淺談超短波監(jiān)測站技術性能要求

 隨著無線電管理事業(yè)在國民經(jīng)濟發(fā)展中作用和地位的不斷提高，無線電監(jiān)測網(wǎng)基礎設施建設步伐不斷加快，全國超短波無線電監(jiān)測網(wǎng)的格局正在逐步形成。如何圍繞超短波監(jiān)測站的任務職責和建設目標，科學論證超短波監(jiān)測站技術性能要求和功能設置，提高基礎設施建設的針對性和有效性，是無線電監(jiān)測網(wǎng)設施建設的重要研究課題。本文著眼于超短波監(jiān)測站的作用和用途，對超短波監(jiān)測站技術性能要求及監(jiān)測接收機選型原則進行了分析討論。

1 超短波監(jiān)測站主要作用

超短波監(jiān)測站是指固定架設或臨時開設于某個制高點，對附近一定區(qū)域內(nèi)存在的各種VHF/UHF頻段無線電臺站信號進行監(jiān)測和測向的無線電信號接收站。其主要作用是承擔VHF/UHF頻段無線電臺站頻譜參數(shù)質(zhì)量監(jiān)測、空間無線電頻譜利用率監(jiān)測、指定類別調(diào)制信號的解調(diào)和指定信號的無線電測向定位等任務。它是無線電頻譜管理部門掌握指定區(qū)域無線電頻譜使用情況的基本手段，是為頻譜管理系統(tǒng)提供電磁環(huán)境實測數(shù)據(jù)的主要方式，是提高無線電管理技術水平的重要基礎。

2 超短波監(jiān)測站技術性能要求

超短波監(jiān)測站建設的基本目標是系統(tǒng)功能要實用、系統(tǒng)性能要真實、測量結果準確無誤、測量搜索快捷有效、系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠。依據(jù)監(jiān)測任務和建設目標要求，要深化技術性能的需求論證，強化功能實用性，研究確定超短波監(jiān)測站測量任務、技術性能指標和具體測量功能。超短波監(jiān)測站技術性能可分為基本技術性能和特殊技術性能要求兩類。

2.1 基本技術性能要求

超短波監(jiān)測站基本技術性能要求主要有：

(1)固定頻率監(jiān)測。開展指定信號射頻參數(shù)測量，提供頻率誤差、信號電平、場強、占用帶寬、時間占用度、調(diào)制度等參數(shù)測量結果；指定信號頻譜測量、顯示和存儲，提供“marker”顯示功能，在頻譜測試圖上顯示多個“marker”頻率和電平，具備頻譜測試圖的擴展和縮小功能；AM、FM及部分數(shù)字調(diào)制制式信號的解調(diào)和監(jiān)聽測量，提供被監(jiān)聽信號的多媒體錄音和存儲。

(2)頻段掃描監(jiān)測。開展某個頻段及多個頻段的無線信號電平的掃描測量，可通過分段設置、個別抑制等多種靈活設置方式對感興趣頻段進行掃描測量；實時顯示測量頻段內(nèi)各頻率的時間占用瀑布圖，提供以指定電平門限進行頻率占用度的實時統(tǒng)計測量，定時提供測量置信度；可參照臺站數(shù)據(jù)庫識別測量頻段內(nèi)的合法已知信號與非法未知信號。

（3）頻率表監(jiān)測。開展指定頻率表信號的掃描監(jiān)測和射頻參數(shù)測量，實時顯示各測量頻率的時間占用瀑布圖，提供各測量頻率的信號電平、頻率誤差、場強、占用帶寬、時間占用度、調(diào)制度等參數(shù)測量結果；提供各測量頻率的頻譜測量、顯示和存儲，以及頻譜測試圖的擴展和縮小功能。

（4）指定信號頻率測向。指定連續(xù)穩(wěn)定信號的示向度、質(zhì)量因子、電平、頻譜測量，指定瞬時信號示向度、質(zhì)量因子、電平的實時測量和存貯；參與多站聯(lián)網(wǎng)交匯定位，提供交匯橢圓，交匯測向定位結果需在電子地圖上顯示，并提供定位點地理坐標、定位質(zhì)量和距離；提供測向交匯軌跡濾波、重放和查詢功能。

