一种用于低频时码监测系统的无线频谱干扰监测系统及方法与流程

本发明属于无线电通信技术及信号测量技术领域，涉及无线频谱干扰监测，特别涉及一种用于低频时码监测系统的无线频谱干扰监测系统及方法。

背景技术：

无线频谱监测是无线频谱管理的基础与核心功能，只有建立了准确、详实、及时的无线频谱监测，无线频谱管理才能保证其科学性和有效性。对于低频时码监测系统，设置无线频谱干扰监测的主要目的是通过对低频段内所有信号的信息不丢失、不失真的采集、处理分析和挖掘，从而实现从时域、频域、和能量等各维度对复杂电磁环境进行监测，并具备突发干扰、频谱的态势变化进行预测报警等功能。

目前，低频时码监测系统中并未涉及无线频谱监测的相关方法或技术。在其他无线电监测领域，涉及频谱监测的通用方法是对某一频段信号进行扫频，并为每个频点设置门限值，将该信号的频点及功率与已建立的数据库中的信号进行比对，若是已知信号突破门限值，则将此次监测结果进行保存，若是未知信号突破门限值，则发出相应的报警信息。然而，现有的传统方法用于低频时码监测系统存在以下问题：

(1)并非针对低频时码监测系统而提出的专用方法，低频时码监测系统除了实现对低频时码授时信号的精密测量外，需要结合当时的电磁环境情况对低频时码授时信号的授时性能及信号质量进行评估，因此需要针对低频时码监测系统的实际监测内容设计相应的无线频谱干扰监测方法；

(2)无线频谱监测的一般方法是设置信号功率门限值，若信号突破门限值，则监测系统发出告警提示。由于信号功率或场强与发射机发射功率相关，当接收端处于不同距离时，测量得到的信号功率不同；另外，当监测环境发生变化时，测量得到的信号功率也不同，门限值需要随时进行调整，给信号监测工作带来不便。

综上所述，亟需一种新的用于低频时码监测系统的无线频谱干扰监测系统及方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于低频时码监测系统的无线频谱干扰监测系统及方法，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本发明通过设置相对基准值和统计信号变化趋势，能够实现低频段内无线频谱干扰监测。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的一种用于低频时码监测系统的无线频谱干扰监测系统，包括：

天线模块，用于针对预设监测频段，对周围环境中的电磁干扰信号进行全向接收；

频谱采集模块，用于将天线模块接收到的信号进行放大后，对信号进行采样，经过滤波后获得预设监测频段内各信号功率及频点信息；

数据分析模块，用于输入所述频谱采集模块获取的信号功率，实现干扰信号的功率值统计和干扰信号的研判；

支撑模块，用于为所述无线频谱干扰监测系统提供电力供应和机架支撑。

本发明的进一步改进在于，还包括：

网络通信模块，用于将干扰信息从外场监测站发送至监测主站；

数据库模块，用于存储所述无线频谱干扰监测数据及相应的告警信息。

本发明的进一步改进在于，所述天线模块采用全向有源天线；所述天线的有效工作频率范围为9khz至100khz。

本发明的进一步改进在于，所述频谱采集模块中，将天线模块接收到的信号进行放大后，对信号进行采样，经过滤波后获得预设监测频段内各信号功率及频点具体步骤包括：

通过干扰信号采集设备接收并测量9khz至100khz范围内的信号参数，通过滤波、放大后对信号进行检波，对取得的包络信号进行分析，获得预设监测频段内各信号功率及频点。

本发明的进一步改进在于，所述数据分析模块中，干扰信号的研判的具体步骤包括：

针对某一频点，将当前信号功率作为基准值与下一次监测结果进行比对，统计预设时间段的信号功率变化趋势，计算信号功率值的平均值及标准差，若信号在预设时间段内表现为持续的高功率输出，则判定为干扰信号。

