持设备管理模块主动进行故障查询的故障检测模块；及与网口控制功能模块通信，用于实现对大信号和小信号的电平值校准，使设备输出的电平精度更高，提高测量的准确性的电平精度校准模块。
进一步地，所述上位机其系统包括用于将各个模块实例化对象，及通过这些对象完成各项功能的主框架与基本模块；及用于实现接口模块与设备主机通信，主要完成数据的收集、协议的转换、数据的预处理，并将数据分发到主框架及基本模块中的网络设备控制模块；及用于实现通过对数据库的访问完成数据存储、读取功能；通过分析历史频谱，结合通信设备的参数，辅助完成通信网络频率规划；通过EMC分析，对系统的通信效果进行分析预估；通过频谱数据的对比判断完成本地设备射频部分的诊断分析功能；通过修正的信道衰落等模型对频谱数据进行计算，完成频谱态势数据的生成的频谱监测与管理规划辅助模块；及用于提供给王航空指令的调用方式，调用形式为动态链接库的外部接口。
与现有技术相比较，本实用新型的信道监测节点设备，采用数字化硬件平台和大动态线性接收技术，进行信道监测，具有高灵敏度、高线性、大动态范围及快速扫描能力。
附图说明
图1是本实用新型的频率规划辅助决策功能实现示意图。
图2是本实用新型的全频段电磁频谱态势功能实现示意图。
图3是本实用新型的干扰方式识别及干扰频率查找功能实现示意图。
图4是本实用新型的信号监听功能实现示意图。
图5是本实用新型的设备射频(发射)部分诊断功能实现示意图。
图6是本实用新型的数据存储与回放功能实现示意图。
图7是本实用新型的信道监测节点设备结构示意图。
图8是本实用新型的信号解析流程结构示意图。
图9是本实用新型的预选器组成框图。
图10是本实用新型的变频处理模块组成功能框图。
图11是本实用新型的频率合成器原理框图。
图12是本实用新型的数字处理模块的硬件组成及基本功能框图。
图13是本实用新型的数字信号处理流程图。
图14是本实用新型的主控制器基本功能框图。
图15是本实用新型的AC/DC电源模块图。
图16是本实用新型的DC/DC电源模块图。
图17是本实用新型的嵌入式系统组成及数据流程图。
图18是本实用新型的嵌入式主控系统与上位机系统功能映射关系示意图。
图19是本实用新型的上位机系统组成架构示意图。
图20是本实用新型的计算不可用使用频段计算框图。
图21是本实用新型的频率规划合理性判断框图。
图22是本实用新型的电磁频谱态势感知实现框图。
图23是本实用新型的全频段电磁频谱图。
图24是本实用新型的无线通信装备连通性分析示意图。
图25是本实用新型的干扰查找软件实现看图。
图26是本实用新型的数据存储与回放示意图。
具体实施方式
本实用新型的信道监测节点设备，具有多种监测与辅助计算功能；基本功能均可在本地完成，而对于全地域电磁频谱态势图的显示，通过汇集多站点电磁频谱数据信息，必须通过各监测节点组网完成；全地域电磁频谱态势图显示功能实现介绍具体如下：
1)如图1所示，利用频率规划辅助决策功能，提高无线通信系统频率规划合理性；通过对空间电磁频谱的监测，可提取出已用频率与干扰频率，为网络管理模块提供不可使用频段的基础数据。根据设备提供的基础数据和下发频段就可完成频率规划。同时可以通过网控指令调用接口模块，将已规划好的频率表传递给接口模块，接口模块结合通信系统的拓扑结构、组网方式、地形信息、通信设备参数、频谱数据等信息，利用信道衰落模型、谐波干扰等相关算法计算出规划频率表中存在干扰的频率点，并将分析结果数据上传，对频率规划进行进一步的优化，完成频率规划辅助决策功能。
2)利用电磁频谱态势感知功能，显示全频段、全地域的电磁频谱态势图，其具体如下；