（5）測量數(shù)據(jù)處理。測量數(shù)據(jù)主要包括信號頻譜數(shù)據(jù)、錄音數(shù)據(jù)、占用度、信號電平、場強、頻率誤差、占用帶寬、調(diào)制度、被測信號示向度及測向質(zhì)量因子等，所有測量數(shù)據(jù)均可用圖形、報表、文字形式進行存儲、查詢及再現(xiàn)。相關數(shù)據(jù)均需建立相應監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，按標準基礎數(shù)據(jù)庫（已指配臺站的名稱、類別、位置、指配頻率、發(fā)射功率、占用帶寬等臺站基礎數(shù)據(jù)庫，已知多種信號的頻譜圖、主要射頻參數(shù)特征及解調(diào)聲音等相對穩(wěn)定的信號標準參考數(shù)據(jù)庫）、原始采集數(shù)據(jù)庫（監(jiān)測設備直接采集的信號頻譜、測量電平、頻率誤差、占用帶寬、測向示向度等原始數(shù)據(jù)）、結果處理數(shù)據(jù)庫（占用度、電平分布等統(tǒng)計結果，占用帶寬、頻偏等計算結果及標準譜圖等屬性識別結果）方式建立多層次監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，既可對照性地開展監(jiān)測工作，又方便結果傳輸和查詢。

（6）測量結果統(tǒng)計分析。提供頻率占用度（單頻率時間占用率、指定頻段頻率使用占用率、非法未知頻率占用率）、電平分布（電平時間分布曲線、算術平均值、標準偏差、最大值、最小值）、背景噪聲分布等統(tǒng)計結果；提供主要射頻參數(shù)特征變化、測量頻譜變異等告警信息；提供多種互調(diào)干擾分析模式，既可在指定頻段上按電平幅度由高到低的次序進行三階互調(diào)分析計算，亦可以被干擾臺站為中心在指定區(qū)域內(nèi)對所有發(fā)射臺站進行三階互調(diào)分析計算，并能提供互調(diào)干擾的實測驗證和對比分析。

（7）聯(lián)網(wǎng)及遠程監(jiān)控。有良好的入網(wǎng)接口和協(xié)議，提供有線/無線入網(wǎng)等多種接口協(xié)議，提供遠程環(huán)境監(jiān)控及開關機功能，并具有自動報警、信號回傳等功能�？砂幢O(jiān)測任務計劃表完成測量及結果回傳，具備針對主要監(jiān)測設備的故障診斷功能。

2.2 特殊技術性能要求

超短波監(jiān)測站特殊技術性能要求是提升監(jiān)測站性能和擴展監(jiān)測功能相關的技術能力，是常規(guī)監(jiān)測站普遍缺乏的技術性能和功能，其中有些性能需要配置高性能的數(shù)字化監(jiān)測接收機。主要有：

（1）超標信號預警監(jiān)測。超標信號預警是日常監(jiān)測工作經(jīng)�；�的主要表現(xiàn)形式，是實現(xiàn)無線電管理由被動管理向主動管理轉(zhuǎn)變的技術基礎。它主要依托和比照標準基礎數(shù)據(jù)庫（臺站基礎數(shù)據(jù)庫、信號標準參考數(shù)據(jù)庫），采用模糊數(shù)學相關和比對的分析方法實現(xiàn)對監(jiān)測頻段（頻率）無線電信號的自動預警測量，主要通過頻率比對、信號電平比對、信號頻譜比對、示向度比對、時間占用度比對等方式預先告知監(jiān)測信號的異常變化。

（2）多模式和互轉(zhuǎn)換監(jiān)測。依據(jù)無線電監(jiān)測任務及內(nèi)容的不同，新型自動化監(jiān)測站應至少提供交互模式、預設自動模式和預警監(jiān)測三種典型監(jiān)測模式，并實現(xiàn)相互轉(zhuǎn)換。交互模式是實現(xiàn)對各基本監(jiān)測功能的直接轉(zhuǎn)換，由用戶在客戶工作站終端通過虛擬控制面板完成多任務監(jiān)測，如頻段掃描監(jiān)測和單頻率信號參數(shù)監(jiān)測的直接轉(zhuǎn)換、信號參數(shù)監(jiān)測和測向定位測量的直接轉(zhuǎn)換等；預設自動模式是預先確定監(jiān)測任務，監(jiān)測系統(tǒng)可以立即或在某個指定時間按預設任務及設置條件開展測量；預警監(jiān)測模式主要適用于頻率占用度測量和自動預警超標信號監(jiān)測等情況，通常需要長時間收集監(jiān)測數(shù)據(jù)。

