无线电监测对象的监测方法-张小飞.ppt

,2009年10月,无线电监测对象的监测方法 张小飞,无线电监测对象的监测方法,一、针对信号的监测定位能力各因素探讨 二、针对信号的监测定位方法探讨 三、针对大型活动无线电监测思路探讨,无线电监测对象的监测方法,一、针对信号的监测定位能力各因素探讨 二、针对信号的监测定位方法探讨 三、针对大型活动无线电监测思路探讨,一、针对信号的监测定位能力各因素探讨,1、幅度因素 2、带宽因素 3、时间因素 4、极化因素 5、信号的方向性,一、针对信号的监测定位能力各因素探讨,1、幅度因素 2、带宽因素 3、时间因素 4、极化因素 5、信号的方向性,1、幅度因素,a. 监测设备灵敏度 接收机灵敏度：三要素（带宽、所需信噪比、噪声系数）的影响 Simin = -174+ 10 log B + NF +（So/No）min b. 测向灵敏度 在给定测向时间（ms/s）和允许摆动范围的前提下，能实施测向的最小信号电平。 放宽测向时间和摆动范围的要求，能够提升测向灵敏度。 测向灵敏度与信噪比、积分时间、测向带宽的关系,1、幅度因素,c. 监测天线增益 全向天线（半波偶极子/锥形）：增益较低，带宽宽 方向性天线（对数周期，八木，喇叭）：增益高但有方向性 根据监测任务不同，选用不同天线 d. 目标与监测站的距离 监测站的覆盖范围对于不同场强，不同频率的信号是不同的 对于小信号监测能力可视环境采用相应模型对覆盖进行估算（奥村模型、电联建议（P.1546）、自由传播） e. 目标的功率 大信号：广播、电视 小信号：手机上行、对讲机,一、针对信号的监测定位能力各因素探讨,1、幅度因素 2、带宽因素 3、时间因素 4、极化因素 5、信号的方向性,2、带宽因素,a. 监测设备的实时带宽 接收机（ESMB、EMx50、PR100等） 矢量分析仪、黑鸟等 台式/手持式频谱仪（RBW扫描） 测向接收机（190、195、05M、05E、ESMERALDA、XE） b. 监测对象的带宽 传统信号:（语音、模拟） 数字信号: 数字电视信号（2/8/16MHz、 OFDM 、 QAM16/32） 移动通信信号（GSM/200KHz、CDMA/1.23MHz、 TD-SCDMA/1.6MHz、WCDMA/5MHz） 宽带无线接入 （WLAN/22MHz） 脉冲雷达：气象、航空导航（一/二次雷达、DME） 理想情况：监测设备的实时带宽信号带宽或跳频/频率漂移范围,2、带宽因素,2、带宽因素,2、带宽因素,2、带宽因素,d.测向 什么是宽带信号？,C:光速、D：天线单元间最大基线 宽带信号：f F,2、带宽因素,时间： t,当D时，由于周期性，会产生相位模糊，因此影响计算结果，使得产生误差。因此测向天线阵列尺寸与测向频段是要相互匹配的。,2、带宽因素,常规窄带信号：,宽带信号：,信号高/低频成分在 t 时间内通过基线所引起的相位差虽有不同，但是变化很小，因此整个带宽2 f 内所有点相位差基本恒定。通过时域处理就能对波达方向进行估计，,信号高/低频成分在 t 时间内通过基线所引起的相位差相对窄带信号变化大，整个带宽2 f 内相位差恒定性相对窄带信号差一些。考虑到基线与波长因素可能引起的相位模糊，不能像窄带情形那样，通过时域处理就能对波达方向进行估计，而必须先对信号进行离散傅立叶变换，然后在频域进行处理。 对于宽带信号，窄带测向系统可以截取通带内部分宽带信号进行测向，可以得到测向结果。,2、带宽因素,d.测向机常规测窄带信号测向,2、带宽因素,e：测向机“宽带”信号测向,2、带宽因素,2、带宽因素,一、针对信号的监测定位能力各因素探讨,1、幅度因素 2、带宽因素 3、时间因素 4、极化因素 5、信号的方向性,3、时间因素,a. 