【頻譜監(jiān)測技術探究的國內外文獻綜述4600字】

頻譜監(jiān)測技術研究的國內外文獻綜述目錄TOC\o"1-2"\h\u22864頻譜監(jiān)測技術研究的國內外文獻綜述 121631.1頻譜監(jiān)測系統研究現狀 111291.2頻譜監(jiān)測方法研究現狀 328443參考文獻 61.1頻譜監(jiān)測系統研究現狀隨著我國無線通信技術的進步和發(fā)展,頻譜數據資源日趨緊張,因此全世界各個國家都對頻譜監(jiān)測管理工作十分重視,期望能對頻譜資源實現更加高效合理的利用,這促使了對頻譜監(jiān)測系統或頻譜分析儀的大力研究。頻譜監(jiān)測管理系統最先應用于航空領域,其典型代表是美國航空管理局在上世紀末研發(fā)的頻譜監(jiān)測系統IMDS(InterferenceMonitoringDetectionSystem),該系統由多個地面監(jiān)測站和監(jiān)測飛機組成,可以不斷的對航空通信的頻譜信息進行監(jiān)測,對非法信號進行報警,防止異常干擾來確保航空安全。美國前任總統奧巴馬在2013年提出要擴大美國在無線電領域創(chuàng)新的領導地位,計劃在全美范圍內能夠實時監(jiān)測頻譜,T.

cooklev等人于2015年根據《國家遙感與通訊及信息監(jiān)測管理局》,NTIA)的試點計劃提出了一個基于云計算的穩(wěn)定的頻譜監(jiān)測超級系統。美國在高頻頻譜計量監(jiān)控技術以及高頻頻譜監(jiān)控技術等各個方面均處于國際的領先水平,美國建立了頻譜管理單位和頻譜監(jiān)測管理系統,來促使人們和無線電機構更規(guī)范的使用頻譜資源,并開發(fā)了多款配套頻譜監(jiān)測應用軟件來監(jiān)控無線電頻譜,識別非法信號,保證合理的利用頻譜資源。美國泰克(tektronix)有限公司生產sa2600手持式實時頻譜分析儀,利用WindowsCE嵌入式操作系統和ARM平臺實現了對頻譜的高性能分析。

sa2600可以控制在10khz-6.2ghz的頻率范圍內,采用最高20MHz的實時帶寬進行頻譜監(jiān)測,可以偵聽到500us最短周期的瞬時事件。SA2600增加了觸摸屏,能夠實現良好的人機交互,不僅采用了泰克專有的DPX顯示技術,還嵌入了GIS離線地圖來實現定位功能。美國安捷倫(Agilent)公司研制的N9342C頻譜分析儀,不僅可以實現對頻譜的常規(guī)監(jiān)測,內部堅固的無風扇設計特點還使其能夠在更加惡劣的場景中良好運作。N9342C可以監(jiān)測100kHz-7GHz的頻率范圍的信號,頻段掃描時間少于2ms,還配備了7.2寸的LCD顯示屏,實現信號的良好顯示。該頻譜分析儀利用GPS實了定位功能,還可以實時記錄并回放監(jiān)測到的信號頻譜,可以使用戶能更快的發(fā)現瞬時信號。英國CRFS公司研發(fā)的RFeye智能化網格頻譜監(jiān)測系統,可以實現全天候實時頻譜監(jiān)測,并使用顏色與頻段的映射來反映地區(qū)內頻段的分布,還具有定位非法干擾源的功能。

rfeye這一系列的應用程序軟件能夠與頻譜監(jiān)控網絡中任何一個位置的接收器相互連接,在10mhz-6ghz的頻率上對其進行了監(jiān)測和分析,整個頻段掃描時間少于100ms,以此獲取某個地點頻譜的使用情況。德國羅德與施瓦茨(R&S)公司的UMS200無線電監(jiān)測系統可以配合ARGUS監(jiān)測軟件來監(jiān)測9kHz-7.5GHz頻率范圍內的頻譜使用情況,該無線電監(jiān)測系統可以通過配置不同的硬件軟件參數來應對不同的監(jiān)測場景,同樣可以實現對監(jiān)測目標的定位功能。日本安立(anritsu)公司自主研發(fā)的ms272c手持頻譜儀,頻率監(jiān)視范圍一般為9khz-20ghz,分辨率帶寬最小可以設置為1hz-10mhz,寬帶前置放大器的靈敏度也得到了約20db的改善,具有三種掃描模式:快掃、正常和nofft,可以很好地滿足不同的對于測量要求,通過較大的圖像標記顯示增強了ui的顯示效果,能夠檢測突發(fā)信號。國內的頻譜監(jiān)測管理沒有國外開始的早,在時間上相對處于劣勢。無線電通信條例修訂委員會于1987年正式在中國北京市正式成立,此后國內的民用無線電和視頻監(jiān)控通訊技術才真正逐步開始了快速的穩(wěn)步發(fā)展。經過三十多年的發(fā)展,全國各主要城市都建立了無線電監(jiān)測站,能夠將固定監(jiān)測節(jié)點接收的頻譜數據統一分析,利用無線電監(jiān)測網絡實現對頻譜信號的全面監(jiān)測。得益于國家對頻譜監(jiān)測管理的重視,國內很多公司和單位開始自主研發(fā)頻譜監(jiān)測設備,并不斷完善功能,軟硬件結合實現了對頻譜資源的監(jiān)測及分析。目前我國的頻譜監(jiān)測技術與歐美發(fā)達國家仍有一定差距,但是也取得了大力的發(fā)展。普源精電(rigol)有限公司生產的dsa-030a頻譜分析儀由于體積較小且簡單便攜,頻率檢測范圍可設置為9khz-3ghz,最小分辨率帶寬為10hz,全幅度不確定性小于1db,可以通過不同顏色的軌跡線來觀察改變RBW對頻譜的影響,還可以顯示光譜圖、瀑布圖。

