手機(jī)信號(hào)自動(dòng)監(jiān)測(cè)屏蔽系統(tǒng)的研究

手機(jī)信號(hào)自動(dòng)監(jiān)測(cè)屏蔽系統(tǒng)的研究

0手機(jī)信號(hào)自動(dòng)監(jiān)測(cè)屏蔽系統(tǒng)的目的和意義隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，通信技術(shù)已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ詈蜕钪胁豢苫蛉钡闹匾o助工具。據(jù)統(tǒng)計(jì),2009年底中國手機(jī)數(shù)量已突破5億部。但手機(jī)的廣泛應(yīng)用,也產(chǎn)生了一些不容忽視的問題,主要表現(xiàn)在:1)成為新的泄密渠道,對(duì)信息安全構(gòu)成威脅?？茖W(xué)技術(shù)的發(fā)展,對(duì)手機(jī)的定位、跟蹤和監(jiān)聽,已成為世界各國一項(xiàng)重要的偵察手段和情報(bào)來源。早在2000年,歐盟的一份報(bào)告就指出,美國國家安全局建立的一個(gè)代號(hào)“梯隊(duì)”的全球電子監(jiān)聽偵測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)已使歐盟遭受了至少二百億歐元的商業(yè)損失。這種情報(bào)收集的主要方式就是對(duì)手機(jī)通信內(nèi)容的過濾監(jiān)聽。2)成為新的噪聲污染源,干擾了正常工作秩序。公共場(chǎng)所日益嚴(yán)重的手機(jī)鈴聲污染使會(huì)議室、法庭、圖書館、學(xué)校等場(chǎng)所的工作環(huán)境進(jìn)一步惡化,影響了人們正常工作的進(jìn)行;另外,多手機(jī)信號(hào)共同作用下的電磁輻射也成為人們?nèi)粘Ｉ钪械挠忠恢匾廴驹础?)成為新的犯罪手段,對(duì)社會(huì)和諧穩(wěn)定帶來影響。手機(jī)在一些場(chǎng)合,已成為犯罪分子作案的工具,如一些投機(jī)取巧的人利用手機(jī)進(jìn)行考試作弊,一些恐怖分子利用手機(jī)引爆炸彈等。本課題研制的手機(jī)信號(hào)自動(dòng)監(jiān)測(cè)屏蔽系統(tǒng)可以有效地解決上述問題。它作為一種新型信息安全產(chǎn)品,當(dāng)監(jiān)測(cè)到手機(jī)信號(hào)后,用特定的電磁信號(hào),在需要屏蔽(保護(hù))的范圍內(nèi)形成一個(gè)電籬網(wǎng),使手機(jī)不能與基站建立聯(lián)系,達(dá)到強(qiáng)制性屏蔽手機(jī)信號(hào)的目的,從而消除移動(dòng)電話產(chǎn)生的負(fù)面影響和安全隱患,起到安全防護(hù)作用。1啟手機(jī)信號(hào)偵測(cè)器手機(jī)信號(hào)自動(dòng)監(jiān)測(cè)屏蔽系統(tǒng)由手機(jī)信號(hào)偵測(cè)器和手機(jī)信號(hào)屏蔽器及分控管理基站和裝有管理軟件的中控主機(jī)構(gòu)成(如圖1所示),其工作流程是:開啟手機(jī)信號(hào)偵測(cè)器,使其處于監(jiān)測(cè)狀態(tài),當(dāng)偵測(cè)到布防區(qū)域內(nèi)信號(hào)異常(有人違法違規(guī)使用通訊設(shè)備)時(shí),偵測(cè)器判斷信號(hào)的頻段,并將相應(yīng)的報(bào)警信息上傳到分控管理基站,分控管理基站根據(jù)報(bào)警信息啟動(dòng)該布防區(qū)域內(nèi)的信號(hào)屏蔽器進(jìn)行信號(hào)干擾阻斷,同時(shí)將報(bào)警信息上傳到中控主機(jī),中控主機(jī)自動(dòng)顯示該報(bào)警偵測(cè)器安裝位置并將報(bào)警信息存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫,同時(shí)提醒監(jiān)控人員進(jìn)行處理。本課題研制的自動(dòng)監(jiān)測(cè)與屏蔽系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。1.1動(dòng)向分控管理烷基報(bào)警手機(jī)信號(hào)偵測(cè)器需要準(zhǔn)確偵測(cè)、、PHS等手機(jī)信號(hào),當(dāng)偵測(cè)到手機(jī)信號(hào)后偵測(cè)器主動(dòng)向分控管理基站報(bào)警(如圖2所示)。其工作原理是:天線接收到的無線信號(hào)經(jīng)濾波和信號(hào)放大后送給場(chǎng)強(qiáng)計(jì)電路,場(chǎng)強(qiáng)計(jì)電路輸出相應(yīng)的直流電信號(hào),該信號(hào)經(jīng)過放大比較后送入單片機(jī)進(jìn)行判斷,當(dāng)數(shù)值高于報(bào)警值時(shí),單片機(jī)向分控管理基站報(bào)警。