如图2所示，全频段电磁频谱态势图，全频段的电磁频谱态势图主要信道监测设备在对应站点对所设置频段范围内的电磁频谱进行实时检测，得到的电磁频谱随时间变化的情况；通过网控指令可以对设备检测频率的采集范围进行设置，并将检测到的电磁频谱态势数据通过接口模块上传，为电磁频谱态势图的显示提供数据基础。通过对电磁频谱态势数据进行分析处理就可形成全频段电磁频谱态势图，从全频段电磁频谱态势图中可以直观地看到设置频段范围内电磁频谱的实时状态。
如图3所示，全地域电磁频谱态势图，全地域电磁频谱态势图显示的是所在的整个作战区域内，单一频点的电磁频谱随时间变化的情况；通过网控指令调用接口模块，对作战区域内的电磁频谱进行分析、计算，并将分析、计算得到的数据通过网口反馈，为全地域电磁频谱态势图提供数据基础。通过数据分析、处理，就可在作战地图上显示出对应站点(坐标点)的电磁频谱态势。经过大量选点监测，就可以得到较大范围内的电磁频谱态势；利用信道监测节点设备具有的频率测量、电平测量、模拟解调、能量判决、信号识别，可实现干扰方式识别、干扰频率查找以及信号监听等功能；在网控指令控制下可实现对空间电磁干扰的识别与频率查找，在这一过程中，网控指令调用接口模块，接口模块根据战前采集的频谱数据模板(即在监测频段范围内，所有频率点对应的最大电平值)以及系统通信设备使用的工作频率，对空间中存在的干扰信号进行频率检测与信号识别，并将识别出的干扰信号干扰方式与干扰频率以数据的形式通过网口传出，对网口传出的干扰信号数据进行分析与处理，就可在显示器上显示出干扰信号，并且可以直观的看到干扰频率与干扰方式；干扰方式识别及干扰频率查找的具体实现方式。
如图4和图5所示；信号监听功能的实现主要依靠网控指令调用接口模块，接口模块控制设备主机进行快速扫描，如发现异常信号波动，立即将异常信号数据通过网口传出，并在数据库中存储，同时利用解调功能对该信号进行监听；利用信道监测节点设备的波形对比与数据分析能力，实现无线通信设备射频部分诊断功能；为实现无线设备射频(发射)部分诊断功能，首先应建立一个数据库，该数据库中记录所有被测设备正常工作时的相关参数；诊断过程中，使被测设备处于发射状态，然后通过网控指令调用接口模块控制主机采集被测设备的实时电磁频谱信息，结合数据库中该无线设备正常工作时的相关参数，进行对比分析，即可判断被测无线通信设备的射频(发射)部分是否工作正常。
如图6所示，战时，可通过网控指令调用接口模块，接口模块将实时频谱数据存储到系统数据库中，以备战后调用；战后，通过网控指令可将已存储的频谱数据调出进行回放，以便于对战时频谱数据特点进行分析。数据存储与回放功能具体实现方式。
如图7所示的信道监测节点设备，由主机和软件两部分组成，主机具有高速的原始数据采集、处理能力，通过网口与计算机进行数据交互；软件具有数据分析处理功能；具有被动接收无线信号的功能，无线电静默时也可实现战场电磁环境分析的功能；扫描速度快，自动化程度高，数据真实可信；具有多种中频带宽，满足不同信号强度的监测；具有对无线信号采集、分析、对比、判断等能力；可以根据系统的网络拓扑、组网方式、地形信息、设备参数等，为网络频率规划提供辅助计算功能；系统通过大量真实环境实验对信道衰落模型进行了补充和修正，具有对通信设备所在频段的EMC分析能力；其具体如下：包括信道监测节点设备主机，所述信道监测节点设备主机通过馈线连接有车载天线；所述信道监测节点设备主机其网口通过网线通信连接以太网交换机；所述以太网交换机通过网口连接有内置接口模块和设备管理模块的上位机；通过网口与网络管理模块、接口模块进行数据交换；本实用新型的信道监测节点设备监控的频率范围为1MHz～3.5GHz，可以覆盖常规通信系统内的双频段电台、超短波电台、高速电台和北斗车载双模一体机等无线通信设备的工作频段，其工作具体如下：
