论文部分内容阅读
中图分类号：E231 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）06-0396-02
1.概述
在无线电监测领域中，无线电监测频率的范围往往需要覆盖甚高频（VHF）/特高频（UHF）频段，甚至更宽的频段。对于无线电监测设备而言，由于采用一副监测天线做不到覆盖这样超宽的频率范围，现有的技术方案是通过手动更换适合频率范围的设备天线来满足超宽的监测频率范围。在需要双极化监测时，采用手动更换水平、垂直极化天线来满足不同极化信号的监测要求，这种更换天线方式非常不方便。此外，在需要不间断的全频段监测工作中，手动更换天线显然不现实。此外，目前无线电监测设备主要采用监测接收机外接控制设备的操控模式断开外接控制设备无法支持离线任务，且外接控制设备便携性差，不利于移动。
对于便携性减小设备体积重量是必不可少的，当前的技术领域内常规设备体积大、重量大，便携性不强，在此基础上外加操控设备控制使得便攜性更差，不利于移动使用。有鉴于此，成都瀚德科技有限公司出一种便携式智能无线电监测设备，以解决现有技术中监测设备手动更换天线不现实、便携性差、不利于移动等缺陷。
该监测设备在现有传统的监测设备上进行了以下两点改进：
1）设备内部集成天线开关模块，根据天线的工作频率、极化方式，在实时扫描的过程中实现自动切换监测天线功能。
效果：自动进行天线切换，能够实现极化方式的自由切换，实现不间断的监测功能。
2）设备内置智能控制模块，实现没有外接操控设备时能够自动进行监测。能够实现远程下发任务，能够自动执行，并回传数据。
效果：设备能够自动根据设置的条件自动进行频谱监测、信号分析、占用度统计、记录数据等工作。并且能够下发离线任务自动执行，此外设备意外断电能够自动恢复未完成的工作。
2. 设备构成
2.1 系统方案
便携式智能无线电监测设备主要由超宽带接收机前端模块，数字信号处理模块，智能控制控制模块，存储器模块，定位模块，天线开关模块等部分组成。天线开关模块集成在设备内，通过监测接收机的天线信号输入端与监测天线组中的多个监测天线连接，用于根据监测天线的工作频率和极化方式控制监测天线的工作状态以实现天线切换。
便携式智能无线电监测设备框图
在正常工作模式下，无线电信号被射频天线接收后经过衰减器，送入滤波器组滤除带外无用的信号，经过射频放大器组合，与基准源产生的三级本振信号混频得到76.8MHz 的中频信号。接着采用基于软件无线电的数字信号处理模块对其进行AD采样，再经过 DDC 得到低速率的基带信号，送入FPGA 中对信号参数进行提取，包括频率、幅度、调制方式等。得到的数据上传到智能控制模块，再次进行一系列的数字信号处理，取得无线电监测业务需要的频谱、音频、IQ数据流等。这些数据可根据需要按照标准格式自动存储在设备内部，或者实时上传到上位机。再由用户选择关心的数据进行一键式统计分析，最后形成结果回放，占用度统计，月度监测报表，频谱评估态势图等。
2.2业务流程简介
自动进行频谱监测是便携式智能无线电监测设备的一个核心功能，目前我们的设备能够实现离线的频段扫描，单频点测量，离散扫描，月报监测以及频谱评估等功能。
频谱评估功能是智能无线电监测设备的一大亮点，该功能的实现流程如下：
a） 上位机软件根据业务要求下发频谱评估任务到设备；
b）智能控制模块对任务进行解析、记录任务时间、参数等，并通过驱动层将命令下发到数字信号处理模块；
c） 数字信号处理模块根据收到的命令，解析频段、带宽、接收机模式等命令，发送相应的控制码调谐接收机；
d）数字信号处理模块进行数据采集；
e） 根据需要切换监测天线，重复c）～d）的过程；
