网格化无线电监测网络分析论文
2017年11月14日，“喀什市网格化无线电监测网络”项目建设通过了最终验收并投入正式使用。这是新疆维吾尔自治区范围内兴建的第一个多种无线电监管技术结合应用，集固定监测站、车载移动监测站、网格化监测节点、升空监测平台、无线电信号管制设备和无线电监管指挥控制中心系统等多种无线电监管设备、系统于一体的新型地市级城市无线电监管网。也是自治区无线电管理局、无线电监测中心及喀什地区无线电管理局立足新形势下新疆及喀什地区无线电管理工作实际，全面贯彻落实国家及自治区无线电管理“十三五”规划的一项重要举措和摸索自治区地市级无线电管理技术设施建设的一次新尝试。本文将从技术、战术应用层面，对“喀什市网格化无线电监测网络”做一粗浅的分析。
1项目基本情况
喀什网格化监测网络项目主要由北京世纪德辰、成都国蓉科技、新疆同晨信息等公司中标承建或提供设备，项目建设工程主要包括新建16个20MHz～6000MHz的网格化监测节点、两套由遥控无人直升机和系留气球搭载的升空无线电监测平台、5套针对重点保障区域和通用/专项无线电业务的固定无线电管制系统、1套基于自动化监管作业控制、智能化数据综合处理的B级无线电监测指挥控制中心系统和实现新建系统与已建系统的联网等六个方面。通过该项目建设，最终在喀什市区及重点监管区域构建一个具备一定自动化作业控制和智能化数据分析、处理和监测预警能力，固定、移动和空中监测相结合，无线电监测、管制一体联动的新型区域无线电监测管制网（项目系统架构如图1所示）。喀什网格化监测网络项目的技术重点、难点主要集中在五个方面：
1.1实现网内设备作业的统一控制、调度
通过新建的监测指挥控制中心系统，对网内新建的16个网格化监测节点、两套升空监测平台、5套无线电管制系统、8套已建固定监测站、1套移动监测站实施监测、管制作业的统一控制、调度，构建固定-移动、大站-小站、单机-多站、空中-地面、监测-管制等多种作业组合形式、多种技术手段结合应用的新型城市无线电监管网络。
1.2实现网内所有设备的联网和数据共享
依据新疆版无线电监测网传输协议（XJ-RMTP）将喀什已建的9套不同厂家生产的无线电监测（测向）设备纳入新建的喀什网格化监测网络，以实现不同品牌“异构”监测设备的联网运行和数据共享。
1.3实现网内无线电监管系统作业的协同联动控制
通过有线、无线通信手段相结合和统一作业控制指令等措施，实现监测作业、协同定位和无线电信号压制、警示等多种设备作业的联动，“监测-管制”一体化，以全面提升喀什网格化监测网络设备、系统在频率资源使用监管、无线电发射台（站）工作监管、查处无线电干扰、反制考试无线电作弊、打击“黑广播”、重大活动无线电安全保障以及应对突发事件等工作中的保障、服务能力。
1.4初步实现喀什网格的自动化作业控制
通过基于日常无线电监测作业需求和作业规范的“监测作业任务定制设计”和自动化控制技术，实现日常无线电监测作业、监管联动作业的自动化，将工作人员从繁重的“人工手动作业”中解放出来，并进一步提高喀什日常无线电监管工作的质量和效益。
1.5实现常规无线电监测数据处理智能化
根据常规无线电监测作业对信号、频谱、数据分析、处理的条件、要求和作业流程等，运用人工智能技术实现日常值守无线电监测的信号比对、识别和数据分析、处理的智能化，进一步提升监测数据、信息、情报在无线电管理工作中的实际应用价值，并初步实现对喀什重点无线电业务、重点监管区域“异常”无线电行为的自动预警。从项目建成交付和几个月试运行的实际情况来看，喀什市网格化无线电监测网络项目建设基本达到了预期设计目标，实现了各种无线电监管技术手段的结合应用和运行、作业的统一指挥与控制，使喀什市无线电监管网的整体作战能力和重大任务无线电安全保障能力都有了全面的提升，在实际应用中也显现出十分明显的技术特色和优势。
2项目技术特色
新建成的喀什网格化监测网络项目，是一个集固定监测、移动监测、网格化精细监测、空中监测于一体，多种测向、定位技术结合应用，无线电监测、管制作业联动，并具备一定监测作业自动化控制、监测数据智能化处理、异常情况自动预警等能力的新型城市无线电监管网络。其技术特色主要体现在以下四个方面：
2.1实现了网内不同品牌、型号异构设备、系统的联网运行和数据共享