监测设备的速度 频谱仪 RBW扫频方式,RBW与扫描时间成反比，RBW大，在牺牲灵敏度及频率分辨率的基础上获得了较高速度；反之亦然。只有当信号的持续时间或飘移速度小于设备扫过该段带宽的时间时，信号的频谱特征才能得到完整的显示。 监测接收机 实时FFT、数字全景扫描（GHz）、信道扫描 测向系统 宽带（FFT）测向、扫描测向（对瞬态信号捕获能力有限，对于相对稳定的宽带信号可以测向）、,3、时间因素,b.信号 稳态信号：常发 波形稳定 中心载波固定 功率稳定 非稳态信号：中心频率漂移 带宽、功率随时间变化 波形变化（雷达）,3、时间因素,c.监测处理时间 通过增加对信号进行再处理时间,可以更好的获取信号的特征,满足监测需求 例如: 对于低信噪比信号,可以通过循环谱相关方法在牺牲时间的基础上提高信号信噪比,改善监测系统灵敏度.,一、针对信号的监测定位能力各因素探讨,1、幅度因素 2、带宽因素 3、时间因素 4、极化因素 5、信号的方向性,4、极化因素,当电场强度方向垂直于地面时，此电波就称为垂直极化波；当电场强度方向平行于地面时，此电波就称为水平极化波。 a. 水平极化信号举例（电视、广播）,4、极化因素,b 监测天线换极化的影响 通过测量信号的水平/垂直分量获得测量值,4、极化因素,c. 为什么垂直极化测向天线无法对水平极化信号测向？ 传统测向天线采用垂直极化，能否对水平极化信号测向取决于信号水平/垂直分量相对大小。,4、极化因素,由于电波的特性，决定了水平分量传播时在贴近地面时会在大地表面产生极化电流，极化电流因受大地阻抗影响产生热能而使电场信号迅速衰减，而垂直分量则不易产生极化电流，从而避免了能量的大幅衰减，保证了信号的有效传播。 经验证明，远离在510Km以内，水平信号的水平分量虽衰减大但是仍远大于垂直分量：,4、极化因素,4、极化因素,4、极化因素,在传播距离远离510Km后，由于水平分量衰减速度大于垂直分量因此，信号极化趋于垂直：,4、极化因素,4、极化因素,基于以上分析，对于水平极化信号可在相对较远距离对其进行测向，近距离则可采用专用水平极化测向天线处理。 在远距离采用水平极化测向天线由于上述原因同样可能得不到测向结果或给出错误的结果。,一、针对信号的监测定位能力各因素探讨,1、幅度因素 2、带宽因素 3、时间因素 4、极化因素 5、信号的方向性,5、信号的方向性,a. 信号使用高方向性天线进行点到点传输的情况 -微波链路 -视频传输 -雷达 b. 对监测测向的影响 -当监测站不在传输路径上，接收到的是旁瓣信号或无法收到信号，造成误判 -难以交绘定位,5、信号的方向性,全向信号 最优测向：,来波方向,5、信号的方向性,全向信号 最优测向交会定位：,5、信号的方向性,方向性信号 最优测向：,来波方向,5、信号的方向性,方向性信号 定位及方向性判别：,通过多站交会定位位置结合接收信号的信噪比，对方向性发射信号进行初步 方向性判别,无线电监测对象的监测方法,一、针对信号的监测定位能力各因素探讨 二、针对信号的监测定位方法探讨 三、针对大型活动无线电监测思路探讨,二、针对信号的监测定位方法探讨,1、信号的发现及捕获方法研究 2、对宽带信号的监测定位 3、对瞬发信号的监测定位 4、对微弱信号的监测定位 5、水平极化信号监测定位 6、方向性信号监测定位 7、其他辅助判断方法,二、针对信号的监测定位方法探讨,1、信号的发现及捕获方法研究 2、对宽带信号的监测定位 3、对瞬发信号的监测定位 4、对微弱信号的监测定位 5、水平极化信号监测定位 6、方向性信号监测定位 7、其他辅助判断方法,1、信号的发现及捕获方法研究,概述 信号的检测 信号的搜索式捕获 信号特征参数的测量 信号技术特征提取 测向与定位,1、信号的发现及捕获方法研究,概述 信号的检测 信号的搜索式捕获 信号特征参数的测量 信号技术特征提取 测向与定位,1、信号的发现及捕获方法研究,概述： 对无线电信号进行监测的目的是支持频谱管理工作，为电磁频谱协调提供支撑数据，保障合法通信业务的正常运行，并统计运行数据；为非法运行业务的查找确定提供支撑信息。 