1.2手機(jī)信號(hào)屏蔽器由移動(dòng)通訊原理可知,手機(jī)工作是在一定的頻率范圍內(nèi),和基站通過無線電波鏈接,并以一定的波特率和調(diào)制方式完成數(shù)據(jù)傳輸。針對(duì)這種通訊方式,手機(jī)信號(hào)的屏蔽可以通過以一定的速度從信道的低端頻率向高端掃描,利用掃描信號(hào)在手機(jī)接收到的報(bào)文信號(hào)中形成亂碼干擾來實(shí)現(xiàn)。干擾信號(hào)使該通信頻段的手機(jī)檢測(cè)不出從基站發(fā)出的正常報(bào)文數(shù)據(jù),從而不能與基站建立連接,最后表現(xiàn)為搜索網(wǎng)絡(luò)、無信號(hào)、無服務(wù)系統(tǒng)等現(xiàn)象,阻止了手機(jī)的正常注冊(cè)也就最終屏蔽了手機(jī)的正常通信功能。手機(jī)信號(hào)屏蔽器需要屏蔽的幾個(gè)信號(hào)包括:1)800MHzCDMA下行;2)900MHzGSM下行;3)1800MHzDCS下行;4)1900MHz小靈通、3G手機(jī)下行;5)2100MHz3G手機(jī)下行。要實(shí)現(xiàn)手機(jī)信號(hào)的屏蔽可以使用兩種方式:1)主動(dòng)屏蔽方式,即采取在各頻段連續(xù)發(fā)射下行頻率信號(hào)從而干擾手機(jī)對(duì)基站信號(hào)的正常接收的方式。這種方式實(shí)際電路相對(duì)簡單,屏蔽效果較好。但是,由于干擾信號(hào)連續(xù)發(fā)射會(huì)造成一定程度的電磁污染,不利于環(huán)境保護(hù)且浪費(fèi)電能。2)被動(dòng)屏蔽方式,即利用偵測(cè)器實(shí)時(shí)接收手機(jī)信號(hào),當(dāng)偵測(cè)器接收到防護(hù)范圍內(nèi)手機(jī)發(fā)射的應(yīng)答信號(hào)后,通知控制機(jī)構(gòu)啟動(dòng)屏蔽器,發(fā)射相應(yīng)頻率的干擾信號(hào),使手機(jī)無法正常通信。本系統(tǒng)中采用第二種方案。電路由5組相同的信號(hào)發(fā)生電路構(gòu)成,其結(jié)構(gòu)是鋸齒波發(fā)生電路產(chǎn)成相應(yīng)的鋸齒波,驅(qū)動(dòng)VCO電路產(chǎn)生相應(yīng)頻率的信號(hào),該頻率信號(hào)經(jīng)AMP放大電路輸出成為有效的干擾信號(hào),最后經(jīng)天線輻射到特定空間范圍(如圖3所示)。1.3基站管理和中間控制主機(jī)1.3.1液晶屏顯示系統(tǒng)該部分由ARM芯片、外圍存儲(chǔ)芯片及液晶顯示屏構(gòu)成,可完成系統(tǒng)的信息檢測(cè)、監(jiān)測(cè)信息狀態(tài)的存儲(chǔ)、信號(hào)控制、驅(qū)動(dòng)液晶屏顯示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、同中控主機(jī)通信等功能。1.3.2數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中控主機(jī)采用主流PC機(jī),安裝為本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的專用軟件,用于同分控管理基站聯(lián)機(jī)通信,接收傳送上來的狀態(tài)信息并存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫,有報(bào)警時(shí)向值班人員提示。軟件采用可視化RAD(RapidApplicationDevelopment)工具Delphi開發(fā),數(shù)據(jù)庫使用Microsoft公司推出的SQLServer數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的較新版本。研制的手機(jī)信號(hào)自動(dòng)監(jiān)測(cè)屏蔽系統(tǒng)提供兩種工作模式:單偵測(cè)器和單屏蔽器協(xié)同工作或多偵測(cè)器多屏蔽器聯(lián)網(wǎng)大面積協(xié)同工作。系統(tǒng)具有如下特點(diǎn):1)可監(jiān)測(cè)、屏蔽GSM/CDMA/DCS/PHS等多路頻段;2)有效偵測(cè)、屏蔽距離可調(diào);3)可組網(wǎng)布控,監(jiān)測(cè)靈敏度高,屏蔽響應(yīng)速度快;4)分控管理基站采用ARM芯片,處理能力強(qiáng);5)對(duì)人體及環(huán)境無超標(biāo)輻射破壞;6)防爆防水防日曬,可全天候正常工作。2自動(dòng)監(jiān)控手機(jī)信息質(zhì)量的關(guān)鍵2.1利用本項(xiàng)目所需的關(guān)鍵技術(shù),采取的方法,保證了學(xué)生在測(cè)設(shè)備的最佳參數(shù)下的抗敏能力所謂敏感體(接收器)是指受干擾影響的系統(tǒng)、設(shè)備和電路。