dsa-000a作為一款新型高性能、經濟的頻譜分析儀器電子產品,具有更高的性價比,得到了較為廣泛的應用。安泰信(atten)公司生產的at5005頻譜分析儀,通常是顯示沒有經過處理的原始信號的信息,頻率范圍大約為150khz-1050mhz,可用于電磁兼容測試、發(fā)射接收器測量和對信號的偵聽,能直接地觀察到輸入信號的頻域和波形,可廣泛應用于高中教育科研技術領域,中電54所有企業(yè)都是自主開發(fā)的sr04-02監(jiān)視分析接收器能夠對9khz-3ghz頻率范圍內的定頻信號實現監(jiān)測,進一步就可以實現對其特征的分析、參數的測量、截獲跳頻信號和多種調制信號解調等功能。中電41所研制的AV4036頻譜分析儀,頻率測量范圍可達3Hz-40GHz,采用全數字中頻處理技術和自動校準技術,減小了誤差并增強了環(huán)境適應性,集合成信號源和頻率分析于一體,能夠對濾波器、混頻器等部件進行參數分析,實時保存測量結果,提高了我國頻譜監(jiān)測的技術水平。雖然國內的頻譜監(jiān)測技術已經得到了迅猛的發(fā)展,但是與國外仍然還有一定的差距,國內頻譜監(jiān)測裝置中還存在一些問題,如:其功能比較單一,沒有把頻譜分析和信號頻譜監(jiān)測緊密地融入其中;體積較大,不太適于進行野外操作;價格雖然比較低,但是性能不是很好。中電41所研制的頻譜監(jiān)測設備能實現對寬頻帶的快速掃描,相應的頻譜點數據量也大大增加,使上層軟件的設計加大了難度,此時頻譜監(jiān)測軟件就需要提高數據處理的速度,并可以有效的存儲數據?，F代頻譜監(jiān)測系統中軟件的主要任務包括:能夠實現多種掃描模式來滿足不同的監(jiān)測需求;能夠實現對信號的良好顯示;能夠對監(jiān)測頻段進行統計分析,反映頻譜使用情況;能夠實時的檢測信號并識別分類;能夠對監(jiān)測到的信號進行有效存儲;能夠實現和底層硬件的通信,下發(fā)控制命令及接收上傳數據;需要符合國際電訊聯盟(InternationalTelecommunicationUnion,ITU)的測試要求。因此本文基于軟件無線電的頻譜監(jiān)測系統研究就具有重要的實際意義。1.2頻譜監(jiān)測方法研究現狀頻譜監(jiān)測技術方法是對頻譜監(jiān)測系統設計的重要理論依據和技術支撐,在理論上確立了頻譜監(jiān)測的準確性和實施效果,因此我們有必要積極開展相關頻譜監(jiān)測技術方法研究。本文中,頻譜監(jiān)視技術的應用主要涉及到兩個方面,即頻譜檢測與調制辨認。認知式無線電中,頻譜檢測的方法大致可以劃分為兩類,即主用戶發(fā)射端檢測、主用戶接收端檢測和多點協作檢測三類,其中主用戶發(fā)射端檢測則是目前較為常見的一種頻譜檢測方法,它們包括了能量檢測、匹配濾波檢測、循環(huán)平穩(wěn)檢測等。能量檢測技術是最基本的一種傳統信號檢測技術,通過直接計算信號一段時間內所受到的接收信號的能量,從而判斷出該信號之所以存在,具有系統結構簡單,運算方便等優(yōu)勢。但是由于能量檢驗法的抗噪特性不佳,當信噪比過低時,即便增加積累時間該算法的檢測性能也不會變好。D.O.North在1943年首次提出匹配濾波器的概念,將匹配濾波器應用于信號檢測領域使輸出的信噪比最大,實現最優(yōu)檢測,這種方法被稱為匹配濾波檢測。匹配濾波檢測實際上采用了相干法進行檢測,該算法的檢測效率比較高,但該算法在檢測信號時還需要有足夠的先驗知識,存在結構復雜,實用性不強的缺點。W.A.gardner于1975年后他提出了一種基于循環(huán)平穩(wěn)光譜信號的分子光譜學和相關化學理論[28],通過信號的循環(huán)。平穩(wěn)特征和譜相關函數區(qū)分信號和噪聲來實現信號檢測。

gardner在1988年首次提出了一種特征檢測的理論和技術框架,基于循環(huán)平穩(wěn)的特征可以利用多種檢測方法來直接實現對信號的檢測,開展了更為深入的研究。循環(huán)平穩(wěn)檢測算法的抗噪特性相對比較優(yōu),但是其計算錯誤量大,過程復雜,不太適合進行實時的檢測。隨著無線通信技術的發(fā)展,通信信號的調制識別在信號監(jiān)測、分析中發(fā)揮著越來越重要的作用。C.S.

