地市級無線電監(jiān)測網(wǎng)建設的研究

丁風雷

(浙江工業(yè)大學信息工程學院,浙江杭州310032)

0 引 言

近年來,隨著無線電技術(shù)的廣泛應用和無線電產(chǎn)業(yè)的日益繁榮,無線電監(jiān)測所面對的電磁環(huán)節(jié)發(fā)生了巨大的變化,各國都非常重視無線電監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展,法國在其約55萬km2的國土就分布了52個固定監(jiān)測站和26個移動監(jiān)測站,形成了覆蓋全國的監(jiān)測網(wǎng)[1]。國內(nèi)的無線電監(jiān)測重點也逐漸想高頻段轉(zhuǎn)移,并制定了無線電監(jiān)測聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的協(xié)議規(guī)范,為監(jiān)測聯(lián)網(wǎng)提供了基礎平臺[2]。面對新形勢新情況,“十一五”期間,麗水市根據(jù)建成了以“三站一車”為基礎的無線電監(jiān)測網(wǎng),在有效維護空間電波秩序,加強頻譜資源監(jiān)測等方面已經(jīng)開始發(fā)揮了很好的作用。本文基于建設過程的經(jīng)驗,結(jié)合無線電監(jiān)測的現(xiàn)實要求和發(fā)展趨勢,探討地市級監(jiān)測網(wǎng)今后的建設思路。

1 做好監(jiān)測網(wǎng)的前期功能規(guī)劃

地市級監(jiān)測網(wǎng)要適應無線電監(jiān)測工作的發(fā)展趨勢,充分完成無線電監(jiān)管的職能定位,其系統(tǒng)架構(gòu)應滿足如下要求：第一,監(jiān)測網(wǎng)在布局上,主固定監(jiān)測站應采用大區(qū)制布局,小型監(jiān)測站則呈網(wǎng)格化分布,同時配備機動靈活的移動監(jiān)測車,形成具有全區(qū)域、全頻段的監(jiān)測覆蓋能力;其次,中心控制站必須主干監(jiān)測站和小型監(jiān)測站之間建立高速鏈路組成網(wǎng)絡,為海量數(shù)據(jù)傳輸和協(xié)同分析工作提高可靠的網(wǎng)絡支撐;第三,地市級監(jiān)測網(wǎng)在定位準確和監(jiān)測高效的基礎上,還需要一個開放的軟件平臺,逐漸發(fā)展出以地理信息數(shù)據(jù)庫和頻譜資源庫為支撐,形成多域分析、主動監(jiān)測預警等無線電監(jiān)管功能。

地市級無線電監(jiān)測網(wǎng)的建設受限于資金規(guī)模和建設周期,在建設過程中應采取總體規(guī)劃、分步實施的方案。在無線電設備使用密集的區(qū)域建設一到三個主干監(jiān)測站,對人口密度不大,設臺數(shù)量有限的區(qū)域則逐步投放小型監(jiān)測站進行覆蓋,再由移動監(jiān)測車進行靈活補充。

2 注意各類型監(jiān)測站的建站要求

無線電監(jiān)測網(wǎng)包括監(jiān)測控制中心,主固定監(jiān)測站、小型監(jiān)測站和其他監(jiān)測站,以及連接控制中心、監(jiān)測站之間的無線和有線通信網(wǎng)絡。各類監(jiān)測站主要是收集、測量、測向、定位多類無線電信號、統(tǒng)一收集到監(jiān)測控制中心。監(jiān)測站的站址選擇一般應滿足《無線電監(jiān)測網(wǎng)技術(shù)體制》和CCIR監(jiān)測站手冊上所要求的選擇原則,但不同類監(jiān)測站承擔的任務不同,在具體建設要求上還有所區(qū)別。

2.1 主固定監(jiān)測站的建站要求

此類監(jiān)測站屬于服務城市的重要監(jiān)測站,主要承擔重要區(qū)域和重要頻段的監(jiān)測,同時協(xié)助小型監(jiān)測站對異常信號的搜索和定位。應具有測量、測向、定位、監(jiān)聽、數(shù)據(jù)存儲與處理、控制等多種功能,對測量數(shù)據(jù)的精度要求高。由于在城市中選擇完全滿足ITU手冊建設的站址十分困難,但經(jīng)驗表明,至少要滿足如下3點：

(1)主監(jiān)測站覆蓋范圍必須要大,應處于一片區(qū)域的制高點,根據(jù)城市規(guī)模,一般主站可設在市中信,分站最好放在城郊的城鄉(xiāng)結(jié)合部,便于管理;

(2)對站址選擇至少應該滿足如下要求：周圍200m范圍內(nèi)不應有超過天線高度的大建筑物;測向天線附近200m內(nèi),不應有任何大尺寸的金屬物件,如鐵塔、棚類建筑等;附近不能大功率無線發(fā)射臺站如廣播電視發(fā)射臺,雷達等。出現(xiàn)上述情況,可能對監(jiān)測和測向的精度造成較大影響;

(3)設在城市高樓的站必須做好防雷措施,設在山體上的站則還必須考慮道路、通信、水電等基礎設施。電源至少需要有市電、不間斷電源兩種,在市電不穩(wěn)定的地方同時要考慮有應急發(fā)電機[3]。

