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分布式无线电监测系统产品

分布式无线电监测系统产品

随着信息社会化发展,人们愈来愈认识到无线电频率是一种宝贵的自然资源。 无线电波作为有效的信息载体,其传输的优劣直接影响到信息传递的正确与否。如何管理无线电波,避免电磁污染,保护电磁环境是无线电管理亟待解决的核心议题。 借鉴全国各省、市无线电监测站系统在实际使用过程中的经验与教训,就大家通过实际使用所共识的亟具实用意义的现存主要问题归纳、分析如下。

在地缘分布上,现有监测站主要集中在各省份的大、中型城市。随着城市高层建筑逐渐增多,对无线电监测造成了严重阻挡。空间电磁环境不断污染,产生了噪声本底的明显恶化,影响到监测站的覆盖范围与监测效果。以至于大、中型城市的部分地方和县级城市的整个地区已明显处于监测“盲区”。 无线电监测投入了大量的人力、物力和时间,因生产厂家缺乏综合分析这些“饱含信息量”数据的智能软件,使得监测工作收效甚微。 无线电监测是否就一定要依赖于昂贵的监测设备,或者说,我们现实的经济承受能力是否就无法完成对大城市“盲区”以及中/小城市、县级地区的监测,任凭这些干扰的“逍遥”存在而束手无策,坐等用户举报后再去查找:我们是否应该从降低系统建设费用的角度去寻找解决大范围监测问题的实际有效的方法。

二、功能及目标

分布式无线电监测站系统(以下简称“分布式系统”或“分布站”)是根据国家无线电监测网“十五规划”的总体要求,以地、市级固定监测站为控制中心(简称“中心站”),以保护重点地区、重要业务为目的,在大型固定监测站无法覆盖的地区,建设若干分布站,与大型固定监测站共同形成地区监测网,完成区域信号监测任务,它是大型固定监测站的延伸和补充。
本系统旨在减轻人力负担、节省工作时间、满足(长期)监测的适时性及有效性等方面综合考虑。在充分应用雷达接收机硬件的成熟技术,重点加强信号处理软件功能,实现对监测数据自动综合分析的基础上,结合雷达监测网络CI3系统工程的设计思想,建设适合于我国无线电监测国情的小型固定监测站系统,将宝贵的人力资源解放出来,投入到更高层面的工作中去。

三、系统设计思想和设计原则

3.1 设计思想

小型站系统设计遵循设备实用,性能先进,造价低廉,整体结构紧凑,功能明确及安装调试方便等基本原则,体现合理、简单、便于操作和维护。 硬件、软件按功能进行模块化分类,优化结构设计,明确功能定位,易于今后的扩容与升级。预先设定多种工作模式,努力提高自动化、智能化程度,易于操作、控制、管理,强化对信号的采集、识别能力。小型监测站力求投资少,以做到组网灵活、提高系统的性价比。适用多种数据传输手段,以满足不同地区的条件环境。

3.2 设计原则

标准化和规范化

符合工业标准或事实标准的,采用工业标准和事实标准,系统设计应与之兼容;先进性与成熟性在设备选择和系统的设计上,尽量采用技术先进的和有技术保障的设备;

可管理性与可维护性:系统设计要具备良好的可操作性、可维护性,方便日常使用与维护;

灵活性与可扩充性:系统设计要灵活方便,以便系统扩充与扩容;