通常用電磁敏感度(ElectromagneticSusceptibility,EMS)的大小來表示接收器受干擾的難易程度,而用敏感電平閾值來表示敏感體最小不可分辨的非預(yù)期響應(yīng)信號(hào)電平。接收器敏感度越高(敏感電平閾值越低),則其對(duì)干擾越靈敏,抗干擾能力就越差。在本項(xiàng)目中,手機(jī)信號(hào)偵測(cè)器需要準(zhǔn)確偵測(cè)CDMA、DCS、PHS等5個(gè)頻段的手機(jī)信號(hào),頻率范圍自800MHz到2.1GHz,且不連續(xù),因此偵測(cè)器采用分類偵測(cè)的辦法,電氣部分提供5路獨(dú)立電路完成偵測(cè)功能。把這5個(gè)獨(dú)立電路合理封裝,在保證較高靈敏度的前提下提高抗干擾能力是項(xiàng)目研究需解決的關(guān)鍵問題之一。在系統(tǒng)研制過程中,為抑制干擾,綜合采用了屏蔽、濾波、接地和搭接、分隔、旁路、吸收、合理布線等技術(shù)手段,并重點(diǎn)采用改進(jìn)型卡爾曼濾波器及其他軟件抗干擾技術(shù)解決系統(tǒng)集成中的干擾問題,取得了良好效果。2.2屏蔽器干擾信號(hào)的生物效應(yīng)特性電磁兼容(ElectromagneticCompatibility,EMC)在國標(biāo)(GB/T4365)中定義為:“設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作且不對(duì)該環(huán)境中任何事物構(gòu)成不能忍受的電磁干擾的能力”。在本系統(tǒng)中,為達(dá)到屏蔽手機(jī)信號(hào)的效果,系統(tǒng)中的屏蔽器需向周圍空間發(fā)射干擾信號(hào),干擾信號(hào)連續(xù)發(fā)射會(huì)造成一定程度的電磁污染,這種干擾發(fā)射如不科學(xué)計(jì)算、合理控制勢(shì)必不利于環(huán)境保護(hù)且浪費(fèi)電能。因此,利用合理算法控制屏蔽器干擾信號(hào)的發(fā)射方向和功率,在一定時(shí)間范圍、一定空間范圍內(nèi)既保持對(duì)手機(jī)信號(hào)的屏蔽效果又不對(duì)周圍環(huán)境造成污染是項(xiàng)目研究內(nèi)容的又一個(gè)關(guān)鍵問題。目前,因?yàn)橄到y(tǒng)主要應(yīng)用在監(jiān)獄、看守所等人員密集的場(chǎng)所,因此,在EMC問題上主要考慮干擾信號(hào)對(duì)人的影響。從生物效應(yīng)角度分析,電磁波對(duì)人體產(chǎn)生的影響主要有三種:1)熱效應(yīng);2)非熱效應(yīng);3)累積效應(yīng)。計(jì)量學(xué)采用“比吸收率(SpecificAbsorptionRate,SAR)”這一概念來定量地計(jì)算電磁波與人體的相互作用關(guān)系。SAR是指單位重量的組織中吸收的電磁波功率,單位為W/kg。系統(tǒng)通過動(dòng)態(tài)調(diào)整屏蔽器輻射干擾信號(hào)的場(chǎng)強(qiáng)密度與安全滯留時(shí)間的關(guān)系,能夠保證在一定范圍內(nèi)不會(huì)使電磁能量存留體內(nèi)而造成對(duì)人體的傷害。2.3環(huán)境下多維標(biāo)度法和多傳感器聯(lián)合智能定位系統(tǒng)在有的場(chǎng)所,用戶不僅要求能屏蔽住手機(jī)信號(hào),還要要求能對(duì)違規(guī)使用的手機(jī)信號(hào)進(jìn)行定位。采用直達(dá)波環(huán)境下多維標(biāo)度法(MultidimensionalScaling,MDS)結(jié)合非直達(dá)波環(huán)境下基于TOA(TimeofArrival)和AOA(angleofarrival)測(cè)量的增強(qiáng)型定位方法及多傳感器聯(lián)合智能定位實(shí)現(xiàn)對(duì)撥號(hào)手機(jī)快速定位是項(xiàng)目研究的又一關(guān)鍵問題及創(chuàng)新點(diǎn)。3手機(jī)信號(hào)監(jiān)測(cè)與屏蔽的現(xiàn)狀表1給出了本系統(tǒng)在某監(jiān)獄使用過程中比較典型的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)表明:1)研制的手機(jī)信號(hào)自動(dòng)監(jiān)測(cè)屏蔽系統(tǒng)能夠成功實(shí)現(xiàn)對(duì)特定場(chǎng)所手機(jī)信號(hào)的監(jiān)測(cè)與屏蔽過程;2)手機(jī)信號(hào)偵測(cè)器的抗干擾能力有待進(jìn)一步完善;3)綜合運(yùn)用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)撥號(hào)手機(jī)的定位算法有待改進(jìn)。4主要關(guān)鍵技術(shù)手機(jī)信號(hào)自動(dòng)監(jiān)