对智能无线电监测的思考与研究

1、CHINA RADIO 2012.8 1 引言如今,无线电技术已广泛渗透到人类社会经济生活的各个领域,极大地推动了经济建设和社会发展,丰富了人们的精神和物质文化生活。但随之而来的是频率资源的供需矛盾日益突出,电磁环境日益复杂,无线电干扰时有出现,无线电管理的任务日益繁重。如何有效提升无线电频谱资源管理的精细化、规范化、科学化水平,有效应对新时期无线电管理所面临的挑战,这是当前和今后无线电管理工作的一个重点和难点。为了适应日益复杂的电磁环境,满足新形势下无线电管理工作的需要,本文结合“十二五”期间技术设施建设规划,就智能化无线电监测的理念和思路进行探讨。2 智能无线电监测的定义所谓智能无线电监测

2、,是指在一体化信息平台的支撑下,运用现代信息处理技术,建立跨部门的管理规则和业务流程,实现高度自动化的业务处理和监测资源共享机制,达到智能分析监测数据、智能分配监测任务、智能配置频率资源、智能电磁频谱态势测报和频谱全面动态掌控,全面提升无线电管理综合能力。3 无线电监测的现状(1无线电技术应用现状随着无线电技术的不断创新和发展,无线电技术的应用领域已覆盖了民航导航、通信、监视系统,海事VTS、AIS、VHF、HF、MF 系统,渔政部门的VHF/HF 通信台站,铁路轨道交通的调度指挥及应急通信系统,广电部门的广播电视无线覆盖系统,公安部门集群调度、应急指挥、视频监控系统,气象部门各类天气探测雷达

3、、气象卫星站、气象预警发射电台,地震部门的无线遥测站、卫星通信站,石油生产单位的集群对讲、微波传输、卫星通信等系统,人防部门的短波、超短波通信和图像传输系统等。如今,各种无线电技术在向国民经济各行业和社会生活各领域加速普及。(2无线电监测系统现状传统的监测系统主要由监测测向系统、统计分析系统、频率台站系统以及基本的地理信息系统组成,系统功能较为简单。监测测向系统能够调用频率台站数据,完成非法台站信号比对;但监测测向功能较为单一,对业务的适应性不强。统计分析系统功能较为简单,缺乏对业务分析和数据深度挖掘能力。系统缺乏对电磁环境监测的评价、分析比对能力。系统缺乏对重点业务频段保护性监测和预警能力。

4、各业务模块之间没有形成完整的工作流程,自动化程度低。早期建设的业务模块功能不够完善,系统性能较低。比如,监测数据量较大时,经常出现数据库崩溃,造成监测数据丢失。各业务系统使用的服务器等硬件设备较为陈旧,系统性能下降,无法支撑长时间不间断的监测和数据积累工作。(3无线电监测工作面临的困难和挑战一般情况下,无线电监测网由固定监测站、移动监测站、可搬移监测站等多种站点组成,频段范围主要覆盖20MHz 3000MHz。现有的无线电监测系统虽然可以CHINA RADIO 2012.8单站工作,也可以多站点联合工作,但还没有形成有效的数据联动机制。以往的无线电监测主要集中在800MHz 以下模拟信号,但随

5、着无线电技术的迅速发展,无线电业务使用的频段在向高端延伸。同时,点对点的微波通信逐渐减少,取而代之的是广播方式的宽带无线接入;模拟通信逐步被数字通信取代;以简单通话为主的无线专网,正在向以数据业务为主,可传送图文、动态画面以及实现远程遥控的方向发展。无线电技术应用日新月异的新形势,对传统的无线电监测方式带来了新的挑战。只有不断提升无线电监测的智能化水平,才能适应无线电管理工作的需要。4 智能无线电监测分析(1智能无线电监测智能无线电监测系统具备智能监测能力,监测人员将监测工作在系统中以任务形式定制,监测站按定制时间自动启动监测数据采集,并完成数据保存和分析。根据任务定制的内容可以完成预警、态势