本发明的进一步改进在于，所述数据分析模块中，干扰信号的功率值统计的具体步骤包括：首先判断接收据的有效性，然后对有效数据提取；对有效数据进行粗差剔除、平滑滤波，选取功率值大于等于68.5khz的频点；记录选取出的频点当前测量结果，包括：干扰信号频点、干扰信号功率、干扰出现时间及持续时间。

本发明的一种用于低频时码监测系统的无线频谱干扰监测方法，包括以下步骤：

步骤1，将拟接收的信号按照所属频段不同，分为两个频段；通过频谱分析设备对所述两个频段同时进行扫频，设定扫频间隔，获得测量数据；其中，所述测量数据包括信号的频点及信号功率；

步骤2，基于步骤1的测量数据，将预设频段内的数据剔除，统计其他频点信号的测量数据，搜索并确定信号功率高于低频时码授时信号的频点；

步骤3，继续扫频的同时，分析扫频结果，记录功率大于等于预设值的频点；将前一次信号功率测量结果作为基准值，与当前信号功率进行比对，若当前次测量结果大于基准值，则将当前次测量结果设置为基准值；扫频结果不断迭代，计算预设时间段内信号功率值的平均值及标准差，获得信号功率变化趋势；

步骤4，以68.5khz频点的功率值为基准，若在预设时间段内，某频点信号功率持续保持为高于68.5khz频点的功率值，则判定为干扰信号；发出告警信息。

本发明的进一步改进在于，还包括：

步骤5，建立干扰监测数据库，将干扰监测数据进行记录并保存；其中，所述干扰监测数据包括：干扰信号的功率、频点、带宽、出现时间及持续时间。

本发明的进一步改进在于，

步骤1中，拟接收的信号为9khz～100khz信号，分为大于等于9khz且小于30khz、大于等于30khz且小于等于100khz两个频段；

步骤2中，预设频段为67.5khz～69.5khz段；

步骤3中，预设值为68.5khz。

本发明的进一步改进在于，步骤4中，发出告警信息时的具体步骤包括：对信号进行告警等级划分，执行相应告警操作。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明适用于低频时码监测系统，采用相对基准值的设计实现无线频谱监测，相比于具体某一信号的瞬时值，更关注信号在某一时间段内的变化趋势并统计其信号特性。具体的，本发明不具体设定干扰信号的门限值；对具体某一信号，将前一次测量值作为基准与下一次测量值进行比对，基准值不断迭代更新，着重关注信号变化趋势；统计一段时间内的信号变化规律，若信号表现为持续高功率输出，则判定为干扰信号，进行报警(可以通过声光、语音等方法进行报警，并将此次干扰信息进行存储)。本发明的方法能够实现对无线频谱干扰信号的持续监测，并具备对干扰源的干扰程度加以评估，以及提供某种程度的策略分析支持能力，同时实现监测信息的长时间存储。本发明的方法具有干扰信号定位精准以及测量准确度高的特点；另外，其成本较低易于实现，系统运行可靠性较好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍；显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的一种用于低频时码监测系统的无线频谱干扰监测系统的示意图；

图2是本发明实施例的一种用于低频时码监测系统的无线频谱干扰监测方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术效果及技术方案更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例。基于本发明公开的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它实施例，都应属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明实施例的一种用于低频时码监测系统的无线频谱干扰监测系统，包括：

天线模块，通过使用全向有源天线，针对监测频段对低频时码监测系统周围环境中的电磁干扰信号进行全向接收。天线工作频率范围9khz至100khz。

频谱采集模块，主要由信号频谱采集设备构成，将天线接收到的9khz至100khz信号进行滤波、放大后，对信号进行采样，便于下一步进行监测数据的分析工作。

数据分析模块，由工控机和上位机软件组成，上位机软件能够实现干扰频谱的分析、处理与显示，以及干扰程度分析与预测，信息回放的功能。通过对监测到的干扰信号功率值的统计、处理，选取9khz-100khz频带内功率值大于68.5khz的频点，并记录该频点相关信息。将此次监测结果作为基准值与下一次监测结果进行比对，统计一段时间内的信号功率变化趋势，计算该信号功率值的平均值及标准差，若信号在一段时间内(15min)表现为持续的高功率输出，则判定为干扰信号，并发出相应的告警信息。