监测内容 (1). 信号的检测和捕获：在某一频段及某一时段内，检测信号的存在性及出现规律。 (2). 对信号的各类特征进行提取： a. ITU参数的测量：频谱特征监测、频率测量、场强测量、带宽测量 b. 频率占用度测量。 c. 技术参数及调制类型测量，信号的解调和信息的解码,(3). 信号发射台身份的辨认：可通过信号所处频段、a、b、c条中的一或多项综合判断。 (4). 信号发射源位置的测定：各类测向手段,1、信号的发现及捕获方法研究,概述 信号的检测 信号的搜索式捕获 信号特征参数的测量 信号技术特征提取 测向与定位,1、信号的发现及捕获方法研究,信号的检测 门限电平是信号检测的重要参数，根据不同的应用场景，可采用不同的门限设定方法：固定门限、噪声自适应、电磁环境门限等方法。 固定门限：以某固定电平作为带宽内信号捕获的门限。 计算及判定简单，但在复杂电磁环境下局限性较大。,1、信号的发现及捕获方法研究,噪声自适应门限：根据噪底电平设定门限，在各个频率的检测门限与噪底电平的差值为定值。 门限的设定更加灵活，提高信号的检测概率。,1、信号的发现及捕获方法研究,电磁环境门限：根据目前的电磁频谱现状设定检测门限 适合于在复杂电磁环境中，非常发信号的捕获。,1、信号的发现及捕获方法研究,概述 信号的检测 信号的搜索式捕获 信号特征参数的测量 信号技术特征提取 测向与定位,1、信号的发现及捕获方法研究,信号的搜索式捕获 在某个频带宽度内，查找与感兴趣信号某特征相似的所有信号 频谱模板判决： 从频谱特征和带宽上查找与模板信号特征相似的信号。 适用于频谱特征较明显且固定的信号。(如AM、数字调制信号等),1、信号的发现及捕获方法研究,调制识别判决： 从信号的调制类型和技术参数上查找与模板信号特征相似的信号。 适用于调制特征明显易识别的信号，如AM,FM以及简单数字信号等。,1、信号的发现及捕获方法研究,概述 信号的检测 信号的搜索式捕获 信号特征参数的测量 信号技术特征提取 测向与定位,1、信号的发现及捕获方法研究,信号特征参数的测量 ITU参数测量 频率的测量： 瞬时频率测量(IFM)法： FFT法(最普遍的方法)： 场强和通量密度的测量 带宽的测量： x-dB带宽法和占用带宽法 频率占用度测量 记录信息：测量的时间段、频率段，测量的位置(或监测天线的覆盖范围)。同时，最好应包括占用度测量的各个参数，如：测量的时间分辨率、频域分辨率、抽样次数、门限电平等参数。 抽样次数、时间频率分辨率的选取问题。,1、信号的发现及捕获方法研究,概述 信号的检测 信号的搜索式捕获 信号特征参数的测量 信号技术特征提取 测向与定位,1、信号的发现及捕获方法研究,信号技术特征提取 与监测数据库比对，可为发射源的确定提供技术信息，并可作为信号特征的组成部分。 对于常规通信系统信号可以采用自动分析的手段，同时应具备手动分析系统对未知信号进行分析。,1、信号的发现及捕获方法研究,手工分析软件 自动参数估计和调制类型识别 任务触发模式的调制识别 基于能量检测的任务触发模式,1、信号的发现及捕获方法研究,概述 信号的检测 信号的搜索式捕获 信号特征参数的测量 信号技术特征提取 测向与定位,1、信号的发现及捕获方法研究,测向与定位 按体制分类： 幅度测向：乌兰韦伯、爱德考克、 相位测向：干涉仪、相关干涉仪 超分辨率测向：空间谱测向 性能指标参数： 精确度：由方位误差和频率误差两部分组成 灵敏度：由信噪比，天线直径/波长比、处理时间、选择的信号带宽决定 抗波前失真性能：天线直径/波长比 响应时间：能够进行测向的最小时间(决定对瞬时信号的测向能力,一般可10ms) V/U频段多采用相关干涉仪或空间谱的测向体制，固定站交汇定位的方式+移动监测车逼近查找的方式。