浅谈无线电电磁环境监测系统及监测数据

2022-11-25

无线电电磁环境与地形、水文、气象环境一样, 是物质的和客观存在的。它是指某一时间、空间、频率范围内自然电磁现象和人为电磁现象的总和。电磁环境的优劣直接影响无线电设备的工作质量, 恶劣的电磁环境会导致无线电设备不能正常工作, 这就是我们常说的电磁噪声干扰。电磁环境的状况牵涉众多因素, 如各类通信设备的设计研制、通信组网、频率分配、台站设置审批等。为掌握和了解现有频谱资源的使用情况, 规范无线电台 (站) 的管理, 保护电磁环境, 及时把握电磁辐射污染情况, 当前急需开展电磁环境自动监测和统计分析工作。

1 无线电电磁环境监测系统的构成

监测网主要完成不同地域、频域、时域监测数据采集工作, 完成自动监测、测向任务, 以及数据处理等。监测网络一般山监测控制中心、大型固定监测站、移动监测站、可搬移站、小型固定监测站、便携式监测设各组成。

(1) 监测控制中心:可以通过无线电管理内部网络, 实现对下级控制中心、监测站的安排、部署、以及实时调用控制, 是监测数据的会聚点, 具有强大的数据备份和处理能力。

(2) 大型固定监测站:要拥有较好的无线电信号测向的地理条件, 一般建在高山高楼或高塔上, 具有无线电发射基木参数测量:频率测量、电平/场强测量、带宽测量、调制测量 (包括模拟信号和数字信号) 、频段和频道占用度测量、电磁环境测量、信号分析与识别以及信号监听等, 频率覆盖从30MHz~3000MHz, 有较强监测数据存储与处理能力。

(3) 移动监测站:是将监测设备固定架设在较好性能交通工具上, 由于弥补固定站覆盖不足, 造成的固定监测网络覆盖盲区。同样具有大型固定站监测功能。

(4) 可搬移站:可搬移站是将监测设备与交通工具相对独立, 在需要时可通过任何交通工具将设备运送到指定点, 可以临时架设起来, 作为固定站使用。同样具有大型固定站的监测功能。

(5) 小型固定监测站:是为节省投资, 加强监测覆盖, 而根据实际情况建设的只具有监测功能, 不具备测向功能的监测站, 旨在收集无线电电磁环境监测数据。

(6) 便携式监测设备:设备小巧轻便, 便于在近距离查找排除无线电干扰信号。以上各类无线电监测站硬件系统根据国家无线电监测技术设施建设要求, 不同层次、等级监测站对设备要求不同。

2 无线电电磁环境监测注意问题

由于在电磁环境测量中, 经常出现具有不同带宽特性的信号, 所以对监测接收机的互调特性也有严格的要求。为适应各种调制形式信号的测量, 除可接收正弦波信号外, 更常用于接收脉冲干扰信号。因此, 监测接收机应具有平均值检波、峰值检波和准峰值检波功能, 依据不同的测量对象, 选择检波方式。实际测量的信号基本可以分为三类:连续波、脉冲波和随机噪声。连续波干扰 (如:载波、电源谐波和本振) 是窄带干扰, 在无调制的情况下用峰值、有效值或平均值检波器均可以检测出来, 且测量的幅度相同。对于脉冲干扰信号, 峰值检波器可以很好地反映脉冲的最大值, 但反映不出脉冲重复频率的变化。这时, 使用准峰值检波器最为合适, 其加权系数随脉冲信号重复频率的变化而改变, 重复频率低的脉冲信号引起的干扰小, 反之加权系数大。而用平均值、有效值检波器测量脉冲信号, 其读数也与脉冲重复的频率有关。随机干扰的来源有热噪声、雷达目标反射以及自然噪声等, 这时, 主要分析平稳随机过程干扰信号的测量, 通常使用有效值和平均值检波器来测量。

利用检波器的特性, 通过比较信号在不同检波方式下的响应, 就可以判别所测未知信号的类型, 确定干扰信号的性质。例如, 用峰值检波器来测量某一干扰信号, 改为平均值或有效值检波时幅度不变, 则该信号是窄带信号。若幅度发生变化, 则该信号可能是宽带信号 (即频谱超过接收机分辩带宽的信号, 如脉冲信号) 。对于电磁环境监测设备, 需要注意的是: (1) 防止输入端过载; (2) 选用合适的检波方式; (3) 测试前要进行校准; (4) 选择适合的预选器。无论是高电平的窄带信号还是具有一定频谱强度的宽带信号, 都可能导致测量接收机输入端混频器过载, 产生错误的测量结果。对于脉冲类的宽带信一号, 在混合器前进行滤波 (也称为预选) , 可避免发生过载的现象。不经预选时, 宽带信号的所有频谱分量都同时出现在混频器上, 若宽带信号的时域峰值幅度超过了混频器的过载电平, 便会发生过载情况。经过预选时, 山于进行了跟踪滤波, 故输入信号频谱只有一部份进入预选器的通带内, 到达混频器的输入端, 输入信号的频谱强度不会因滤波而改变。这种靠滤波而不是靠衰减来实现的幅度减小, 改变了宽带信号测量的动态范围, 同时又能维持接收机测量低电平信号的能力。若窄带信号 (如连续波信号) 处在预选滤波器的带通内, 则预选的过程不会改变测量窄带信号的动态范围。

3 无线电电磁环境监测数据

监测数据分为监测基础数据和监测分析数据, 分别对应监测基础数据库和监测分析数据库。监测基础数据包含监测实施方法数据和直接监测数据, 监测实施方法数据是指监测任务、监测频段、监测设备及设备参数等数据。直接监测数据是设备直接输出结果数据, 包括频率、电平、场强、带宽、频偏等能从监测设备或控制软件直接读出的测试数据。监测分析数据根据监测实施方法, 拟订监测数据分析模型, 根据监测数据分析模型, 导出监测分析数据, 它是指通过对监测数据的处理, 得到与无线电管理、无线电监测有用的统计数据。基础监测数据从国内公司软件和RMTP协议中了解到按照业务分为单频测量 (FIX) 、中频测量 (IFRAN) 、离散扫描 (MSCAN) 频段扫描 (F S C A N) 单频测向 (F i x D F) 音频捕获 (A C A P) 。