支撑模块，支撑模块提供电力供应和设备机架，保证设备不间断正常运行。

本发明实施例中，还包括：

网络通信模块，若设立在外场监测站，还需将此次干扰信息发送至监测主站，可利用网络通信模块传输数据。

数据库模块，用于存储所述无线频谱干扰监测数据及相应的告警信息。

本发明针对低频时码监测系统设立，采用相对基准值设计的概念实现无线频谱监测，相对于具体某一信号的瞬时值，更关注信号在某一时间段内的变化趋势并统计其信号特性。该方法具备干扰信号定位精准，测量准确度高，易于实现且成本较低，系统运行可靠等优点。

请参阅图2，本发明实施例的一种用于低频时码监测系统的无线频谱干扰监测方法，具体包括以下步骤：

(1)将天线模块、频谱分析模块以及搭载数据分析模块的上位机连接，保证系统正常运行；

(2)将拟接收的9khz～100khz信号按照所属频段不同，分为9khz～30khz(vlf段)和30khz～100khz(lf段)两个频段频谱分析设备对以上两个频段同时进行扫频，扫频间隔为10hz，详细测量并存储信号的频点及信号功率；

(3)低频时码授时信号的信号带宽为±1khz，中心频点为68.5khz，因此将67.5khz-69.5khz段内数据剔除，统计其他频点信号的测量数据，搜索并确定信号功率高于低频时码授时信号的频点；

(4)系统继续扫频的同时，分析扫频结果，记录功率大于68.5khz的频点，软件将前一次测量结果作为基准值，时刻与下一次测量结果进行比对，若大于基准值，则将此结果设置为新的基准值，扫频结果不断迭代，统计一段时间内的信号功率变化趋势，计算该信号功率值的平均值及标准差；

(5)若该频点在某段时间内(15min)持续高功率输出，则判定为干扰信号，对该信号进行报警等级划分并执行相应报警的操作，同时保存此次报警信息。另外，统计扫频范围内其他各频点的功率值，输出功率值并保存该频点的信息；

(6)如果干扰监测系统设立在外场监测站，还需将此次告警操作信息通过网络通信模块发送至监测主站；

(7)建立干扰监测数据库，将干扰监测数据(干扰信号的功率、频点、带宽、出现时间)进行记录并保存，便于日后对数据进行二次利用。

本发明实施例中，发出告警信息时的具体步骤包括：对信号进行告警等级划分，执行相应告警操作。

其中，告警等级划分包括：

1)频点若在58.5khz～72.5khz范围外，则判定为四级告警，此时软件提示告警信息；

2)若在58.5khz～72.5khz范围内，关注干扰信号持续时间，若只有某一天发生，则判定为三级告警，执行相应的告警操作，并记录至数据库；

3)若在58.5khz～72.5khz范围内，超过一天发生，此时调用数据库存储的干扰监测信息，若此信号呈周期性出现，则判定为二级告警，并执行相应的告警操作，并记录至数据库；

4)若在58.5khz～72.5khz范围内，超过一天发生，且经数据库查询后发现信号为随机出现，则判定为一级告警，并执行相应的告警操作，并记录至数据库。

其中，告警等级提高时，低层的告警操作同时执行；当处于一级告警时，所有告警操作均同时执行。

本发明的方法能够实现对无线频谱干扰信号的持续监测，并具备对干扰源的干扰程度加以评估，以及提供某种程度的策略分析支持能力，同时实现监测信息的长时间存储。本发明的方法具有干扰信号定位精准以及测量准确度高的特点；另外，其成本较低易于实现，系统运行可靠性较好。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。