（3）虛假信號自動識別監(jiān)測。任何體制的接收機都可能產(chǎn)生虛假響應，現(xiàn)代監(jiān)測接收機普遍采用的超外差接收機由于引入一個或多個本振信號而使其虛假響應更為普遍。同時隨著電磁環(huán)境惡化和寬中頻數(shù)字接收機的應用，超短波監(jiān)測站產(chǎn)生虛假響應的現(xiàn)象更為嚴重，鑒于此種情況，超短波監(jiān)測站應具有虛假信號自動識別監(jiān)測性能。對于接收機虛假信號，其響應電平大小變化同射頻前端衰減量值變化是不一致的，通常以高于2倍程衰減（對數(shù)量程）量值進行變化。利用監(jiān)測接收機前端衰減器對真實無線電信號和虛假響應的不同變化規(guī)律可以開展虛假信號的識別監(jiān)測。選擇具有程控多量程射頻衰減器的監(jiān)測接收機，在交替掃描中自動插入固定已知的射頻衰減量值，自動剔除所有大幅度衰減信號，這樣接收機產(chǎn)生的虛假互調(diào)信號就能夠被自動識別和剔除。

（4）數(shù)字信號監(jiān)測和分析解調(diào)。數(shù)字通信信號監(jiān)測和分析解調(diào)已成為無線電監(jiān)測的重要內(nèi)容。開展數(shù)字信號監(jiān)測和分析解調(diào)，首先要選用數(shù)字化監(jiān)測設備，其次要加強對數(shù)字信號特征參數(shù)監(jiān)測和分析的性能研究和開發(fā)。主要有兩方面的工作：一是數(shù)字信號特征參數(shù)的監(jiān)測分析，包括對數(shù)字信號的調(diào)制特性（如調(diào)制類別、符號速率、頻移、調(diào)制星座圖）、時間特性（瞬時突變、時分復用）及頻譜特性（窄/寬帶、單/多載波信號）的測量分析，多種數(shù)字信號的解調(diào)解碼分析；二是利用寬帶中頻輸出和數(shù)字信號處理技術提高監(jiān)測時效，增大瞬時接收帶寬和采用實時FFT數(shù)字監(jiān)測技術，提高對跳頻信號、突發(fā)信號等瞬時信號的快速監(jiān)測和截獲能力。

（5）寬帶多信號掃描測向。寬帶多信號掃描測向就是利用寬帶數(shù)字接收機同時接收多個窄帶信號，采用FFT變換技術把寬頻帶正交變換成多個子頻帶分別處理，計算寬帶內(nèi)每個窄帶信號譜線幅度和相位，求出各信號的來波示向度�，F(xiàn)代數(shù)字監(jiān)測接收機能提供非常寬的瞬時中頻帶寬及滿足要求的動態(tài)范圍，既能實現(xiàn)快速掃描監(jiān)測，亦能實現(xiàn)多信號掃描測向。

（6）同區(qū)域多監(jiān)測站監(jiān)測結果相關性處理分析。隨著超短波監(jiān)測站設施的不斷增加，同區(qū)域設置多個監(jiān)測站的現(xiàn)象非常普遍，應加強開展同區(qū)域多監(jiān)測站監(jiān)測結果相關性處理分析工作，提高監(jiān)測成效。相關工作有：結合測向交匯定位及信號電平測試結果（區(qū)域的相關性），推斷目標發(fā)射源的信號功率；利用頻率及時間的相關性，進行發(fā)射機互調(diào)干擾信號源的測量和驗證；對相同頻率信號的不同監(jiān)測站測試結果進行比對分析，提高測試結果可信度。