异构无线电监测设备、系统的联网运行和数据共享，是长期困扰各级无线电管理部门的头痛问题。新建的“喀什市网格化无线电监测网络”项目的联网工程涉及新建的16套监测节点设备、两套升空监测平台、5套无线电管制设备、1套B级监测指挥控制中心系统和已建的8套固定监测（测向）系统、1套移动监测测向系统。这33套设备、系统分别由国内5个行业厂家提供、承建，其中既有国产设备，也有进口设备；种类繁杂，产品架构和驱动、控制指令在设计、编程上存在很大差异，设备作业中生成的数据格式也各不相同。在此之前，所有设备只能在原承建商开发的应用软件上独立运行作业，既无法实现作业的统一指挥、控制，也难以进行数据融合、集中存储与共享，使无线电监管网络的整体监测能力、效益都大打折扣。为了解决这一问题并充分发挥不同厂家设备的技术优势，自治区无线电管理部门根据新疆无线电的发展现状和趋势，在国家监测中心颁发的无线电监测网传输协议（RMTP1.01）基础上，扩充控制指令制定了新疆版无线电监测网传输协议（XJ-RMTP），统一联网标准，提高了监测设备联合、协同执行监测任务的能力。在喀什市网格化无线电监测网络建设过程中，我们以项目主要承建商为设备联网主要技术责任方，由喀什局出面协调各设备供应商在各自已建的设备、系统中增加符合XJ-RMTP标准的接口程序。由新建网格化无线电监管网络指挥控制中心系统承建商提供满足XJ-RMTP的控制服务，通过各集成商提供的标准接口程序实现了不同厂商设备监测作业的标准指令控制与数据获取。其联网方式如图2所示。联网工程完成后，不仅实现了通过监测指挥控制中心应用软件对喀什地区所有固定监测站、移动监测车、升空监测平台、无线电管制系统、远程监控系统的访问和作业控制，达到了互联互通目标，还可根据实际监测应用需要，统一控制网内任意固定站点可与移动监测车、升空监测平台临时组合，对指定无线电信号进行实时多站立体联合、协同监测和测向定位，从而大大提高了查处非法信号和无线电干扰的时效和准确率。同时，还实现了所有设备回传监测数据的格式统一，这为后期监测数据的深度分析，挖掘有用信息、情报，从技术上提供了有力支撑。
2.2可实现基于自动化控制的日常无线电值守监测作业
喀什市网格化无线电监测网络的设计充分考虑了系统的自动监测作业需要，监测指挥控制中心系统设计了“常规值守”“实时监测”“响应监测”三类任务的自动化监测作业功能：（1）“常规值守自动监测”功能，主要用于全频段范围及重要频段、业务的日常值守监测。网内的各个监测站点，均可按监测指挥控制中心预先定制的监测任务及其要求（频段、业务、起止、时长、参数等），各有侧重地自动进行所分配任务的定时“值守”监测作业以及指定无线电频段、业务的定时“蹲守”监测作业，以及时发现值守、蹲守频段、业务的无线电异常情况。（2）“实时任务自动监测”功能，主要用于临时任务的自动监测。当用户根据需要新定制监测任务后，系统中相关站点可根据定制任务和启动指令，自行中断正在执行的“常规值守自动监测”任务，实时转入用户新定制任务的自动监测作业，直至任务完成后又自动恢复到“常规值守自动监测”作业状态。（3）“异常响应自动监测”功能，主要用于发现“异常情况”后的多站协同、联动监测，即喀什市网格化无线电监测网络内的各个监测站在执行“常规自动监测作业”任务过程中，如发现“异常情况”（预先设置的异常情况等），系统可自动调集相关监测站点对其进行协同监测、定位、取证。任务完成后，相关监测站点自动恢复到原有的定制任务作业状态。基于以上自动化监测作业功能，喀什市网格化无线电监测网络系统在日常监测中可自动完成20MHz～6000MHz范围全频段扫描“值守”监测和针对对讲机频段、广播电视频段、公众移动通信频段以及其他专项业务、重点频段的主动定时“蹲守”监测，实现基于时域、地域、频域、专项业务的多维度的自动无线电监测作业，全面掌握监测覆盖范围内的无线电频谱资源使用情况，及时发现异常情况和无线电干扰。监测指挥控制中心既可按定制任务启动自动监测作业，亦可区分设备定制作业任务，指定需要采集的数据、任务优先级、任务的执行时间、设备工作状态设置等，实现监测数据自动采集与保存，自动生成标准格式的各类监测报告。
2.3具备基于多种技术结合应用的无线电信号精确定位能力
喀什市网格化无线电监测网络系统在设计上除了传统的相关干涉仪测向、定位外，还利用监测站点的网格化布局优势，增加了到达角度（AOA）、到达时间差（TDOA）和到达功率（POA）三种定位功能，通过多种测向、定位技术的结合应用，最大限度地提升了整个监测网络系统对无线电信号的定位精度和准确率。（1）相关干涉仪测向。利用喀什已建设的相关干涉仪测向固定站和车载移动站，通过快速切换天线阵内的测向天线元提供已截获信号的方位。其优势在于无须同步处理即能够给出比较准确的来波方向且抗波前失真效果较好。同时充分利用固定测向站架设位置高、空间阻挡少的优势，可获得比较理想的测向结果。（2）到达时间差定位（TDOA）。TDOA定位是经实践证明有效的信号定位技术之一。该项技术通过时域同步捕获功能来确定不同位置的同步监测接收机上同一信号的相对到达时间差，从而实现对信号的定位。该技术是在大面积范围内进行定位的最优方案。两个监测节点接收机可提供两个维度（近似于沿双曲线）的定位概率，而三个或以上的监测节点接收机则可提供对限定区域或限定点的定位概率。