优化性能价格比 :在系统设计中充分考虑价格与性能之间的关系,使系统具有最佳性价比。

四、系统主要功能、特点及技术指标

4.1系统主要功能与特点

借助于CI3系统工程设计思想,实现了系统智能化、功能多样化、监测自动化、软/硬件模块化、产品设备系列化。 建立在专家库基础之上,结合无管会多年的工作经验和实际需求,不断开发系列化的、针对性强的、组合实用的监测工作模式和分析处理软件,供操作员直接加载和自动调用。提高了系统的自动化、智能化程度,易于操作、控制和扩容管理。 采用当今先进成熟的时、频域测量与分析技术,提高了采集速度与分析精度,为应用软件无线电技术进行信号解调提供了必要条件,奠定了坚实的系统软/硬件基础,确保了今后的长足发展。 监测站硬件模块通用性强、拆装灵活、节省了设备的冗余备份量。 系统投资小、组网灵活,多站同时分区监测,扩大了控制中心的作用距离,实现了大范围监测覆盖,提高了系统的性能/价格比。 分布多点建站,等效于增加了对信号进行监测的观察面,有效改善了多径效应和建筑物的阻挡,减少了监测误差等不利因素的影响。 硬件、软件均按功能分类,采用模块化设计,层次分明,易于今后的扩容与升级。 深化数据分析功能,分析软件不断升级,有助于监测频谱管理工作质量的提升。新增工作模式和分析软件升级均可通过网络直接加载。 监测站可全室外型,采用简易铁塔架设,无人值守,不占用机房。可搬迁性好,建站灵活,易于全网动态调整。 分层管理、组网灵活、调整便利,可分期、分批逐步实施。 多种通讯手段可供选用,终端监测站建设不受地点限制。

4.2系统主要技术指标

监测天线形式: 双锥全向天线;垂直极化 工作频率范围: 30 ~ 3000 MHz (监测、测向)

30 ~ 1400 MHz;1400 ~ 3000 MHz

测向天线形式: 对数周期定向天线;垂直极化

30 ~ 300 MHz;300 ~ 3000 MHz

监测灵敏度:优于 -110dBm (30 ~ 3000 MHz) 测向灵敏度:1 ~ 10μV/m (30 ~ 2000 MHz)

3 ~ 10μV/m (2000 ~ 3000 MHz)

测向体制:单通道;相关干涉仪体制 测向速率:每秒显示10次测向结果 测向精度:2度(ram) 示向显示精度:0.1 度 场强测量精度:≤ 2dB信道扫描速度:优于 200信道/秒 频率分辨率:10 Hz ~ 25 KHz(可变) 系统工作方式:控制中心:远控

终端监测站:遥控 、本控

数据通信方式: Modem数据通讯接口,适用于电话拨号上网数据传输。

宽带网数据通讯接口,适用于宽带网数据传输。

数据记录方式: 控制中心软盘、硬盘、光盘

终端监测站硬盘

环境与使用条件:

电源适应性:220V±15% ;50Hz±3%
工作温度: -5 ~ +45°C (室内设备)
-25 ~ +65°C( 室外设备 )
存储温度: -40 ~ + 70°C
相对湿度:85% ~ 95%
抗风能力:正常工作 稳态风(20m/s),阵风(25m/s)
降级工作稳态风(25m/s),阵风(32m/s)
不破坏50m/s
裹冰:20mm不破坏
防雨、雪:100mm/HR,30mm
抗震:水平:0.3g,垂直:0.15g


五、系统组成

5.1小型固定监测站系统组成示意

 

小型固定监测站内部的硬件、软件采用了:按功能分类、模块组合、层次分明、易于扩容与升级的设计思想。系统由天/馈线、天线选择开关、接收机、监控管理、数据处理、电源、结构7个分系统组成。

5.2小型监测站与中心站的网络拓扑结构示意

 


本系统内的计算机网络以控制中心为中心站,各小型站为终端站。控制中心实现对网内小型站的管理、监视和控制,并负责与省级中心站的工作接口,保障网内控制指令与数据信息的可靠及顺利传输。整个系统设计采用星型拓扑结构,控制中心与小型站之间实现双向通信。
小型监测站通过ISDN(综合业务数字网)或者其它网络传输形式接入监测控制中心网络系统。小型站本地局域网使用以太网协议。监测控制中心使用现有的局域网。使用TCP/IP协议互联各个局域网,按照国家无委的统一要求分配IP地址。