,二、针对信号的监测定位方法探讨,1、信号的发现及捕获方法研究 2、对宽带信号的监测定位 3、对瞬发信号的监测定位 4、对微弱信号的监测定位 5、水平极化信号监测定位 6、方向性信号监测定位 7、其他辅助判断方法,2、对宽带信号的监测定位,a.常见监测设备的实时带宽 接收机: ESMB/200kHz、EMx50/9.6MHz、PR100/10MHz） 矢量分析仪: WCA380/10MHz、6114/110MHz、黑鸟/36MHz 台式/手持式频谱仪 （RBW扫描） 测向接收机： DDF195/200kHz、05E/2MHz/10MHz、ESMERALDA/300kHz、XE/40MHz）,2、对宽带信号的监测定位,b. 监测对象的带宽 传统信号:（语音、模拟）9kHz、15kHz 数字信号: 数字电视信号（2/8/16MHz） 移动通信信号（GSM/200KHz、 CDMA/1.23MHz、 TD-SCDMA/1.6MHz、 WCDMA/5MHz） 宽带无线接入 （WLAN/22MHz） 脉冲雷达：气象、航空导航（一/二次雷达、DME）,2、对宽带信号的监测定位,c. 用频谱仪对宽带信号实施监测 - 常发宽带信号 -快速变化宽带信号 只有当信号的持续时间或飘移速度小于 设备扫过该段带宽的时间时，信号的频谱特征才能得到完整的显示。 对于不能完整显示的信号，可以使用最大保持观察其频谱包络。,2、对宽带信号的监测定位,d. 固定测向设备对宽带信号的测向,二、针对信号的监测定位方法探讨,1、信号的发现及捕获方法研究 2、对宽带信号的监测定位 3、对瞬发信号的监测定位 4、对微弱信号的监测定位 5、水平极化信号监测定位 6、方向性信号监测定位 7、其他辅助判断方法,3、对瞬发信号的监测定位,蹲守，多次测量结果积累 -耗费时间、精力，效率低 触发监测、测向 -设定门限等条件，信号出现时自动记录监测测向结果 -需软件支持，无法根据信号变化作出调整 录音，音频分析软件 -通过信号内容辅助分析，应用范围有限 -黑鸟录音软件截图 专业设备应用,3、对瞬发信号的监测定位,二、针对信号的监测定位方法探讨,1、信号的发现及捕获方法研究 2、对宽带信号的监测定位 3、对瞬发信号的监测定位 4、对微弱信号的监测定位 5、水平极化信号监测定位 6、方向性信号监测定位 7、其他辅助判断方法,4、对微弱信号的监测定位,放大器、滤波器配合监测,4、对微弱信号的监测定位,对比数据：,4、对微弱信号的监测定位,利用移动车及手持设备逼近 关注信号的幅度变化趋势，结合移动距离判断，如果信号在短距离内变化幅度很大，则距离发射源不远，说明发射功率很小；如果信号幅度变化很小，则说明发射功率并不小而是距离信号源较远。,4、对微弱信号的监测定位,Lbs(dB) = 32.4 + 20lgf(MHz) + 20lgd(km),d1,d2,d1,d2,二、针对信号的监测定位方法探讨,1、信号的发现及捕获方法研究 2、对宽带信号的监测定位 3、对瞬发信号的监测定位 4、对微弱信号的监测定位 5、水平极化信号监测定位 6、方向性信号监测定位 7、其他辅助判断方法,5、水平极化信号监测定位,必要时转换天线极化实施监测 使用双极化测向设备实施测向 结合上一章中关于水平信号测向的分析 采取场强逼近及手持测向进行定位,二、针对信号的监测定位方法探讨,1、信号的发现及捕获方法研究 2、对宽带信号的监测定位 3、对瞬发信号的监测定位 