6、分析、月报数据采集等功能。设备空闲时自动执行任务,自动积累数据,提高设备利用率。实时监测任务能够自动中断定制任务并优先执行,监测人员可将站点视为空闲状态,不会对日常监测工作产生影响。中断的定制任务能够自动恢复,并在网络空闲时将监测数据自动回传至控制中心。定制任务的任务功能、设备参数、时间等项目可人工设置。可自动在规定时间内生成监测月报、电磁环境报告等报表;也可在发现异常信号后,实时自动提交监测、分析和定位数据报告。整体工作过程可自动完成,无须人工操作,具有更强的规范性,也可减轻监测人员的工作强度。(2智能无线电干扰排查系统应为干扰排查提供必要的技术手段及智能处理能力。主要包括:系统可以根据干扰

7、申诉中的关键信息,包含频率、位置、时间自动分析信号历史情况,并给出参考数据;通过人工判别后,系统可以自动调集干扰区域内的监测设备完成监测信号功率、信号带宽、识别信号调制方式等工作,并记录其数据;系统可以自动选择设备通过测向定位、时差定位等多种方式提供信号源位置信息。使用网格化监测技术,为干扰排查提供快速和必要的数据依据。主要包括:依据网格化的信道占用度、预警信息、频谱概况、台站分布等数据,可以快速分析该干扰申述区域的频谱历史及其现状,可对干扰排查提出参考依据和指导意见;网格化的监测控制能力,为智能监测数据采集和信号定位提供依据;在监测测向设备不足的情况下,能初步定位干扰信号位置,减少干扰查处工

8、作量。监测网实现网格化后,应为干扰排查提供指挥控制能力,包括监测车的快速调动、视频图像的实时显示等信息的快速共享,为领导决策提供参考依据。最后,通过系统自动采集和分析结果,辅以人工判别分析干扰原因,形成干扰排查报告。(3重大活动、重大事件、重要区域无线电安全智能保障随着我国经济社会的持续发展,大型外事活动、招商活动和体育赛事越来越多,无线电安全保障工作的任务日益繁重。在重大任务无线电安全保障工作中,应以智能化应急预案设计为核心,有机地整合频率台站资源、监测网资源、电磁环境兼容系统,使用网格化管理和分析技术,实现高效、可视化的重大活动无线电安全保障。重大活动无线电安全保障系统框架见图1。图1 重

9、大活动无线电安全保障系统框架图在重大任务无线电安全保障工作中,系统可根据事件类型,自动生成保障预案。在通过技术分析验证及领导审批后,以多种方式下达给保障执行人员。保障执行人员根据预案设计,在指定时间和地点调度监测资源、频率台站资源完成保障工作。指挥人员在控制中心以可视化的形式,实时监控保障工作的进展,并及时进行调度指挥。保障工作完成后,进行总结、分析,不断完善预案库信息,不断提升保障水平。(4重要区域智能电磁环境保护对于重点区域、重要频段,比如机场、码头、党政机关等重要区域的航空、海事、高铁GSM-R 以及集群调度频段,必须通过主动监测以保障这些区域的电磁环境处于正常状态,而不是在发现干扰信号

10、后进行查处。这就需要智能、动态地监控这些区域的频谱变化情况,能主动发现异常信号并进行预警。智能监控:需要系统能对指定的保护区域自动进行保护性监测,采集监测数据建立样本数据库、辅助EMC、频率台站等信息,智能分析保护区域的电磁环境情况。当电磁 环境出现异常时,自动报警并及时通过短信等方式通知监管CHINA RADIO 2012.8人员。网格化分析:保护区域具有不确定性(包括区域边界、区域内的无线电业务分布情况、建筑物情况、监测覆盖情况等,需要系统能针对不同情况作出快速反应。备频管理:重点区域电磁环境出现异常后,在干扰查处期间,系统应能智能分析和管理备用频率,通过提供备频确保重要无线电业务的正常运