f）判断是否采集完整个业务频段，将采集的数据打包上传到智能控制模块；
g）智能控制模块对数据进行处理，进行一系列的原始数据统计、计算；
h）按照规定的数据库格式存储需要的数据；
i）根据需要上传数据到上位机，进行实时数据展示，或者导出数据供进一步的分析；
2.3超宽带接收机前端
超宽带接收机前端整体有5个功能，分别包括：工作模式，中频带宽，射频衰减，中频衰减和调谐频率。
a） 工作模式采用在输入级使用开关切换低噪声放大器、直通、程控衰减三种形式实现低噪声模式、常规模式、低失真模式切换；
b）中频带宽则采用在输出级开关切换三种不同带宽的滤波器实现；
c）射频衰减和中频衰减则分别在输入端和中频处理链路加入程控衰减器实现；
d）调谐频率是重点考虑的一个方面，接收机工作频率20MHz-8000MHz，频率扫描带宽太大，从射频到中频采用了超外差三次变频方案来实现。
全频段分为两个大的分段：20MHz～3600MHz频段采用两级混频，与第一本振进行混频得到4400MHz的第一中频，而后再次混频得到76.8MHz的中频，中频带宽为40MHz；3600MHz以上频段采用三级混频，增加一次混频将3600MHz～8000MHz 变频到3200MHz，再进行后面两次混频。
采用此方案对于中频抑制和镜频抑制以及杂波的抑制是整个射频通道部分的核心。对此在第一次混频之前采用了多路亚倍频程滤波器和平衡式放大器、中频抑制和镜频抑制滤波器作为前级预选，第二次混频之前的二次中频和镜频滤波器，二次、三次谐波抑制滤波器作为第一中频滤波器。二次中频之后的末级处理则包括第二中频滤波器的设计，中频放大，温度补偿等。
前级预选滤波器中，中频和镜频抑制滤波器采用悬置微带结构实现，在中频4400MHz的抑制应在60dB以上，镜频8820MHz-12400MHz的抑制应在40dB以上。第一中频滤波器组则要求滤波器在4400 MHz±140MHz处的抑制达到80dB以上。 本振源的指标也直接影响接收机的整体性能，是另一个需要重点设计的部分，本振源采用PLL实现，第一本振采用HMC704锁相环芯片配合HMC586VCO实现宽带的粗跳本振频率，范围从4420MHz-8000MHz，步进5MHz；第二本振采用HMC701锁相环芯片配合ROS-4415-119+ VCO实现窄带的细跳本振频率，频率范围4470MHz-4475MHz，步进10KHz。本振源的相位噪声要求≤90dBc/Hz@10KHz在每一个调谐频率上，杂散优于65dbc。
3.设备主要特点
1、高度的自动化和智能化
a、设备启动（上电）后，系统自动加载执行未完成的任务。如：频谱评估工作中，设备根据需要自动选择天线，在一次扫描的过程中同时取得垂直、水平极化的频谱数据，无需人为干预；
b、运行过程中实时对比数据库，自动识别台站库中未不存在的可疑台站；可自动预警，发现异常信号自动触发分析，存储数据；
c、监测数据自动保存，采集完毕后，一键生成占用度、频谱评估所需的报表，免除用户人工分析过程。
2、支持实时任务与离线任务工作
a、便携式智能无线电监测设备支持电脑、手机等操控设备实时操作、数据分析；
b、支持下发离线工作任务，任务下发完成后即可断开控制端，系统自动运行，无需人工值守。支持离线频段扫描、单频点测量、离散扫描、月报监测、频谱评估等离线任务；
c、可通过有线与无线的方式管理、查看任务，可支持通过4G网络访问设备；
3、设备高度集成化、结构紧凑性高
a、在仅有A4纸大小（273*210*78mm）的体积内部集成了包括：超宽带接收机前端模块，数字信号处理模块，智能控制模块，存储器模块，定位模块，天线开关模块等部件，形成一个可以独立工作的设备。