六、系统功能分述

6.1系统控制中心功能

控制中心用于实现对小型固定监测站的调度、监视、控制以及完成小型固定监测站测试数据的数据库输入/输出工作。其功能主要体现为:管理功能和监控功能。

6.1.1 管理功能

对下属网内的各小型固定监测站进行统一管理、配置、调度。 完善的本地数据库系统,实现数据库的自动查询、修改与打印。 多种系统监测工作模式,有助于监测管理自动化,减轻操作人员的工作负担。


省、市级控制中心系统网络结构示意
控制中心和小型固定监测站都具有扩展到多级控制监测的能力。为满足省级联网的要求,整个监测网络管理可划分为三级,省控制中心为一级控制中心,各市控制中心为二级控制中心,各小型固定监测站为网络的第三级。

6.1.2 监控功能

置监测的工作模式和计划任务 调用监测数据类别、方式的选择 存储监测数据内容的选择 网络数据通讯 远程测试与故障告警 远程监视 控制中心数据库 数据、信息转录、回放、重演、分析 系统自动校时 系统在线与离线工作方式

6.2小型固定监测站系统功能

小型固定监测站系统具备的主要功能如下:

完成监测工作任务根据控制中心调用数据的类别和方式,提供相应的监测信息 根据控制中心选择的存储数据内容,完成对数据的分析、操作 数据通讯 故障自检与告警 提供远程监视信息 本地信息库管理 数据、信息转录、回放、重演、分析 本、遥控监测工作方式

下面简要说明这些功能。

6.2.1完成监测工作任务

小型固定监测站计算机中存有为完成各工作任务的软件模块。一类称为监控软件模块,用于完成对系统硬件、接收机、数据通信、监测分析软件的调用、数据存储方式、系统自检等功能的操作;另一类称为智能分析软件模块,用于完成对监测采集数据的自动分析处理。
小型固定监测站计算机接收到控制中心发来的监测任务后,在监控软件模块的“驱动”控制之下,自动完成相应的操作。主要的监测工作模式软件模块如下:

单频点监测工作模式 频段监测工作模式 离散频点监测工作模式 多频点离散跟踪扫描 EMC电磁环境背景分析工作模式 宽频段可疑信号预警检测工作模式 可疑信号跟踪检测工作模式 建设可疑信号检测模型库工作模式

6.2.2根据控制中心的调用要求提供相应的监测信息

为缓解控制中心的数据处理计算量,减少不必要的数据传输负担,小型固定监测站根据控制中心的控制指令,提供相应的监测信息。
所提供数据的形式可以为:信号原始采集数据和处理后的结论报告两种形式。控制中心对此既可全部调用,也可有选择地部分调用。

6.2.3根据控制中心选择的存储内容完成对数据的操作

对采集数据和分析结果数据的取舍、修改、更新由控制中心确定。

6.2.4数据通讯

小型固定监测站的数据通讯采用宽带网数据通讯方式。

6.2.5故障自检与告警

小型固定监测站自身性能的稳定与否直接关系到对测试数据的可信度。控制中心可在任何时刻向小型固定监测站发送故障自检指令,实现远程开/关机,开/关计算机及测试设备。

6.2.6提供远程监视信息

控制中心可对小型固定监测站的软/硬件设备工作状况进行动态监视,这些工作状况主要为:

监测工作模式 监测工作频段 接收机、天线等设备的主要工作参数 接收机内的环境温度和湿度电压通断状况 计算机工作状态 设备的在线状态

6.2.7本地信息库及管理

小型固定监测站将系统测试到的信息经分析处理后分类驻留在本地数据库中,以备查找与调用。整个信息库拟分为3个子信息库:

合法信号电讯信息库

该数据库中存放的是本小型固定监测站在其覆盖范围内各信号的频率值、指配的频率带宽值、小型固定监测站测试到的电平值、该台站相对于本小型固定监测站的方位值、合法性标志等相关信息。该信息库由控制中心通过软件模式直接加载刷新。