3 監(jiān)測接收機選型原則

超短波監(jiān)測站的主體設備是監(jiān)測接收機，監(jiān)測接收機的性能直接決定著監(jiān)測測向系統(tǒng)的性能，在超短波監(jiān)測站建設中監(jiān)測接收機選型至關重要。隨著數(shù)字通信技術和數(shù)字無線電監(jiān)測技術的高速發(fā)展，數(shù)字化監(jiān)測接收機已成為監(jiān)測接收機發(fā)展的主流。監(jiān)測接收機選型要綜合考慮多種因素，既要參照接收機的幾個主要指標性能，還要結合實際應用中的電磁環(huán)境情況和具體用途，綜合權衡完成接收機選型。如監(jiān)測站使用區(qū)域的電磁環(huán)境復雜，就要優(yōu)先考慮射頻選擇性、線性動態(tài)范圍等關鍵指標；如要求能快速搜索截獲瞬時觸發(fā)信號，則要優(yōu)先考慮寬中頻瞬時帶寬、實時FFT數(shù)字處理等指標要求。依據(jù)無線電監(jiān)測業(yè)務職責需要，結合無線電監(jiān)測技術手段現(xiàn)狀，對監(jiān)測接收機選型提如下原則和建議。

（1）射頻前端選擇性好、線性動態(tài)范圍大。射頻前端是接收機的重要組成部分，接收機的噪聲性能、動態(tài)范圍、1dB壓縮點和三階互調(diào)截點等參數(shù)指標都取決于射頻前端的性能。適應復雜電磁環(huán)境，減少虛假響應影響，要優(yōu)先選用射頻前端選擇性好、線性動態(tài)范圍大的監(jiān)測接收機。在實際應用中，一是要使接收機工作于線性狀態(tài)，避免互調(diào)虛假響應，要優(yōu)先考慮1dB壓縮點和三階互調(diào)截點指標好的接收機，增加接收機線性動態(tài)范圍；二是要減少多信號同時進入接收機的概率，采用預選器控制減少射頻前端帶寬，以及采用亞倍頻濾波器、電調(diào)濾波器或開槽濾波器提高接收機射頻前端選擇性。

（2）擁有多通道監(jiān)測和測向射頻模塊相互轉(zhuǎn)換硬件結構。模塊化、總線型多通道數(shù)字接收機是監(jiān)測接收機發(fā)展的主流，相關干涉儀測向體制亦需要多通道接收機測量不同天線間的相位差來確定入射波方向，選擇擁有多通道監(jiān)測和測向射頻模塊相互轉(zhuǎn)換硬件結構的數(shù)字接收機，既適合實際應用的需要，又可優(yōu)化提高設備資源使用率。常規(guī)無線電監(jiān)測更多的是無線電信號超標預警的自動監(jiān)測，在發(fā)現(xiàn)不明信號或干擾申訴時啟動無線電測向設備，單獨設置的測向接收機利用率低。選擇擁有多通道監(jiān)測和測向射頻模塊相互轉(zhuǎn)換硬件結構數(shù)字接收機，在沒有測向任務時，可采用多通道接收機開展常規(guī)無線電監(jiān)測任務，提高監(jiān)測工作效率和設備資源利用率。

（3）具有寬、窄帶中頻濾波及分析測量能力。通過采用性能先進的數(shù)字信號處理（DSP）和大動態(tài)范圍數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，數(shù)字化接收機能夠?qū)崿F(xiàn)更多的中頻帶寬、解調(diào)模式及其它功能，提供寬、窄帶中頻濾波及分析測量能力，適應更寬的測量應用范圍和更好的測量時效。數(shù)字化接收機可以各配置一個寬中頻和窄中頻的數(shù)字測量分析系統(tǒng)，寬帶中頻分析系統(tǒng)對寬帶CDMA信號、跳頻信號及瞬時突發(fā)信號等進行實時接收和分析測量，亦可以采用FFT變換等頻譜濾波方式對指定頻段內(nèi)的多個窄帶信號同時進行頻譜測量和參數(shù)分析；窄帶中頻分析系統(tǒng)在測量窄帶信號頻譜和參數(shù)分析時具有更高的測量精度，在信號密集情況下，窄帶測量還能更好地避免虛假響應。如果根據(jù)監(jiān)測業(yè)務實際需要，數(shù)字化監(jiān)測接收機僅提供一個傳統(tǒng)的窄帶中頻測量分析模式，則需要提供寬帶中頻及I/Q中頻輸出接口，為進行寬帶中頻測量分析提供接口。