對(duì)智能無(wú)線(xiàn)電監(jiān)測(cè)的思考與研究

1、CHINA RADIO 2012.8 1 引言如今,無(wú)線(xiàn)電技術(shù)已廣泛滲透到人類(lèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)生活的各個(gè)領(lǐng)域,極大地推動(dòng)了經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展,豐富了人們的精神和物質(zhì)文化生活。但隨之而來(lái)的是頻率資源的供需矛盾日益突出,電磁環(huán)境日益復(fù)雜,無(wú)線(xiàn)電干擾時(shí)有出現(xiàn),無(wú)線(xiàn)電管理的任務(wù)日益繁重。如何有效提升無(wú)線(xiàn)電頻譜資源管理的精細(xì)化、規(guī)范化、科學(xué)化水平,有效應(yīng)對(duì)新時(shí)期無(wú)線(xiàn)電管理所面臨的挑戰(zhàn),這是當(dāng)前和今后無(wú)線(xiàn)電管理工作的一個(gè)重點(diǎn)和難點(diǎn)。為了適應(yīng)日益復(fù)雜的電磁環(huán)境,滿(mǎn)足新形勢(shì)下無(wú)線(xiàn)電管理工作的需要,本文結(jié)合“十二五”期間技術(shù)設(shè)施建設(shè)規(guī)劃,就智能化無(wú)線(xiàn)電監(jiān)測(cè)的理念和思路進(jìn)行探討。2 智能無(wú)線(xiàn)電監(jiān)測(cè)的定義所謂智能無(wú)線(xiàn)電監(jiān)測(cè)

2、,是指在一體化信息平臺(tái)的支撐下,運(yùn)用現(xiàn)代信息處理技術(shù),建立跨部門(mén)的管理規(guī)則和業(yè)務(wù)流程,實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)化的業(yè)務(wù)處理和監(jiān)測(cè)資源共享機(jī)制,達(dá)到智能分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、智能分配監(jiān)測(cè)任務(wù)、智能配置頻率資源、智能電磁頻譜態(tài)勢(shì)測(cè)報(bào)和頻譜全面動(dòng)態(tài)掌控,全面提升無(wú)線(xiàn)電管理綜合能力。3 無(wú)線(xiàn)電監(jiān)測(cè)的現(xiàn)狀(1無(wú)線(xiàn)電技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀隨著無(wú)線(xiàn)電技術(shù)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展,無(wú)線(xiàn)電技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域已覆蓋了民航導(dǎo)航、通信、監(jiān)視系統(tǒng),海事VTS、AIS、VHF、HF、MF 系統(tǒng),漁政部門(mén)的VHF/HF 通信臺(tái)站,鐵路軌道交通的調(diào)度指揮及應(yīng)急通信系統(tǒng),廣電部門(mén)的廣播電視無(wú)線(xiàn)覆蓋系統(tǒng),公安部門(mén)集群調(diào)度、應(yīng)急指揮、視頻監(jiān)控系統(tǒng),氣象部門(mén)各類(lèi)天氣探測(cè)雷達(dá)

3、、氣象衛(wèi)星站、氣象預(yù)警發(fā)射電臺(tái),地震部門(mén)的無(wú)線(xiàn)遙測(cè)站、衛(wèi)星通信站,石油生產(chǎn)單位的集群對(duì)講、微波傳輸、衛(wèi)星通信等系統(tǒng),人防部門(mén)的短波、超短波通信和圖像傳輸系統(tǒng)等。如今,各種無(wú)線(xiàn)電技術(shù)在向國(guó)民經(jīng)濟(jì)各行業(yè)和社會(huì)生活各領(lǐng)域加速普及。(2無(wú)線(xiàn)電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)現(xiàn)狀傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由監(jiān)測(cè)測(cè)向系統(tǒng)、統(tǒng)計(jì)分析系統(tǒng)、頻率臺(tái)站系統(tǒng)以及基本的地理信息系統(tǒng)組成,系統(tǒng)功能較為簡(jiǎn)單。監(jiān)測(cè)測(cè)向系統(tǒng)能夠調(diào)用頻率臺(tái)站數(shù)據(jù),完成非法臺(tái)站信號(hào)比對(duì);但監(jiān)測(cè)測(cè)向功能較為單一,對(duì)業(yè)務(wù)的適應(yīng)性不強(qiáng)。統(tǒng)計(jì)分析系統(tǒng)功能較為簡(jiǎn)單,缺乏對(duì)業(yè)務(wù)分析和數(shù)據(jù)深度挖掘能力。系統(tǒng)缺乏對(duì)電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)的評(píng)價(jià)、分析比對(duì)能力。系統(tǒng)缺乏對(duì)重點(diǎn)業(yè)務(wù)頻段保護(hù)性監(jiān)測(cè)和預(yù)警能力。

