无线电频谱监测与分析系统设计及实现

摘 要：当前所使用的频谱监测系统在应用的过程中存在着非常明显的不足，而在当前的频谱监测的过程中国需要更加轻便的、智能化的、监测范围广的系统，针对当前的这一需求，我们对无线电频谱监测与分析系统设计及实现进行了简要的分析和探讨，以供参考和借鉴。

关键词：频谱监测；频谱仪；干扰分析；低噪声放大器

1 引言

当前我国的通信水平在不断的提高，无线电台站的数量也越来越多，在这样的情况下，无线电监测过程中受到的干扰也越来越多，很多国家和设备制造的厂家在频谱检测的过程中投入了很多的资金和人力，在工作中虽然取得了一定的效果，但是和预计的效果还存在着一定的差距，针对这样的状况，提出了一种新的无线电频谱监测和分析系统，对其设计和实现进行简要的分析和阐述。

2 系统构成及构成原理

2.1 系统组成

无线电频谱监测与分析系统有监测天线、天线控制器、监测仪表和主控机构成。

主控机模块是一台计算机也可以是一台笔记本电脑，其最为主要的作用是能够形成一个图形化的用户界面，这一界面可以提供系统操作的基本操作，同时还能对分析数据进行全面的分析和处理。

天线控制器当中都设置了GPS定位系统，定位系统当中主要是对监测点的海拔以及纬度等多方面的信息进行获取，此外，其还具备体系统复位数据采集电路。天线控制器通常是借助串口和主控机联系在一起，主要是接受主控机发出的控制命令，同时还要对天线进行全面的监测，控制的方式主要有两种，一种是控制天线在0°-360°的范围之内采取水平的形式进行转动。另外一种是控制天线在-10°-90°范围之内采取的是俯仰转动的形式，对于这两种方式，可以根据实际的要求选择单独使用，也可以采用联合使用的方式。

监测仪通常采用的是GPIB口和主控机上的GPIB488卡相连接，从而使得频谱的数据采集能够更加的全面和准确。同时还要按照主控机的实际要求来获取射频信号，此外还能将这一过程中获得的数据反馈给系统。

检测2天线是频谱检测过程中必须要有的一个部件，它通常是按照天线控制系统的要求在0°-360°水平扫描，或者是在俯仰-10°-90°的范围之内扫描，之后要将扫描到的一些数据直接传送到监测仪表当中。在实际的运行中可以使用微波天线和超短波天线，微波天线在运行的过程中需要一个相对较低的噪音配合，从而也可以更好的保证监测的质量和效果。

2.2 工作原理

无线电频谱监测和分析系统有两种工作模式，一种是自动化的工作模式，一种是手动化的工作模式。

如果采用的是自动化的模式之下来运行系统吗主控机首先应该得到对应的硬件配置工作，选择天线控制当中的通信接口和监测的仪表，之后用户需要按照要求完成准备工作，这些准备工作能够保证自动监测的质量和水平，主控机就会从特定的监测任务当中开按照用户设置的参数来对监控的仪表进行有效的控制，同时还要在这一过程中启动天线控制系统来对天线的运行予以全面的控制，主控机在传递完控制命令之后，会自动的对频谱数据和天线状态数据进行采集，此外还要对其进行全面的分析。此外还要将采集的结果以可视化的方式进行处理。在完成了一个监测的任务之后，主控机会以自动的方式开启下一个监测任务，直到所有的任务全部结束，或者是用户在中间强制性中止运行，监测之后，系统会自动生成监测报告和数据。

在手动工作的方式当中，系统的工作原理和自动工作时候的工作原理并无太大的差别，知识系统不能开展循环性的检测，通常它是提供一种交互式的测试环境，在完成了既定的任务之后要等到用户进行下一步的操作。

3 系统的软件结构

无线电频谱检测与分析系统软件结构设计的过程中瞎用的是面向对象建模的技术，通常，我们将其称为OMT。无线电频谱监测与分析系统的软件结构如图1所示：

图1 无线电频谱监测与分析系统的软件结构

4 系统的关键技术和设备

4.1 动态库技术：系统在设计中考虑到需要与监测仪表和天线控制器相连接，而这两部分与设备和接口有关，为了保证系统升级的方便，将这两部分采用动态库技术进行实现，这样，当系统与其他设备相连或者接口协议有所变化时，只需要改动相应的动态库而不必要改动主程序，使得维护和升级更加方便，可扩充性也得以加强。

4.2 VC操作WORD技术：在监测完毕生成监测报告的时候，为了保证监测报告的规范性和可编辑性，体现出监测报告的严肃性，同时也能反映出监测报告编制人的特色，在设计时，监测报告首先要包含国家无线电管理委员会有关规定的内容，同时也可以满足用户修改的需要，设计过程中将监测报告的规范格式以WORD模板进行保存，监测点的基本信息、监测数据、监测结果以及分析处理的结论在生成监测报告的过程中，系统自动操作WORD文档，使得监测、分析和处理过程智能化。

4.3 并行处理技术：由于在进行频谱监测过程中，需要不断地从天线控制器中采集数据，采集结果需要进行分析、计算、图形绘制和结果显示，因此为了保证系统的实时性要求，需要将数据采集和分析处理过程并行处理，系统向天线控制器发送所需数据的命令后就等待设备向系统反馈数据，系统接收到反馈数据传输完毕的信号后就进行相应的处理，而设备只需要定时地将采集到的数据反馈给系统即可。

4.4 低噪声放大器：由于台站工作的频段逐渐向高频端延伸，因此监测系统的监测范围不能只停留在3GHz以下的频段，就目前的频谱使用状况和频谱使用的发展趋势来看，监测系统的监测范围应该能够监测到18GHz，而高频端的无线电信后在传输过程中损耗比较大，因此监测到的信号比较弱或者根本就监测不到信号，这时就需要用低噪声放大器将天线接收到的信号先进行放大，然后传送给监测仪表，这样在监测仪表上即可清晰地识别出无线电信号来。因此选择的低噪声放大器必须能够满足18GHz以下频段的监测要求，一般要求低噪声放大器的增益达到55dB以上。

4.5 驱动电机：驱动电机是控制天线水平和俯仰转动的重要部件，它影响着天线装动的稳定性和精确度，同时，由于监测过程一般是在室外进行，而且监测设备需要经常的搬运，因此可靠、稳定、耐用的驱动电机是必然的选择。由于在野外操作，气候多变，监测环境恶劣，因此在安装驱动电机时需要考虑防水、防尘，以免恶劣的天气影响驱动电机的性能。经过对比和实际使用的验证，德国生产的电机能工作稳定可靠，够满足笔者的要求。

结束语

无线电频谱检测和分析系设计的最终目的是为了能够更好的弥补当前频谱监测过程中存在的不足，系统在设计的过程中应该充分的考虑到操作的便捷性，胸痛的可升级性和实时性等多项性能，只有这样，才能更好的体现出系统的优势和功能，从实践上来看，该系统设计能够满足无线电管理部门的工作需求。

参考文献

[1]段洪涛.频段占用度测量研究[J].中国无线电，2010（6）.

[2]彭玉芳.认知无线电技术及频谱管理[J].中国无线电，2009（7）.