b、设备集成多功能状态指示灯，实时显示设备状态，警示系统故障。内置高容量SSD硬盘存储监测数据，并且可以通过外置SD拓展存储空间。
c、系统核心部件都集成在便携式智能无线电监测设备内部，用户只需架設天线、连接控制端即可展开工作，整个系统布置完成少于3分钟。
4.系统功能亮点
1、扩展性强
系统软件采用模块化设计，在提供常规的频段监测、单频点分析、信号解调等基本功能的同时，还可以扩展其他无线电监测业务模块，完成监测、定位、占用度统计、干扰分析、报表导出等多项业务功能，满足用户后期工作需要。
2、良好的用户体验
便携式智能无线电监测设备支持传统客户端软件的基础上，还支持手机APP软件，均可以实时查看/分析监测数据、下发/删除任务、历史监测轨迹、查看设备状态等功能；
在需要实时分析数据的时候，或者进行复杂数据处理工作时使用传统电脑作为操控者终端，在一些频谱评估活动等不需要实时数据分析的功能当中手机操控也是一个良好的操作平台。此外我们设备支持4GVPN组网，控制中心可以随时操控我们的设备。手机控制端强大扩展性，目前已支持全景扫描、中频分析、信号解调等功能。
3、系统角色的多样化
本着资源复用的理念，设备预留多个接口，可将本系统建设成为固定站、搬移站、移动站等；
a、频谱评估监测利器（可绘制频段占用度统计图，全面了解各个频段在不同地方的分布情况）；
b、车载移动监测（具备日常监测功能、分析功能、占用度统计报表输出等功能）；
c、搬移式监测站（能够快速部署设备，可用于考试保障、重点会议/活动的保障等）；
5.技术优点
便携式智能无线电监测设备内置智能控制模块，使得设备可以脱离上位机独立运行，设备根据下发任务自动执行工作，不需要人为干预。外置SD卡的应用方便数据的存取的同时还可以扩展存储空间。天线开关模块的加入使得设备的使用更为方便，可以灵活的配置天线，设备工作过程中自动切换，提高效率。本产品可应用于无线电监测管理、电磁环境频谱评估等，提供一种便携式、智能的无线电监测设备。
1.概述
在无线电监测领域中，无线电监测频率的范围往往需要覆盖甚高频（VHF）/特高频（UHF）频段，甚至更宽的频段。对于无线电监测设备而言，由于采用一副监测天线做不到覆盖这样超宽的频率范围，现有的技术方案是通过手动更换适合频率范围的设备天线来满足超宽的监测频率范围。在需要双极化监测时，采用手动更换水平、垂直极化天线来满足不同极化信号的监测要求，这种更换天线方式非常不方便。此外，在需要不间断的全频段监测工作中，手动更换天线显然不现实。此外，目前无线电监测设备主要采用监测接收机外接控制设备的操控模式断开外接控制设备无法支持离线任务，且外接控制设备便携性差，不利于移动。
对于便携性减小设备体积重量是必不可少的，当前的技术领域内常规设备体积大、重量大，便携性不强，在此基础上外加操控设备控制使得便攜性更差，不利于移动使用。有鉴于此，成都瀚德科技有限公司出一种便携式智能无线电监测设备，以解决现有技术中监测设备手动更换天线不现实、便携性差、不利于移动等缺陷。
该监测设备在现有传统的监测设备上进行了以下两点改进：
1）设备内部集成天线开关模块，根据天线的工作频率、极化方式，在实时扫描的过程中实现自动切换监测天线功能。
效果：自动进行天线切换，能够实现极化方式的自由切换，实现不间断的监测功能。
2）设备内置智能控制模块，实现没有外接操控设备时能够自动进行监测。能够实现远程下发任务，能够自动执行，并回传数据。
效果：设备能够自动根据设置的条件自动进行频谱监测、信号分析、占用度统计、记录数据等工作。并且能够下发离线任务自动执行，此外设备意外断电能够自动恢复未完成的工作。
2. 设备构成
2.1 系统方案