4、对微弱信号的监测定位 5、水平极化信号监测定位 6、方向性信号监测定位 7、其他辅助判断方法,6、方向性信号监测定位,方向性判断方法 可参考上一章（二、5、信号方向性） 在被干扰源处监测、测向 可架设设备，方向性强的天线提高增益，解决解决副瓣低增益问题,二、针对信号的监测定位方法探讨,1、信号的发现及捕获方法研究 2、对宽带信号的监测定位 3、对瞬发信号的监测定位 4、对微弱信号的监测定位 5、水平极化信号监测定位 6、方向性信号监测定位 7、其他辅助判断方法,7、其他辅助判断方法,雷达信号（部队、气象局等） 视频传输信号（景点，较大工厂，森林防火） 语音信号（监听录音听内容判断） 移动通信干扰器或宽带干扰器（党政机关，保密单位，加油站,无线电监测对象的监测方法,一、针对信号的监测定位能力各因素探讨 二、针对信号的监测定位方法探讨 三、针对大型活动无线电监测思路探讨,三、针对大型活动无线电监测思路探讨,1、大型活动无线电通信使用特点 2、大型活动无线电通信保障要求 3、大型活动无线电监测保障思路,三、针对大型活动无线电监测思路探讨,1、大型活动无线电通信使用特点 2、大型活动无线电通信保障要求 3、大型活动无线电监测保障思路,1、大型活动无线电通信使用特点,重要业务类型 安保：150MHz、400MHz对讲 350MHz警用集群通信 安保数字视频传输 转播：固定/移动微波链路 无线摄像机 无线麦克 翻译系统 遥控遥测（摄像机、“飞猫”） 无线局域网,1、大型活动无线电通信使用特点,频率（MHz） 80-88 108-137 137-167MHz、403-470MHz 167-403、470-798 2400及以上,1、大型活动无线电通信使用特点,1、大型活动无线电通信使用特点,1、大型活动无线电通信使用特点,1、大型活动无线电通信使用特点,1、大型活动无线电通信使用特点,G绿色部分表示该频段用户较少； Y黄色部分表示该频段已经存在部分用户； O橙色部分表示该频段当前用户较多，发生干扰的风险会比较高； B蓝色部分表示需要与有关部门或其他业务协调后才能使用； 表示该频段（或该频段中的部分频段）不符合中国频率划分规定，可申请临时使用。 2.专用对讲系统、陆地移动无线通信业务、手持对讲机的信道间隔建议全部为12.5kHz； 3.如需申请的频率未在以上表格中包含，需提前进行沟通，协商解决。,1、大型活动无线电通信使用特点,使用地点集中 使用时间集中 短时期内，多种业务集中使用,三、针对大型活动无线电监测思路探讨,1、大型活动无线电通信使用特点 2、大型活动无线电通信保障要求 3、大型活动无线电监测保障思路,2、大型活动无线电通信保障要求,时效性高 要求响应速度快 要求迅速处理能力,三、针对大型活动无线电监测思路探讨,1、大型活动无线电通信使用特点 2、大型活动无线电通信保障要求 3、大型活动无线电监测保障思路,3、大型活动无线电监测保障思路,前期周密准备（保护性监测） 建立活动前频率环境模版,3、大型活动无线电监测保障思路,针对不同监测对象的特点制定有效的监测定位方式 固定站（外围）、可搬移站（现场）、移动监测车（现场、外围）、便携监测设备有效结合（现场、外围）有效结合，相互配合。 可搬移站作为现场制高点的重要性，配备快速发现监测设备（联网对效率的提高）,3、大型活动无线电监测保障思路,通过配备专用滤波器和放大器的方法，提高现场监测设备的灵敏度 通过专用设备对专用业务进行快速发现，提高工作效率,总结：,无线电监测对象的监测方法 一、针对信号的监测定位能力各因素探讨 二、针对信号的监测定位方法探讨 三、针对大型活动无线电监测思路探讨,张小飞 010-68009134 60271118 13810657229,THANK YOU,