4、各業(yè)務(wù)模塊之間沒(méi)有形成完整的工作流程,自動(dòng)化程度低。早期建設(shè)的業(yè)務(wù)模塊功能不夠完善,系統(tǒng)性能較低。比如,監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)量較大時(shí),經(jīng)常出現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)崩潰,造成監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)丟失。各業(yè)務(wù)系統(tǒng)使用的服務(wù)器等硬件設(shè)備較為陳舊,系統(tǒng)性能下降,無(wú)法支撐長(zhǎng)時(shí)間不間斷的監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)積累工作。(3無(wú)線(xiàn)電監(jiān)測(cè)工作面臨的困難和挑戰(zhàn)一般情況下,無(wú)線(xiàn)電監(jiān)測(cè)網(wǎng)由固定監(jiān)測(cè)站、移動(dòng)監(jiān)測(cè)站、可搬移監(jiān)測(cè)站等多種站點(diǎn)組成,頻段范圍主要覆蓋20MHz 3000MHz。現(xiàn)有的無(wú)線(xiàn)電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)雖然可以CHINA RADIO 2012.8單站工作,也可以多站點(diǎn)聯(lián)合工作,但還沒(méi)有形成有效的數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)機(jī)制。以往的無(wú)線(xiàn)電監(jiān)測(cè)主要集中在800MHz 以下模擬信號(hào),但隨

5、著無(wú)線(xiàn)電技術(shù)的迅速發(fā)展,無(wú)線(xiàn)電業(yè)務(wù)使用的頻段在向高端延伸。同時(shí),點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的微波通信逐漸減少,取而代之的是廣播方式的寬帶無(wú)線(xiàn)接入;模擬通信逐步被數(shù)字通信取代;以簡(jiǎn)單通話(huà)為主的無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng),正在向以數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為主,可傳送圖文、動(dòng)態(tài)畫(huà)面以及實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控的方向發(fā)展。無(wú)線(xiàn)電技術(shù)應(yīng)用日新月異的新形勢(shì),對(duì)傳統(tǒng)的無(wú)線(xiàn)電監(jiān)測(cè)方式帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。只有不斷提升無(wú)線(xiàn)電監(jiān)測(cè)的智能化水平,才能適應(yīng)無(wú)線(xiàn)電管理工作的需要。4 智能無(wú)線(xiàn)電監(jiān)測(cè)分析(1智能無(wú)線(xiàn)電監(jiān)測(cè)智能無(wú)線(xiàn)電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具備智能監(jiān)測(cè)能力,監(jiān)測(cè)人員將監(jiān)測(cè)工作在系統(tǒng)中以任務(wù)形式定制,監(jiān)測(cè)站按定制時(shí)間自動(dòng)啟動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集,并完成數(shù)據(jù)保存和分析。根據(jù)任務(wù)定制的內(nèi)容可以完成預(yù)警、態(tài)勢(shì)

6、分析、月報(bào)數(shù)據(jù)采集等功能。設(shè)備空閑時(shí)自動(dòng)執(zhí)行任務(wù),自動(dòng)積累數(shù)據(jù),提高設(shè)備利用率。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)任務(wù)能夠自動(dòng)中斷定制任務(wù)并優(yōu)先執(zhí)行,監(jiān)測(cè)人員可將站點(diǎn)視為空閑狀態(tài),不會(huì)對(duì)日常監(jiān)測(cè)工作產(chǎn)生影響。中斷的定制任務(wù)能夠自動(dòng)恢復(fù),并在網(wǎng)絡(luò)空閑時(shí)將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)回傳至控制中心。定制任務(wù)的任務(wù)功能、設(shè)備參數(shù)、時(shí)間等項(xiàng)目可人工設(shè)置?？勺詣?dòng)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)生成監(jiān)測(cè)月報(bào)、電磁環(huán)境報(bào)告等報(bào)表;也可在發(fā)現(xiàn)異常信號(hào)后,實(shí)時(shí)自動(dòng)提交監(jiān)測(cè)、分析和定位數(shù)據(jù)報(bào)告。整體工作過(guò)程可自動(dòng)完成,無(wú)須人工操作,具有更強(qiáng)的規(guī)范性,也可減輕監(jiān)測(cè)人員的工作強(qiáng)度。(2智能無(wú)線(xiàn)電干擾排查系統(tǒng)應(yīng)為干擾排查提供必要的技術(shù)手段及智能處理能力。主要包括:系統(tǒng)可以根據(jù)干擾