便携式智能无线电监测设备主要由超宽带接收机前端模块，数字信号处理模块，智能控制控制模块，存储器模块，定位模块，天线开关模块等部分组成。天线开关模块集成在设备内，通过监测接收机的天线信号输入端与监测天线组中的多个监测天线连接，用于根据监测天线的工作频率和极化方式控制监测天线的工作状态以实现天线切换。
便携式智能无线电监测设备框图
在正常工作模式下，无线电信号被射频天线接收后经过衰减器，送入滤波器组滤除带外无用的信号，经过射频放大器组合，与基准源产生的三级本振信号混频得到76.8MHz 的中频信号。接着采用基于软件无线电的数字信号处理模块对其进行AD采样，再经过 DDC 得到低速率的基带信号，送入FPGA 中对信号参数进行提取，包括频率、幅度、调制方式等。得到的数据上传到智能控制模块，再次进行一系列的数字信号处理，取得无线电监测业务需要的频谱、音频、IQ数据流等。这些数据可根据需要按照标准格式自动存储在设备内部，或者实时上传到上位机。再由用户选择关心的数据进行一键式统计分析，最后形成结果回放，占用度统计，月度监测报表，频谱评估态势图等。
2.2业务流程简介
自动进行频谱监测是便携式智能无线电监测设备的一个核心功能，目前我们的设备能够实现离线的频段扫描，单频点测量，离散扫描，月报监测以及频谱评估等功能。
频谱评估功能是智能无线电监测设备的一大亮点，该功能的实现流程如下：
a） 上位机软件根据业务要求下发频谱评估任务到设备；
b）智能控制模块对任务进行解析、记录任务时间、参数等，并通过驱动层将命令下发到数字信号处理模块；
c） 数字信号处理模块根据收到的命令，解析频段、带宽、接收机模式等命令，发送相应的控制码调谐接收机；
d）数字信号处理模块进行数据采集；
e） 根据需要切换监测天线，重复c）～d）的过程；
f）判断是否采集完整个业务频段，将采集的数据打包上传到智能控制模块；
g）智能控制模块对数据进行处理，进行一系列的原始数据统计、计算；
h）按照规定的数据库格式存储需要的数据；
i）根据需要上传数据到上位机，进行实时数据展示，或者导出数据供进一步的分析；
2.3超宽带接收机前端
超宽带接收机前端整体有5个功能，分别包括：工作模式，中频带宽，射频衰减，中频衰减和调谐频率。
a） 工作模式采用在输入级使用开关切换低噪声放大器、直通、程控衰减三种形式实现低噪声模式、常规模式、低失真模式切换；
b）中频带宽则采用在输出级开关切换三种不同带宽的滤波器实现；
c）射频衰减和中频衰减则分别在输入端和中频处理链路加入程控衰减器实现；
d）调谐频率是重点考虑的一个方面，接收机工作频率20MHz-8000MHz，频率扫描带宽太大，从射频到中频采用了超外差三次变频方案来实现。
全频段分为两个大的分段：20MHz～3600MHz频段采用两级混频，与第一本振进行混频得到4400MHz的第一中频，而后再次混频得到76.8MHz的中频，中频带宽为40MHz；3600MHz以上频段采用三级混频，增加一次混频将3600MHz～8000MHz 变频到3200MHz，再进行后面两次混频。
采用此方案对于中频抑制和镜频抑制以及杂波的抑制是整个射频通道部分的核心。对此在第一次混频之前采用了多路亚倍频程滤波器和平衡式放大器、中频抑制和镜频抑制滤波器作为前级预选，第二次混频之前的二次中频和镜频滤波器，二次、三次谐波抑制滤波器作为第一中频滤波器。二次中频之后的末级处理则包括第二中频滤波器的设计，中频放大，温度补偿等。