可疑信号台站信息库

登录已发现的可疑信号,诸如工作频率、测试电平值、信号带宽的必备档案信息。可疑信号的跟踪检测按3级划分。

监测数据信息库

监测数据信息库分为“原始采集数据库”和“分析结果数据库”,且各数据库应与本监测站相关联。原始采集数据库存放本监测站的原始采集数据,以备控制中心查找与调用。分析结果数据库存放本监测站的分析结果数据,以备控制中心查找与调用。

6.2.8数据、信息转录、回放、重演、分析

为提高系统的智能化分析能力,小型固定监测站可将采集到的数据或信息进行转录、转存。同时对这些数据或信息还可进行回放、重演和分析。

6.2.9本、遥控监测工作方式

小型固定监测站可受控于控制中心,因此,其具有独立完成本区内各项功能监测、分析任务的能力。同时,为提高系统的现场应急处理能力,还具有本地监控操作的功能,通过本地计算机键盘,可对其直接操作。

6.3多功能、低成本、高性价比小型固定监测站系统的关键技术

赖以实现分布式小型固定监测站系统的软、硬件关键技术主要为:

大带宽、高增益、高平坦度、低驻波等特性的高性能天线;

监测系统所用天线不外乎无源或有源两种形式。采用有源天线的最大好处是有利于工作频带的展宽,可以补偿天线的增益。但由于不少厂家的技术水平不成熟,往往导致接收前端非线性、饱和、随温度变化不稳定、增益平坦度差等现象。另外,由于天线本身性能低下,恶化了接收信号的信噪比,再加上放大器本身的噪声系数,虽然等效补偿了天线增益,但却严重丢失了系统的接收信噪比,降低了系统接收的灵敏度。采用无源天线的最大好处是系统的接收性能稳定,但频带难以展宽。我们将计算电磁学与最优化技术相结合,确保了对装配后的无源天线无须任何调试,单副天线性能即可达:带内增益4~6dB;带宽100~2200MHz,尺寸与国外同类高性能天线相同,带宽却高出了1000MHz,提高了系统的接收能力。

低成本、高可靠性、高速采集接收机

目前,国外接收机的价格和性能两极分化。以AR5000和IC8500为代表的低档接收机价格可低于2万元人民币,但性能低下。主要表现为:监测功能少、未配备数据处理软件、输出为模拟接口(数据不能直接接入计算机中)、频率转换速度慢(采集速度为:25频点/秒)、动态范围小、通道选择性少等缺点。而以ESVB、EB200为代表的中档接收机性能明显要好,但价格高达40万元人民币。
为减少投资,选用IC8500型接收机,再参照EB200接收机的主要指标,对其进行技术改造。改造后的接收机性能明显得以提高,数据采集速度可由原25频点/秒提高到500频点/秒(明显高于EB200),动态范围可提高30~40dB。

数据处理与分析软件

在对监测投入了不少的人力、物力、时间之后,得到了大量的原始采集数据,因为目前市场上尚无成熟的数据分析与处理软件,无法对这些原始采集数据进行综合分析。因此,监测能达到一个什么目的、得到一个什么判断、说明一个什么结论的根本问题就成为本系统近期和今后所要解决的重点问题之一。
本系统将现代雷达数据处理技术和软件无线电技术相结合,目前可向操作员提供灵活的网络在线“实时分析”功能和网络不在线“事后分析”功能。

    网络在线和不在线的独立处理功能

本系统的重要特点之一就是要使小型固定监测站具有完成各项监测任务的独立能力,主要体现在小型固定监测站对数据的:采集、处理、分析、存储、管理、调用方式上。当小型固定监测站执行长时期、无人执守、连续监测任务时,为减轻控制中心工作人员的值机疲劳和网络运营费用,本系统提供了网络在线和不在线两种工作方式。

七、计算机信息网络

计算机网络是监测系统数据交换和传递的桥梁,在系统中处于重要地位。计算机网络以控制中心为中心,实现对网内小型固定监测站的管理、监视和控制,并协调控制中心和各小型固定监测站之间的工作接口,保障网内控制指令与数据信息的可靠、顺利传输。