7、申訴中的關(guān)鍵信息,包含頻率、位置、時(shí)間自動(dòng)分析信號(hào)歷史情況,并給出參考數(shù)據(jù);通過(guò)人工判別后,系統(tǒng)可以自動(dòng)調(diào)集干擾區(qū)域內(nèi)的監(jiān)測(cè)設(shè)備完成監(jiān)測(cè)信號(hào)功率、信號(hào)帶寬、識(shí)別信號(hào)調(diào)制方式等工作,并記錄其數(shù)據(jù);系統(tǒng)可以自動(dòng)選擇設(shè)備通過(guò)測(cè)向定位、時(shí)差定位等多種方式提供信號(hào)源位置信息。使用網(wǎng)格化監(jiān)測(cè)技術(shù),為干擾排查提供快速和必要的數(shù)據(jù)依據(jù)。主要包括:依據(jù)網(wǎng)格化的信道占用度、預(yù)警信息、頻譜概況、臺(tái)站分布等數(shù)據(jù),可以快速分析該干擾申述區(qū)域的頻譜歷史及其現(xiàn)狀,可對(duì)干擾排查提出參考依據(jù)和指導(dǎo)意見(jiàn);網(wǎng)格化的監(jiān)測(cè)控制能力,為智能監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集和信號(hào)定位提供依據(jù);在監(jiān)測(cè)測(cè)向設(shè)備不足的情況下,能初步定位干擾信號(hào)位置,減少干擾查處工

8、作量。監(jiān)測(cè)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格化后,應(yīng)為干擾排查提供指揮控制能力,包括監(jiān)測(cè)車(chē)的快速調(diào)動(dòng)、視頻圖像的實(shí)時(shí)顯示等信息的快速共享,為領(lǐng)導(dǎo)決策提供參考依據(jù)。最后,通過(guò)系統(tǒng)自動(dòng)采集和分析結(jié)果,輔以人工判別分析干擾原因,形成干擾排查報(bào)告。(3重大活動(dòng)、重大事件、重要區(qū)域無(wú)線(xiàn)電安全智能保障隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的持續(xù)發(fā)展,大型外事活動(dòng)、招商活動(dòng)和體育賽事越來(lái)越多,無(wú)線(xiàn)電安全保障工作的任務(wù)日益繁重。在重大任務(wù)無(wú)線(xiàn)電安全保障工作中,應(yīng)以智能化應(yīng)急預(yù)案設(shè)計(jì)為核心,有機(jī)地整合頻率臺(tái)站資源、監(jiān)測(cè)網(wǎng)資源、電磁環(huán)境兼容系統(tǒng),使用網(wǎng)格化管理和分析技術(shù),實(shí)現(xiàn)高效、可視化的重大活動(dòng)無(wú)線(xiàn)電安全保障。重大活動(dòng)無(wú)線(xiàn)電安全保障系統(tǒng)框架見(jiàn)圖1。圖1 重

9、大活動(dòng)無(wú)線(xiàn)電安全保障系統(tǒng)框架圖在重大任務(wù)無(wú)線(xiàn)電安全保障工作中,系統(tǒng)可根據(jù)事件類(lèi)型,自動(dòng)生成保障預(yù)案。在通過(guò)技術(shù)分析驗(yàn)證及領(lǐng)導(dǎo)審批后,以多種方式下達(dá)給保障執(zhí)行人員。保障執(zhí)行人員根據(jù)預(yù)案設(shè)計(jì),在指定時(shí)間和地點(diǎn)調(diào)度監(jiān)測(cè)資源、頻率臺(tái)站資源完成保障工作。指揮人員在控制中心以可視化的形式,實(shí)時(shí)監(jiān)控保障工作的進(jìn)展,并及時(shí)進(jìn)行調(diào)度指揮。保障工作完成后,進(jìn)行總結(jié)、分析,不斷完善預(yù)案庫(kù)信息,不斷提升保障水平。(4重要區(qū)域智能電磁環(huán)境保護(hù)對(duì)于重點(diǎn)區(qū)域、重要頻段,比如機(jī)場(chǎng)、碼頭、黨政機(jī)關(guān)等重要區(qū)域的航空、海事、高鐵GSM-R 以及集群調(diào)度頻段,必須通過(guò)主動(dòng)監(jiān)測(cè)以保障這些區(qū)域的電磁環(huán)境處于正常狀態(tài),而不是在發(fā)現(xiàn)干擾信號(hào)