如图8所示，空间中的无线信号从天线接收下来后，首先经过一个限幅器对设备进行大信号保护进入预选器单元；预选器单元主要由低噪声放大器、低插损射频开关、低插损滤波器等微波器件组成，将从天线接收下来的信号进行选择性滤波和低噪声放大；变频处理模块主要由宽带高线性混频器、线性放大器、高矩形系数中频滤波器等器件组成，主要完成对监测信号的线性变频、选择性滤波、线性放大输出；经三次变频后的中频信号送入数字处理模块进行数字采样、AD变换、数字下变频，经傅立叶变换、解调后输出频谱数据和解调信息；主控制器采用ARM架构，并通过通用485总线控制器完成对预选器模块和变频处理模块的控制和信息交互。
如图9所示，所述预选器包括与车载天线输出口相连的保护电路，及与保护电路连接的开关滤波放大电路，及与保护电路和开关滤波放大电路通信的预选控制器，所述预选控制器通过485总线通信连接到ARM；预选器模块位于接收组件的最前端，与车载天线输出口相连；预选器由保护电路、开关滤波放大电路及预选器控制电路组成，主要提供大信号保护、选择滤波、低噪声放大三项功能，提供15dB左右增益；预选器对弱信号提供增益以提高监测接收机的灵敏度，对强信号提供衰减以免超出监测接收机的线性范围；对全频段的输入信号提供足够高的选择性滤波能力，以滤除无用信号，提取出操作人员感兴趣的信号。
如图9所示，由预选器的组成框图可以看出，预选器的选择性滤波粗分四个频段；而频段2又细分为四个子频段，频段4分为2个子频段；预选器各子频段的选择可通过预选器控制模块控制实现。
1)频段1：1MHz～20MHz；
2)频段2：20～1000MHz；
20～70MHz；70～200MHz；200～560MHz；560～1000MHz。
3)频段3：1000～1500MHz；
4)频段4：1500～3500MHz；
1500～2300MHz；2300～3500MHz。
如图10和图11所示，所述变频处理模块包括依次连接的前端滤波器、一中频混频器、放大器、滤波器，二中频混频器、放大器、中频AGC、滤波器、三中频混频器、放大器和滤波器；所述一中频混频器、二中频混频器和三中频混频器其本振信号端连接到频率合成器；所述频率合成器包括由一本振、二本振和三本振组成；所述一本振、二本振和三本振均由锁相集成电路、VCO、环路滤波器和放大器依次连接组成，主要为接收机提供混频使用的本振信号；变频处理模块作为射频前端电路，主要完成接收信号的变频与放大功能；考虑到对镜像频率的抑制，以及控制本振相对工作带宽，设备采用高中频与三次变频的方案，提供35dB左右增益；一中频频率4470MHz，二中频频率470MHz，三中频频率70MHz；
其输入电平范围：-107dBm～7dBm；输出电平：-72dBm～10dBm；中频AGC 控制范围：0dB～30dB(步进1dB)；变频处理模块变频增益：35±2dB；三阶交调抑制：当输入两个相距5MHz的等幅功率接收信号，输出总功率为0dBm时，输出三阶交调分量比基波功率至少低45dB；中频谐波抑制：大于30dB；镜频抑制：大于70dB；变频处理模块功耗：小于3W。