weaver在1969年首次發(fā)表并提出了基于調制模型和方式的自動識別理論,通過模型識別的技術手段來實現調制識別。A.K.

Nandi和E.

E.

azzouz在1995年至1998年間分別發(fā)表了多篇論文來深入地研究模擬通信信號的調制和識別,提出了九個基本的特征參數,對幾種常見的模擬信號和一些數字信號的調制識別方式也進行了分析和鑒定,為后續(xù)研究奠定了基礎。V.Ramakomar在1999年提出了三個新的特征參數用于改善數字調制方式信號的自動識別。調制識別的方法般認為可以劃分兩類:基于假設檢測的最高似然方法和基于特征提取的模式識別。基于貝葉斯假設檢驗的最大似然方法的一個核心思想就是:通過計算似然的函數,根據貝葉斯的代價最低準則,與合適門限相結果進行判斷,識別不同的調制方法。此種方法的理論完備,在貝葉斯最小代價準則下實現效果最優(yōu),但是似然函數復雜,計算難度大,需要很多先驗證的知識,算法的性能仍然主要依靠模型的正確構造和對參數準確的估計,穩(wěn)健度相對較差?；谔卣魈崛〉哪Ｊ阶R別技術方法主要包括特征提取和調制分類識別兩個大部分共同組成,而對特征調制模式識別的重點就在于如何提取出具有特征的參數,因此根據不同的特征提取方法可對此類方法進一步劃分。分類特征識別的技術基礎設計關鍵技術是小型分類器模式設計,根據不同調制特征參數模式可以對不同特征調制參數模式下的大型分類器數據進行不同的小型分類,其中小型分類器主要采用包括決策樹、支撐樹和向量機、人工神經網絡等多種分類方法。此類方法過程清晰,計算簡單并易于實現,信噪比較高時特征明顯,可根據信噪比調整特征門限進行分類識別?；谔卣魈崛〉哪Ｐ妥R別技術根據各種特征提取的方法可以進一步細化為:基于時域的頻域基本統計量、星座圖特征、高階累加值、循環(huán)絡特征、循環(huán)光譜特征、小波變換等。L.X.

wang在2009年基于一種高階累計量和支持向量機的技術手段來識別數字調制信號,當信噪比系數值大于10db時,識別率控制到97.5%以上。趙雄文等在2016年基于高階累計量和循環(huán)譜的混合調制識別方法對五種數字調制信號進行了識別,當信噪比大于5dB時,識別率在94%以上。譚曉衡等人在2018年基于高階累積量和小波變換利用人工神經網絡進行調制識別,在低信噪比條件下仍具有較佳的識別效果?；跁r域和頻域基本進行統計量的分析方法,簡單直觀,計算誤差量小,適合于實時數據分析,但是其抗噪特性較差;基于星座圖的調制方法,可以準確地區(qū)分幅值相位調制的信號,但是當信噪比較低時,在一定的高階段會出現聚類模糊的現象;基于與高階累加值、循環(huán)累加值、循環(huán)光譜密切相關的計算方法,具有良好的耐腐蝕和防水性能,適合于信噪比較低的情況,但是計算誤差較大;基于小波變換的檢測方法,適用于突發(fā)信號進行檢測和識別,其性能依賴于基小波的選取。參考文獻姜浩,張治.基于AD9361的軟件無線電平臺設計與實現[J].電視技術，2015，39(15):51-54.唐俊,范紅,嚴杰,倪林,曹愛玲.AD9361在無線通信數字中繼器中的應用[J].微型機與應用,2016,35(04):98-100.楊勇,夏文龍,史曉荻,郭慶功.基于AD9361的智能屏蔽系統設計與實現[J].太赫茲科學與電子信息學報,2018,16(04):625-629.宋哲,曹旸,張志芳,朱鐵林.基于FPGA配置AD9361在小型無人機數據鏈上的應用[J].電視技術,2018,42(10):125-128.劉波.一種寬帶零中頻接收前端設計與性能測試[D].華中科技大學,2014.郜澤.基于AD9361的軟件無線電硬件平臺設計與實現[D].四川:電子科技大學,2015.劉健.基于ZYNQ與AD9361的微型頻譜監(jiān)測設備的設計與實現[D].電子科技大學,2018.余方圍,唐英杰,任宏亮,