10、后進(jìn)行查處。這就需要智能、動(dòng)態(tài)地監(jiān)控這些區(qū)域的頻譜變化情況,能主動(dòng)發(fā)現(xiàn)異常信號(hào)并進(jìn)行預(yù)警。智能監(jiān)控:需要系統(tǒng)能對(duì)指定的保護(hù)區(qū)域自動(dòng)進(jìn)行保護(hù)性監(jiān)測(cè),采集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)建立樣本數(shù)據(jù)庫(kù)、輔助EMC、頻率臺(tái)站等信息,智能分析保護(hù)區(qū)域的電磁環(huán)境情況。當(dāng)電磁 環(huán)境出現(xiàn)異常時(shí),自動(dòng)報(bào)警并及時(shí)通過(guò)短信等方式通知監(jiān)管CHINA RADIO 2012.8人員。網(wǎng)格化分析:保護(hù)區(qū)域具有不確定性(包括區(qū)域邊界、區(qū)域內(nèi)的無(wú)線(xiàn)電業(yè)務(wù)分布情況、建筑物情況、監(jiān)測(cè)覆蓋情況等,需要系統(tǒng)能針對(duì)不同情況作出快速反應(yīng)。備頻管理:重點(diǎn)區(qū)域電磁環(huán)境出現(xiàn)異常后,在干擾查處期間,系統(tǒng)應(yīng)能智能分析和管理備用頻率,通過(guò)提供備頻確保重要無(wú)線(xiàn)電業(yè)務(wù)的正常運(yùn)

11、行。網(wǎng)格化預(yù)警:預(yù)警應(yīng)是有限區(qū)域預(yù)警,為電磁環(huán)境出現(xiàn)異常后的干擾排查提供數(shù)據(jù)依據(jù)。(5電磁環(huán)境態(tài)勢(shì)智能分析智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)能夠進(jìn)行精確區(qū)域的電磁環(huán)境評(píng)估,依據(jù)設(shè)定的條件,計(jì)算指定時(shí)間和范圍內(nèi)目標(biāo)的電磁環(huán)境情況,并以圖表的形式體現(xiàn)出來(lái)。可以將電磁環(huán)境評(píng)估結(jié)果向社會(huì)公布,提升社會(huì)對(duì)電磁環(huán)境安全的重視程度。(6對(duì)臺(tái)站的智能監(jiān)測(cè)和識(shí)別傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)只對(duì)空中信號(hào)的頻率、場(chǎng)強(qiáng)、帶寬、調(diào)制進(jìn)行監(jiān)測(cè)或記錄整段頻譜情況。而隨著無(wú)線(xiàn)電技術(shù)的不斷發(fā)展,國(guó)防建設(shè)、政治活動(dòng)、國(guó)家安全、文化建設(shè)等領(lǐng)域?qū)o(wú)線(xiàn)電技術(shù)的依賴(lài)程度起來(lái)起高,對(duì)無(wú)線(xiàn)電監(jiān)測(cè)提出了更高的要求,僅監(jiān)測(cè)頻率、場(chǎng)強(qiáng)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足無(wú)線(xiàn)電管理工作的需要。由于每臺(tái)設(shè)

12、備發(fā)射信號(hào)的特征不同,像每個(gè)人說(shuō)話(huà)聲音各有各的特征一樣,將來(lái)的智能化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)要能識(shí)別出每臺(tái)設(shè)備的發(fā)射信號(hào)特征,對(duì)更換臺(tái)站設(shè)備而不換頻率的情況也能自動(dòng)預(yù)警,監(jiān)測(cè)工作會(huì)更加趨于智能化。(7信號(hào)智能識(shí)別長(zhǎng)期以來(lái),我國(guó)的無(wú)線(xiàn)電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)只能識(shí)別像尋呼、模擬對(duì)講機(jī)、模擬廣播等傳統(tǒng)的模擬信號(hào)。后來(lái),模擬信號(hào)逐漸減少,取而代之的是寬帶數(shù)字通信信號(hào),傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方式和技術(shù)手段已不能適應(yīng)形勢(shì)發(fā)展的需要。實(shí)現(xiàn)信號(hào)的智能識(shí)別是智能化無(wú)線(xiàn)電監(jiān)測(cè)的核心技術(shù)之一,信號(hào)智能識(shí)別可分兩層處理:無(wú)線(xiàn)電監(jiān)測(cè)設(shè)備層(底層,對(duì)信號(hào)處理的智能化要求是:監(jiān)測(cè)設(shè)備必須具備寬帶接收能力;監(jiān)測(cè)設(shè)備必須具備數(shù)字信號(hào)實(shí)時(shí)處理能力(包括基帶解調(diào)、數(shù)字濾