如图12和图13所述数字处理模块包括两射频插座，两所述射频插座通过二选一开关分别电连接对数检波模块和VGA模块；所述VGA模块分别电连接射频输出插座和ADc模块；所述对数检波模块电连接DSP模块；所述DSP模块和 ADc模块电连接到FPGA，所述DSP模块电连接eprom；所述FPGA通过DAC模块电连接到VGA模块调节端；所述FPGA通信连接二选一开关控制端；所述FPGA 通过通过485总线通信连接汇流板插座；所述汇流板插座电连接有接入电源；所述FPGA通过DAC模块和直接输出分别电连接到语音输出模块和频谱显示输出模块；所述语音输出模块和频谱显示输出模块采用数字中频输出连接到主控制板插座；所述FPGA采用数字中频输出到后面板插座；所述DSP模块通过RS232 通信连接到后面板插座；所述后面板插座上还设置由FPGA配置模块；数字处理模块主要对外提供将模拟中频信号转换为数字中频信号输出的功能；本模块的主要设计要求为：解调灵敏度高，解调动态范围大，可以快速解调，具有较高的转换精度；
1)本实用新型采用软件无线电技术，其信号调制方式的识别等复杂算法由 DSP软件完成，下变频和解调要求实时性处理的功能由FPGA完成。采用信号处理算法识别出信号的中心频率和带宽，进一步设置FPGA中的数字NCO的中心频率来完成信号的正交下变频，根据信号的带宽灵活的设定数字低通滤波器的截止频率来完成信号滤波，提高信号的信噪比。由DSP对信号的调制方式及其相关的信号参数进行自动识别，然后设置FPGA的相关参数，采用合适的解调方式解调信号。数字信号流程图如图13所示。
2)采用复数滤波器实现正交混频接收机中镜像信号的抑制，减轻前端射频电路对镜像信号衰减的压力，降低接收机的复杂度。在正交混频接收机方案中，射频信号(包括有用信号和镜频信号)下混频到低中频形成I/Q两路信号时，有用信号和镜频信号表现为频率相同但相位相反，在复平面上，其频率分布相当于一个是正频率，一个是负频率。若采用对正负频率响应不同的复数滤波器，就能放大有用信号并滤除镜像信号，在宽带通信中能取得较好的镜频抑制度，同时还能抑制落在负频率区域内的交调干扰；本项设计确保可以降低假响应概率。
3)接收信号大动态范围通过中频AGC、高位宽带ADC、FPGA内部的数字AGC 来共同实现。对从FPGA解调出的话音信号，若需要进一步提高语音清晰度，通过DSP或FPGA中的语音降噪增强算法对采样信息中人语音以外的外部噪音进行滤波和限幅，从而提高话音信号中的信噪比，再通过数/模转换形成话音模拟信号，从而达到提高语音质量的目的；
4)同外部接口和控制信号的交流由DSP丰富的外设接口完成。
如图14所示，所述信道监测节点设备主机包括FPGA，及给主机供电的电源，所述FPGA信连接有存储器和ARM，所述ARM通过485总线通信连接频率合成器、变频处理模块、预选器和数字处理模块；所述数字处理模块通过并行总线通信连接到ARM；所述ARM还通过并行总线通信连接SDRAM和flash；所述ARM还通信连接有网口、USB接口和232接口；主控制器(ARM S3C2410X)主要完成对内控制和对外联系；设备内部主要采用并行控制方式，设备与外部的数字连接可以采用串并结合的方式，还兼有存储转发控制命令的功能；其主要控制对象如下；
1)采用总线方式对机内的各个模块进行控制，控制的对象包括：数字处理模块、频率合成模块、预选器模块和变频处理模块。
2)主要检测对象为：对机内的温度、电池电压、各个模块的工作状态进行检测。
3)主要实现的功能：全频段自动频段扫描、段内扫描、手动点频扫描、调制模式(FM，AM，PULSE，CW，USB，LSB，IQ)的设置、数据转存、与电脑之间的数据交互。
接口定义：RS232接口、USB接口、100M以太网口、模拟音频接口、电源接口、数字信号处理数据接口和485总线接口。