11、行。网格化预警:预警应是有限区域预警,为电磁环境出现异常后的干扰排查提供数据依据。(5电磁环境态势智能分析智能监测系统应能够进行精确区域的电磁环境评估,依据设定的条件,计算指定时间和范围内目标的电磁环境情况,并以图表的形式体现出来。可以将电磁环境评估结果向社会公布,提升社会对电磁环境安全的重视程度。(6对台站的智能监测和识别传统的监测系统只对空中信号的频率、场强、带宽、调制进行监测或记录整段频谱情况。而随着无线电技术的不断发展,国防建设、政治活动、国家安全、文化建设等领域对无线电技术的依赖程度起来起高,对无线电监测提出了更高的要求,仅监测频率、场强已远远不能满足无线电管理工作的需要。由于每台设

12、备发射信号的特征不同,像每个人说话声音各有各的特征一样,将来的智能化监测系统要能识别出每台设备的发射信号特征,对更换台站设备而不换频率的情况也能自动预警,监测工作会更加趋于智能化。(7信号智能识别长期以来,我国的无线电监测系统只能识别像寻呼、模拟对讲机、模拟广播等传统的模拟信号。后来,模拟信号逐渐减少,取而代之的是宽带数字通信信号,传统的监测方式和技术手段已不能适应形势发展的需要。实现信号的智能识别是智能化无线电监测的核心技术之一,信号智能识别可分两层处理:无线电监测设备层(底层,对信号处理的智能化要求是:监测设备必须具备宽带接收能力;监测设备必须具备数字信号实时处理能力(包括基带解调、数字滤

13、波、FFT、多功能解调以及01码流的解码等;监测设备必须“在线”自动完成70%以上的报文解码(不含解密;发现不明信号后能自动告警。在各级无线电监测中心(高层配备了高级的人工智能软件,可以采用“离线”的方式进行分析、识别来自底层上传的疑难信号。(8数据高速联动,频谱资源智能掌控在现代无线电管理工作中,无线电监测数据的存贮和分析是动态的,当大量用户同时发起数据处理请求时,简单的数据处理技术已经无法满足实际工作的需要。通过云计算技术让大量的数据高速联动起来,完成监测数据的传输、整理、分类、汇集,监测数据的分布式存储,以及数据深度挖掘、分析,通过后台统计分析形成全网频率资源评估报告,达到对频率资源的全

14、面掌控,这已不是以往单站的概念,是整个监测网的概念。需要展示某个频段频谱资源时,系统可自动提供该频段的评估情况报告,哪些频率可用、在哪些区域可用、哪些频率不可用、在哪些区域被占用均一目了然,从而达到对频谱资源的智能掌控。(9智能网格化智能无线电监测系统必须具有网格化无线电监测功能,以实现网格内的智能监测、数据分析、电磁环境评估等精确管理,以及准确的频率、业务指配和科学的频率复用,这是新时期无线电管理工作的迫切需要。网格化的无线电监测技术将为未来台站指纹管理和认知无线电等技术发展提供技术基础。网格化自动监测:以网格为单位,自动监测、实时预警;变被动监测为主动监测,提升管理能力。网格化数据分析:在监测网格的基础上,进行网格单位的频段占用度、信道占用度以及最大、最小电平分布分析;根据最值分析,多网格协同进行信号网格定位。网格化频率指配和复用:对于辖区业务(频率,根据数字化网格划分以及理论分析和实际监测数据,结合频率台站数据,进行准确的频率指配、台站核准和科学的频率复用分配。网格化电磁环境分析:可以网格为单位进行电磁环境分析,也可根据网格化数据库数据以及多网格对比,在时域、频域和空间域多个角度进行环境分析。5 结束语加强管理工作与技术手段的融合,探索智能化无线电监测,提升监测的自动化及智能化水平,降低监测