前级预选滤波器中，中频和镜频抑制滤波器采用悬置微带结构实现，在中频4400MHz的抑制应在60dB以上，镜频8820MHz-12400MHz的抑制应在40dB以上。第一中频滤波器组则要求滤波器在4400 MHz±140MHz处的抑制达到80dB以上。 本振源的指标也直接影响接收机的整体性能，是另一个需要重点设计的部分，本振源采用PLL实现，第一本振采用HMC704锁相环芯片配合HMC586VCO实现宽带的粗跳本振频率，范围从4420MHz-8000MHz，步进5MHz；第二本振采用HMC701锁相环芯片配合ROS-4415-119+ VCO实现窄带的细跳本振频率，频率范围4470MHz-4475MHz，步进10KHz。本振源的相位噪声要求≤90dBc/Hz@10KHz在每一个调谐频率上，杂散优于65dbc。
3.设备主要特点
1、高度的自动化和智能化
a、设备启动（上电）后，系统自动加载执行未完成的任务。如：频谱评估工作中，设备根据需要自动选择天线，在一次扫描的过程中同时取得垂直、水平极化的频谱数据，无需人为干预；
b、运行过程中实时对比数据库，自动识别台站库中未不存在的可疑台站；可自动预警，发现异常信号自动触发分析，存储数据；
c、监测数据自动保存，采集完毕后，一键生成占用度、频谱评估所需的报表，免除用户人工分析过程。
2、支持实时任务与离线任务工作
a、便携式智能无线电监测设备支持电脑、手机等操控设备实时操作、数据分析；
b、支持下发离线工作任务，任务下发完成后即可断开控制端，系统自动运行，无需人工值守。支持离线频段扫描、单频点测量、离散扫描、月报监测、频谱评估等离线任务；
c、可通过有线与无线的方式管理、查看任务，可支持通过4G网络访问设备；
3、设备高度集成化、结构紧凑性高
a、在仅有A4纸大小（273*210*78mm）的体积内部集成了包括：超宽带接收机前端模块，数字信号处理模块，智能控制模块，存储器模块，定位模块，天线开关模块等部件，形成一个可以独立工作的设备。
b、设备集成多功能状态指示灯，实时显示设备状态，警示系统故障。内置高容量SSD硬盘存储监测数据，并且可以通过外置SD拓展存储空间。
c、系统核心部件都集成在便携式智能无线电监测设备内部，用户只需架設天线、连接控制端即可展开工作，整个系统布置完成少于3分钟。
4.系统功能亮点
1、扩展性强
系统软件采用模块化设计，在提供常规的频段监测、单频点分析、信号解调等基本功能的同时，还可以扩展其他无线电监测业务模块，完成监测、定位、占用度统计、干扰分析、报表导出等多项业务功能，满足用户后期工作需要。
2、良好的用户体验
便携式智能无线电监测设备支持传统客户端软件的基础上，还支持手机APP软件，均可以实时查看/分析监测数据、下发/删除任务、历史监测轨迹、查看设备状态等功能；
在需要实时分析数据的时候，或者进行复杂数据处理工作时使用传统电脑作为操控者终端，在一些频谱评估活动等不需要实时数据分析的功能当中手机操控也是一个良好的操作平台。此外我们设备支持4GVPN组网，控制中心可以随时操控我们的设备。手机控制端强大扩展性，目前已支持全景扫描、中频分析、信号解调等功能。
3、系统角色的多样化
本着资源复用的理念，设备预留多个接口，可将本系统建设成为固定站、搬移站、移动站等；
a、频谱评估监测利器（可绘制频段占用度统计图，全面了解各个频段在不同地方的分布情况）；
b、车载移动监测（具备日常监测功能、分析功能、占用度统计报表输出等功能）；
c、搬移式监测站（能够快速部署设备，可用于考试保障、重点会议/活动的保障等）；
5.技术优点
便携式智能无线电监测设备内置智能控制模块，使得设备可以脱离上位机独立运行，设备根据下发任务自动执行工作，不需要人为干预。外置SD卡的应用方便数据的存取的同时还可以扩展存储空间。天线开关模块的加入使得设备的使用更为方便，可以灵活的配置天线，设备工作过程中自动切换，提高效率。本产品可应用于无线电监测管理、电磁环境频谱评估等，提供一种便携式、智能的无线电监测设备。