如图15所示，所述电源包括依次连接的EMI滤波器、整流电路、DC/DC转换电路、输出滤波电路和反向保护电路；所述DC/DC转换电路电连接有PWM调制电路；所述PWM调制电路输入端和反馈段分别电连接辅助电源和反馈控制模块；市电输入经EMI滤波和整流滤波后得到高压直流电压，该电压一路经辅助电源转换为+12V直流电压给PWM调制电源供电，另一路输入DC/DC变换单元，经变换器转换为所需要的低电压，该电压经过输出滤波后输出为直流电压，该电压通过反馈控制来实现稳压，从而使输出得到稳定的16.8V直流电压。
如图16所示，所述DC/DC转换电路包括输入滤波及反接保护电路，及与输入滤波及反接保护电路电连接的宽范围输入DC/DC电源模块，5V DC/DC电源模块、12V DC/DC电源模块、24V DC/DC电源模块和-5V DC/DC电源模块，其工作过程为；外供10～30V直流电压经XS1输入插座进入电源板，然后经过F和V1 组成的“供电输入极性反接保护电路”(其中“F”、“F0”为自恢复保险丝，并联使用)，送达各电源模件的输入端口，由各电源模件产生不同的输出电压，分别经滤波处理后,供整机各电路使用。本机中所使用的电源模块均具有输出过压及输出过流保护功能。“供电输入极性反接保护电路”工作原理如下：在外供直流电源正负极性反接时，V1正向导通，输入电流值超过自恢复保险丝F的额定值时，F将由原导通状态改变为高阻状态，使各电源模件的输入端口得到保护；当外供直流电源正负极性正确连通后，供电输入电路将自动延时恢复为正常工作状态。
本实用新型的信道监测节点设备，工作需要装载嵌入式主控系统；嵌入式主控系统采用了模块化的系统架构设计，按照功能封装成对应的模块；嵌入式主控系统是由网口控制、单频测量、数字扫描、频段扫描、离散扫描、USB存储、故障检测、电平精度校准等功能模块组成；嵌入式主控系统这些功能模块能够完成与指挥系统软件连接、I/Q数据和电磁频谱数据的采集、I/Q数据和电磁频谱数据的上传、查询设备是否出现故障以及故障类型等拓展功能；其具体如下；
包括用于接收网控指令，对网控指令进行解析以及对其合理性进行分析，并将从设备数字处理模块采集的电磁频谱数据或I/Q数据、检测到的设备故障类型、修改业务IP地址是否成功的结果以及对解析后的数据合理性分析的结果及数据回传的网口控制功能模块，及与网口控制功能模块通信，用于对已知的单个频率点进行测量，从数字处理模块获取该频点的I/Q数据或电磁频谱数据，并将采集的数据进行组包、分包处理的单频测量功能模块；及与网口控制功能模块通信，用于对某频段内所有的频率按照中频带宽进行扫描，从数字处理模块获取该频段内所有的电磁频谱数据，并将采集的数据进行组包、分包处理的数字扫描功能模块；及与网口控制功能模块通信，用于对某频段内的频率按照设定的步进频率为换频间隔进行扫描，从数字处理模块获取相应的电磁频谱数据，并将采集的数据进行组包、分包等处理的频段扫描功能模块，及与网口控制功能模块通信，用于设置多个频率点，对这些频率点逐个进行扫描，并从数字处理模块中获取这些频率点的电磁频谱数据，将采集的数据进行组包、分包等处理的离散扫描功能模块，及与网口控制功能模块通信，用于检测设备硬件模块是否出现故障，并能将故障类型主动上报给设备管理模块，同时也支持设备管理模块主动进行故障查询的故障检测模块；及与网口控制功能模块通信，用于实现对大信号和小信号的电平值校准，使设备输出的电平精度更高，提高测量的准确性的电平精度校准模块；嵌入式主控系统功能映射如下；