系统计算机网络采用“星型”网络结构,由控制中心和小型固定监测站共同组成。其主要功能为:

指挥调度功能 : 安排、指挥、协调各小型固定监测站实现对空间信号的测向与检测;

中心监视功能 :监视各小型固定监测站的工作状态,实现对设备的监视;

中心控制功能 :实现各小型固定监测站设备工作参数的控制功能;

监测网络管理功能 :完成对监测网内各小型固定监测站的网络的监视与管理;

数据通信功能 :实现中心与各小型固定监测站的数据的传递和交互;

数据库管理功能 :提供完备的数据库管理功能,实现对各类报表的生成、添加、删除、修改、打印等操作;

7.1数据传输


传输数据图
控制中心与小型固定监测站之间的数据传输内容如上图所示,其中:

控制中心下发的主要数据为:任务测试数据 设备控制参数指令 设备状态查询指令 设备配置信息 接收上报测试结果回执 网络测试信息 时钟同步(采用软件同步方式) 其他数据

小型固定监测站上报的主要数据为: 任务测试数据回执 设备控制参数指令回执 设备监视数据 测试数据或测试结果 站内设备自检信息 网络测试数据 其他数据

7.2中心控制指令工作方式

控制中心对下属小型固定监测站采用两种测试工作方式: 轮流测试工作方式

对各小型固定监测站进行轮流测试,每进行一个循环时存储测试数据,但并不将测试数据上传给控制中心,测试过程中通信链路处于中断状态。各单站测试完成后,并将所有测试数据上传到控制中心。 此种工作方式占用通信线路的时间紧凑、经济。可用于单站日常监测等工作模式时使用。

定站监测工作方式 :定站监测方式工作时,控制中心对某个小型固定监测站发送测试,每进行一个循环时小型固定监测站自动存储测试数据,接受控制中心的状态查询。 此种工作方式实时性好,但占用通信线路的时间长、费用较高。

7.3 系统网络结构示意图


八、监测工作模式软件功能说明

智能系统应充分挖掘系统硬件的组合功能,规划系统的智能化发展方向。监测工作任务的设置应尽可能在以往监测工作经验的基础上,参照CI3系统工程的思想,逐步向智能化专家库过渡,总结、制定出适用的系统监测工作模式,从而将系统的潜能充分发挥,提升系统对无线电监测的质量。系统主要监测工作模式简叙如下。

8.1单频点频谱分析工作模式

针对某个单点频(channel)信号,进行无线电参数测量,并具有录音功能。

8.2频段监测工作模式

将具有相同调制特性的某一频段范围内的所有信号,等效的视为一个个channel。以每个channel的标称中心频率值为频率代表值,进行无线电参数测量。

8.3离散频率工作模式

针对诸多不具有相同调制特性的离散信号,分别设置相应的测试环境。以各个channel的标称中心频率值为频率代表值,进行无线电参数测量。

8.4频段跟踪工作模式

对具有相同调制特性的所有信号执行频段监测工作模式,对超过门限参考电平的信号频点,再执行离散频率工作模式,进行无线电参数测量。

8.5EMC环境背景分析工作模式

对电磁环境背景参照国际ITU–R 85意见进行调查、分析。

8.6宽频段可疑信号预警检测工作模式

采用现代雷达的信号检测技术,将混杂在密集、同频信号群中的可疑信号识别出来。

8.7可疑信号跟踪检测工作模式

在宽频段可疑信号预警检测工作模式的预测信息基础之上,采用本检测工作模式,进一步提高对可疑信号预警检测的置信度。

8.8建设可疑信号检测模型库工作模式

对可疑信号进行检测,必须具备检测电磁模型库,建模的方法至关重要,调用本工作模式,完成检测模型库的建立。

公司名称:江苏东奇信息科技有限公司
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