13、波、FFT、多功能解調(diào)以及01碼流的解碼等;監(jiān)測(cè)設(shè)備必須“在線(xiàn)”自動(dòng)完成70%以上的報(bào)文解碼(不含解密;發(fā)現(xiàn)不明信號(hào)后能自動(dòng)告警。在各級(jí)無(wú)線(xiàn)電監(jiān)測(cè)中心(高層配備了高級(jí)的人工智能軟件,可以采用“離線(xiàn)”的方式進(jìn)行分析、識(shí)別來(lái)自底層上傳的疑難信號(hào)。(8數(shù)據(jù)高速聯(lián)動(dòng),頻譜資源智能掌控在現(xiàn)代無(wú)線(xiàn)電管理工作中,無(wú)線(xiàn)電監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的存貯和分析是動(dòng)態(tài)的,當(dāng)大量用戶(hù)同時(shí)發(fā)起數(shù)據(jù)處理請(qǐng)求時(shí),簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)處理技術(shù)已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足實(shí)際工作的需要。通過(guò)云計(jì)算技術(shù)讓大量的數(shù)據(jù)高速聯(lián)動(dòng)起來(lái),完成監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的傳輸、整理、分類(lèi)、匯集,監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分布式存儲(chǔ),以及數(shù)據(jù)深度挖掘、分析,通過(guò)后臺(tái)統(tǒng)計(jì)分析形成全網(wǎng)頻率資源評(píng)估報(bào)告,達(dá)到對(duì)頻率資源的全

14、面掌控,這已不是以往單站的概念,是整個(gè)監(jiān)測(cè)網(wǎng)的概念。需要展示某個(gè)頻段頻譜資源時(shí),系統(tǒng)可自動(dòng)提供該頻段的評(píng)估情況報(bào)告,哪些頻率可用、在哪些區(qū)域可用、哪些頻率不可用、在哪些區(qū)域被占用均一目了然,從而達(dá)到對(duì)頻譜資源的智能掌控。(9智能網(wǎng)格化智能無(wú)線(xiàn)電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)必須具有網(wǎng)格化無(wú)線(xiàn)電監(jiān)測(cè)功能,以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格內(nèi)的智能監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)分析、電磁環(huán)境評(píng)估等精確管理,以及準(zhǔn)確的頻率、業(yè)務(wù)指配和科學(xué)的頻率復(fù)用,這是新時(shí)期無(wú)線(xiàn)電管理工作的迫切需要。網(wǎng)格化的無(wú)線(xiàn)電監(jiān)測(cè)技術(shù)將為未來(lái)臺(tái)站指紋管理和認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電等技術(shù)發(fā)展提供技術(shù)基礎(chǔ)。網(wǎng)格化自動(dòng)監(jiān)測(cè):以網(wǎng)格為單位,自動(dòng)監(jiān)測(cè)、實(shí)時(shí)預(yù)警;變被動(dòng)監(jiān)測(cè)為主動(dòng)監(jiān)測(cè),提升管理能力。網(wǎng)格化數(shù)據(jù)分析:在監(jiān)測(cè)網(wǎng)格的基礎(chǔ)上,進(jìn)行網(wǎng)格單位的頻段占用度、信道占用度以及最大、最小電平分布分析;根據(jù)最值分析,多網(wǎng)格協(xié)同進(jìn)行信號(hào)網(wǎng)格定位。網(wǎng)格化頻率指配和復(fù)用:對(duì)于轄區(qū)業(yè)務(wù)(頻率,根據(jù)數(shù)字化網(wǎng)格劃分以及理論分析和實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),結(jié)合頻率臺(tái)站數(shù)據(jù),進(jìn)行準(zhǔn)確的頻率指配、臺(tái)站核準(zhǔn)和科學(xué)的頻率復(fù)用分配。網(wǎng)格化電磁環(huán)境分析:可以網(wǎng)格為單位進(jìn)行電磁環(huán)境分析,也可根據(jù)網(wǎng)格化數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)以及多網(wǎng)格對(duì)比,在時(shí)域、頻域和空間域多個(gè)角度進(jìn)行環(huán)境分析。5 結(jié)束語(yǔ)加強(qiáng)管理工作與技術(shù)手段的融合,探索智能化無(wú)線(xiàn)電監(jiān)測(cè),提升監(jiān)測(cè)的自動(dòng)化及智能化水平,降低監(jiān)測(cè)