嵌入式主控系统通过以太网与接口模块和设备管理模块进行数据交互，为上位机系统实现相应功能提供数据支撑；嵌入式主控系统将从设备中获取的数据上报给上位机系统进行分析和处理，同时可将设备故障类型、业务IP地址修改是否成功的结果上报给设备管理模块；网口控制功能由网络接收、解析、数据发送和IP修改功能组成；具有单频测量、数字扫描、频段扫描、离散扫描四中扫描模式；嵌入式主控系统与上位机系统功能映射关系如图18所示。
如图19所示，所述上位机其系统包括用于将各个模块实例化对象，及通过这些对象完成各项功能的主框架与基本模块；及用于实现接口模块与设备主机通信，主要完成数据的收集、协议的转换、数据的预处理，并将数据分发到主框架及基本模块中的网络设备控制模块；及用于实现通过对数据库的访问完成数据存储、读取功能；通过分析历史频谱，结合通信设备的参数，辅助完成通信网络频率规划；通过EMC分析，对系统的通信效果进行分析预估；通过频谱数据的对比判断完成本地设备射频部分的诊断分析功能；通过修正的信道衰落等模型对频谱数据进行计算，完成频谱态势数据的生成的频谱监测与管理规划辅助模块；及用于提供给王航空指令的调用方式，调用形式为动态链接库的外部接口。
其中，接口软件调用数据库的历史频谱数据，结合通信设备的参数与工作状态，以及信道衰落模型对通信设备进行EMC分析；其中，历史频谱数据可从基础电磁环境数据库中读取；通信设备的参数以及工作状态在通信装备部署好后就可以确定，同样能够从设备数据库中读取；信道衰落模型则需要建立数学公式然后通过软件计算获取；信道衰落模型获取方法如下：信道衰落模型包含频率范围、天线高度、地形和环境因素等参数。系统中的通信装备工作频段不同，衰落模型也会有所差异。我们通过大量类似的实际环境测试例子对原始常规信道衰落公式的各项参数进行了修正，并重新拟合曲线，从而给出下面的经验公式：
当1＜f＜30MHz时：
Lm＝147.15+18.93lgf-6.68g(hte)-a(hre)+[44.9-6.55lg(hte)]lgd
a(hre)＝(1.1lgf-0.7)hre-(1.56lgf-0.8)dB
当30≤f≤400MHz时：
Lm＝69.55+26.16lgf-13.82lg(hte)-a(hre)+[44.9-6.55lg(hte)]lgd
a(hre)＝8.29(lg1.54hre)2-1.1dB
当f≥400MHz时：
Lm＝69.55+26.16lgf-13.82lg(hte)-a(hre)+[44.9-6.55lg(hte)]lgd
a(hre)＝3.2(lg11.75hre)2-4.97dB
式中Lm为路径损耗(单位：dB)；f为工作频率；hte为发射天线有效高度；hre为接收天线有效高度；d为发射与接收之间的传播距离；a(hre)为接收高度修正因子；信道衰落模型建立完成后，通过通信设备的通信参数和工作状态，就能计算出通信设备接收端的信号强度，结合基础电磁环境对应的噪声或者干扰的强度，就可判断出设备能否正常通信。
上位机系统软件调度本实用新型的信道监测节点设备进行无线频谱数据采集，为系统各项功能提供数据基础；结合GIS地图、无线信号传输模型和通信装备参数等信息，完成阵地电磁态势感知，无线通信装备连通性分析，电磁信号分析、通信装备布设与频率规划和电磁环境数据保存和回放五大核心功能，其具体如下；
1、如图20和图21所示，频率规划辅助决策功能；实现作战单元内部各通信网各装备的用频建议，系据作战地域的电磁环境、通信装备的使用参数及作战地域内通信网系分布，利用专用的电磁衰落模型，扣除禁用频率及网系间谐波干扰频率等，分配出适合装备通信的频率集，为通信参谋频率指配提供用频建议。可通过实时频谱监测与分析，对比敌我双方的用频装备数据库及环境数据库，评估作战地域的电磁环境复杂度，为我方作战单元提供通信频率资源保障；