凭借更好的信号相关性属性，TDOA对信号（尤其是宽带调制信号）可定位到一个更狭小的区域。TDOA的另一个显著优势是，对相关性的处理增益可成功定位接近或者位于接收机本底噪声以下的信号。TDOA定位结果与相关干涉仪测向结果相结合，进而提供了更精准的定位性能。（3）到达功率定位（POA）。POA是一种比较简单的定位技术，它使用频域同步捕获功能来确定和对比不同位置监测节点接收机上信号的瞬时相对功率，并利用一定距离内收到发射器信号的功率会快速下降的原理，推算出信号发射源的位置。POA技术是相对较小范围内的定位优选。POA要求使用三个或以上监测节点接收机来确定对单个点的定位概率，增加接收机数量可显著提升信号定位的质量。POA对任何射频传输类型都有效，范围包括从未调制的载波信号到窄带或短脉冲的脉冲传输，因为该技术仅依赖于接收到的射频功率。（4）多重技术结合定位喀什市网格化无线电监测网络系统支持在多个目标频率上同时执行多个信号的多重技术定位应用，多重定位结果均可在系统配置的电子地图上叠加显示（包括矢量或概率热力图），从而可轻松地实现信号定位的可视化效果和执行分析。绘图工具具有全缩放工具和同时显示多张地图的功能，加上提供的数据叠加技术，可进行辅助定位分析。多重定位技术的结合应用，使“喀什市网格化无线电监测网络”系统的信号定位精度可达到200米范围以内（如图3所示）。
2.4可实现基于无线电信号智能识别技术的日常无线电监测预警
鉴于喀什地区特殊的地域位置、社会环境以及维护国家安全无线电监管的实际应用需要，喀什市网格化无线电监测网络系统在设计上将智能信息处理新技术与无线电管理实际需求相结合，增加了一定的无线电信号智能识别和异常情况自动预警功能。一是通过自动化的监测数据采集、传输、储存功能，可实现监测覆盖区域电磁环境样本数据的.自动采集。所有监测设备在监测控制中心的控制下可利用日常值守监测和任务空闲自动进行标准监测数据的采集工作，并将采集到的原始数据经过初步筛选、融合、压缩后回传至中心，经监测控制中心系统的分析、判断、处理，形成相对可信的本地监测样本数据，为后期的信号智能比对、识别奠定基础。二是采用人工智能技术实现监测数据处理。喀什市网格化无线电监测网络系统的各个监测站每天都会采集、生产大量的监测数据、日志数据、工作状态数据等，这些数据的积累将为后期的智能信号识别、决策分析提供依据。监测数据的智能化处理遵循了“分布式存储、集中处理”的原则，通过“数据预处理”“数据融合”“数据分析与整理”“数据挖掘”四个智能化数据处理阶段，分别完成“基于人工智能技术和深度学习能力”的数据分类和信号识别；从时域、空域、频域三个维度进行监测数据融合、除冗。通过定性分析和整理，形成“信号样本”“设备样本”“合法台站”“非法台站”“违规台站”“不明台站”“工作日志”“设备状态”等一系列信号比对、分析需要的数据库。最后通过基于大数据处理理念的“相关性分析”“时序预测”“综合评价”等技术手段，进行监测数据的深度分析应用（监测数据处理流程如图4所示）。三是智能化的监测站点调度和SOI信号提取。为保证获取数据的多元性和完备性，网内设备的任务是根据实际情况由监测指挥控制中心来调度完成的。为完成调度，系统具备SOI信号提取和自动调度两大功能，系统可自动搜索关注频段内出现的信号特征，智能分配、调度相邻站点对信号声音进行协同监测，采用智能“声音模式识别”技术，自动识别出高频度出现的信号或敏感内容信号，自动追踪平时鲜见的无线电异动，并依据“非法信号监测识别模型”，对该信号自动进行相关定性分析、判断和自动测量、录音、定位、追踪、取证等作业，对达到设定“门限”以短信、声音等多种方式进行告警。实现基于“无线电异动”情况的无线电监测自动预警功能。
3小结
喀什市网格化无线电监测网络项目是自治区无线电管理部门针对新疆实际，摸索地市级城市无线电管理技术设施建设路子的一次探索和尝试。其中既取得了许多可圈可点的成绩，也存在着一些需要进一步改进、完善的地方。实践证明：将自动化控制、人工智能、大数据、“互联网+”、云计算等现代新技术、新概念应用于无线电管理技术设施建设，对于实现我国及新疆地区无线电管理现代化、有效解决地市级无线电部门人少任务重的窘境、进一步提高无线电管理工作的质量和效益，具有十分重要的意义。同时，通过这个项目建设使用，也再次提醒我们，无线电管理技术设施的现代化仍然离不开基层无线电管理部门一线工作者高度的职业责任感和对工作积极、认真、负责的态度。“人的主观能动性＋设备的现代化＋长期的工作实践经验积累”三者的有机结合，仍将是我们做好基层无线电管理工作的最佳模式。
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