1)在多点频监系统的系统软件进行频率规划之前，节点设备可结合数据库中基础电磁频谱环境、无线设备工作参数等信息，为网络管理软件提供空间频谱中已使用频段的数据信息；
2)采用节点设备对空间频谱数据进行采集，并软件对采集的空间频谱数据进行分析，分析空间频谱占用情况，再通过设定一定的门限值即可提取出频率分配中不能使用的频段；
3)在频率规划过程中或规划结束后，也可以人工分配频率表；结合各个网系的频率表、系统的拓扑结构、组网方式、位置信息、设备布置信息、地形信息、通信设备参数、频谱数据等信息和EMC分析算法，能够判断频率规划的合理性并提出建议。
在频率规划辅助决策功能中，电磁频谱环境数据采集方式有单台信道监测采集和多台节点设备组网采集两种；多台节点设备组网采集的电磁环境数据可以提供系统范围内通信装备所处不同位置的电磁环境数据；单台节点设备采集的电磁环境数据仅能提供本地设备检测范围内的电磁环境数据。在进行频段分析时，使用单台节点设备采集电磁环境数据，只能采集到设备所处站点的电磁环境数据，而不能采集到其他站点的电磁环境数据，因此频率规划辅助决策计算过程中有可能遗漏少数不能使用频段，影响频率规划的准确性。
在进行EMC分析时，可根据当地电磁环境和接收端信号强度是否满足接收灵敏度进行判断，计算无线通信设备是否能够正常通信。多台节点设备组网可采集无线通信设备在不同站点电磁环境数据，保证采集的电磁环境数据与地理位置对应；单台节点设备仅采集本地数据，通过模型推算其他站点的电磁环境数据；节点设备利用系统通信网络进行组网采集可以扩大采集范围，覆盖采集各指挥节点的真实电磁环境数据，提高了EMC分析的准确性。
2、如图22和23所示，电磁频谱态势感知功能：系统通过下发网控指令调用信道监测节点设备采集全频段(或某一预设频段)的电磁频谱数据，软件通过网口下发采集全频段频谱数据的命令到嵌入式主控软件，嵌入式主控软件控制硬件模块顺序采集预设频段内的电磁频谱数据，采集的同时将电磁频谱数据上传给系统软件，系统软件将电磁频谱数据分析、处理后通过进行显示；如图 23所示，其为电磁频谱态势感知功能效果展示。
3、如图24所示，无线通信装备连通性分析功能：通过波形比对和数据分析，结合采集的频谱数据和通信装备的工作参数，进行特征参数比对，判断出使用当前频率的无线通信装备射频部分工作状态是否正常，结合无线电磁信号传播模型，得出无线通信网络的连通性评估结果。
4、如图25所示，电磁信号分析及干扰查找功能：通过信号分析，可获取信号带宽、调制方式、信号频率等参数，该参数与装备的参数对比后可了解我方通信装备的使用情况，也可用于分析敌方的信号；
多点频监系统具有干扰查找、信号识别和分析监听功能。干扰查找功能需要通过接口软件采集实时频谱数据与历史频谱数据，结合设备工作参数进行对比，判断出干扰信号。干扰信号查找采用触发方式，超过设定门限才进行上报。干扰识别需要采集原始数据，进行分析后提取特征参数，与不同干扰方式的特征进行匹配，计算出干扰方式，干扰识别如下：
1)基于信号的特征参数的信号识别和分类
支持向量机最佳目标判决函数：
Cumm(r1,r2,Λ,rk)＝Cumm(s1,s2,Λ,sk)m＞2
2)干扰查找需要连续采集一段时间的数据并进行计算分析；信号分析监听功能需要软件调用设备的解调功能，采集对应的音频数据，并通过网口将数据传出，进行分析、处理、播放。
5、如图26所示，电磁环境数据的保存及回放功能：数据的保存和回放可用于作战评估，通过频谱的分析，可了解我方作战过程中通信装备的使用状态，为以后的作战指挥提供数据保障；系统支持无线监测数据存储和回放功能，可以将战时频谱数据和电平数据存储到数据库中，也可以将存储器中数据转换成相应格式导入到数据库中，以便战后对数据进行分析；系统监测数据存储和回放功能是通过网口下达网控指令调用接口软件完成的；无线信道监测接口软件通过网口向设备获取频谱数据和电平数据，并把数据存放在数据库中；需要回放数据时，通过网口下达网控指令调用接口软件读取数据库存储的数据进行回放、分析；
上述实施例，仅是本实用新型的较佳实施方式，故凡依本实用新型专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本实用新型专利申请范围内。
Claims (3)
1.一种信道监测节点设备，其特征在于：包括信道监测节点设备主机，所述信道监测节点设备主机通过馈线连接有车载天线；所述信道监测节点设备主机其网口通过网线通信连接以太网交换机；所述以太网交换机通过网口连接有内置接口模块和设备管理模块的上位机。
2.根据权利要求1所述的信道监测节点设备，其特征在于：所述信道监测节点设备主机包括FPGA，及给主机供电的电源，所述FPGA信连接有存储器和ARM，所述ARM通过485总线通信连接频率合成器、变频处理模块、预选器和数字处理模块；所述数字处理模块通过并行总线通信连接到ARM；所述ARM还通过并行总线通信连接SDRAM和flash；所述ARM还通信连接有网口、USB接口和232接口；
所述电源包括依次连接的EMI滤波器、整流电路、DC/DC转换电路、输出滤波电路和反向保护电路；所述DC/DC转换电路电连接有PWM调制电路；所述PWM调制电路输入端和反馈段分别电连接辅助电源和反馈控制模块；
所述预选器包括与车载天线输出口相连的保护电路，及与保护电路连接的开关滤波放大电路，及与保护电路和开关滤波放大电路通信的预选控制器，所述预选控制器通过485总线通信连接到ARM；
所述变频处理模块包括依次连接的前端滤波器、一中频混频器、放大器、滤波器，二中频混频器、放大器、中频AGC、滤波器、三中频混频器、放大器和滤波器；所述一中频混频器、二中频混频器和三中频混频器其本振信号端连接到频率合成器；所述频率合成器包括由一本振、二本振和三本振组成；所述一本振、二本振和三本振均由锁相集成电路、VCO、环路滤波器和放大器依次连接组成；
所述数字处理模块包括两射频插座，两所述射频插座通过二选一开关分别电连接对数检波模块和VGA模块；所述VGA模块分别电连接射频输出插座和ADc模块；所述对数检波模块电连接DSP模块；所述DSP模块和ADc模块电连接到FPGA，所述DSP模块电连接eprom；所述FPGA通过DAC模块电连接到VGA模块调节端；所述FPGA通信连接二选一开关控制端；所述FPGA通过通过485总线通信连接汇流板插座；所述汇流板插座电连接有接入电源；所述FPGA通过DAC模块和直接输出分别电连接到语音输出模块和频谱显示输出模块；所述语音输出模块和频谱显示输出模块采用数字中频输出连接到主控制板插座；所述FPGA采用数字中频输出到后面板插座；所述DSP模块通过RS232通信连接到后面板插座；所述后面板插座上还设置由FPGA配置模块。
3.根据权利要求1所述的信道监测节点设备，其特征在于：所述DC/DC转换电路包括输入滤波及反接保护电路，及与输入滤波及反接保护电路电连接的宽范围输入DC/DC电源模块，5V DC/DC电源模块、12V DC/DC电源模块、24V DC/DC电源模块和-5V DC/DC电源模块。
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