2.2 小型監(jiān)測站的建站要求

小型無線電監(jiān)測站是小型化的無線電監(jiān)測系統(tǒng),既可獨立單站工作也可與無線電監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)成網(wǎng)絡,它作為固定監(jiān)測站的一種延伸和補充。小型監(jiān)測站的建設周期短,布點靈活,可以建在偏遠地區(qū)覆蓋固定站的盲區(qū),又可以在一些特定區(qū)域?qū)σ恍┨囟l段進行長期監(jiān)測。一般根據(jù)經(jīng)費規(guī)劃安排,小型無線電監(jiān)測站的機房應以租賃為主,小型站主機部分只需10m2的小機房即可,機房除了要求供電和有網(wǎng)絡接口外,還要做好防雷接地,另需配備一個容量合適的UPS。

2.3 移動監(jiān)測車的建站要求

移動監(jiān)測車是無線電監(jiān)測測向的機動手段,可彌補固定監(jiān)測站覆蓋不足及現(xiàn)場監(jiān)測測向需要。無線電移動監(jiān)測車是用以完成重點區(qū)域、特殊領域的常規(guī)監(jiān)測任務,及完成專項監(jiān)測工作的主要技術(shù)手段。移動監(jiān)測車一般集成固定站的主體部分,具有與固定站聯(lián)合監(jiān)測測向能力,同時在應急無線通信保障工作中可現(xiàn)場直接指揮并操縱監(jiān)測網(wǎng)。

移動監(jiān)測車在建設前,除了要考慮整個系統(tǒng)應具備一定的監(jiān)測和測向功能并達到一定的技術(shù)指標外,還必須考慮的是機動性和可靠性[4]。為了提高車輛機動性,一般應選擇底盤高、四輪驅(qū)動、越野能力強的輕型越野車做設備的載體,這樣就要求整個監(jiān)測系統(tǒng)重量輕、體積小、耗電省,不能對汽車的供電和載重產(chǎn)生過高要求。此外,因為移動監(jiān)測系統(tǒng)經(jīng)常在運動和顛簸中,其工作環(huán)境遠較固定監(jiān)測系統(tǒng)惡劣,再加上設備的拆裝是家常便飯,整個系統(tǒng)的可靠性顯得尤為重要,因此在改裝過程中,設備之間的線纜連接十分重要。以浙江省近幾年配備的移動監(jiān)測車為例,均選用了豐田越野車,同時配備性能穩(wěn)定的DDF195監(jiān)測測向系統(tǒng),在實戰(zhàn)中發(fā)揮了重要的作用。

3 做好監(jiān)測網(wǎng)絡支撐平臺的建設

無線電監(jiān)測工作正在由定性監(jiān)測向定量監(jiān)測發(fā)展,由被動監(jiān)測向主動監(jiān)測預警轉(zhuǎn)變,由簡單測量向注重分析發(fā)展,由本地單點監(jiān)測向區(qū)域聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測發(fā)展,由單一的干擾查處向全方位監(jiān)督檢查方向發(fā)展,由對單業(yè)務的監(jiān)測向?qū)νㄐ怒h(huán)境的監(jiān)測發(fā)展,這些都要求監(jiān)測站之間、移動監(jiān)測車和站之間進行海量信息交換,從而實現(xiàn)協(xié)同工作、交叉定位、遠程控制等交互功能,因此站站之間、站車之間必須建立起可靠、高速的通信傳輸鏈路,同時地理信息平臺的建設也必不可少。

3.1 通信支撐網(wǎng)絡的建設

通信網(wǎng)絡作為物理支撐網(wǎng)絡平臺,必須考慮網(wǎng)絡速率和業(yè)務要求的匹配。首先是完成主固定監(jiān)測站以及小型監(jiān)測站之間的有線連接,由于目前監(jiān)測接收機一般都選用較為先進數(shù)字接收機,以羅德與施瓦茨生產(chǎn)的EM550接收機為例,它的最大掃描速度是600k信道/s,每個信道返回電平值,占據(jù)2個字節(jié),這樣每秒有1.2MB的數(shù)據(jù)要傳送,再乘上一個字節(jié)為8比特位,這樣至少需要9.6Mb/s速率的網(wǎng)絡,所以設備選型相對先進的監(jiān)測站至少使用10Mb速率的光纖接入,考慮到網(wǎng)絡傳輸是基于以太網(wǎng)技術(shù),沒有有效的定時傳送機制,因而延時和抖動很難控制,也就沒有穩(wěn)定的時延,為獲取良好的實時性,可以考慮100Mb光纖接入。

其次需要將移動監(jiān)測車以無線的方式接入監(jiān)測網(wǎng)。可優(yōu)先選擇WCDMA,其理論速率14.4Mbps,基本滿足傳輸要求,采用基于IPSec VPN技術(shù)的VPDN業(yè)務確保數(shù)據(jù)安全,IPSec是IETF提供Internet安全通信的一系列規(guī)范,它提供私有信息通過公用網(wǎng)的安全保障,可以在TCP/IP協(xié)議的核心層(IP層)實現(xiàn),因此可以有效地保護各種上層協(xié)議[5]。

3.2 地理信息平臺的建設

地理系統(tǒng)是無線電管理工作的基礎平臺和支撐系統(tǒng)之一,在頻譜管理、臺站管理、監(jiān)測管理以及重大事件保障等方面起著關(guān)鍵性作用,如何以較低代價開發(fā)一套直觀易用的地理信息平臺也一直困擾著無線電監(jiān)測網(wǎng)的建設。

Google Earth用戶通過下載全球衛(wèi)星影像集成客戶端軟件并安裝,瀏覽圖像時采用實時影音串流技術(shù),采用超高速率的影像數(shù)據(jù)壓縮傳輸?shù)臑g覽技術(shù)。Google Earth免費提供的衛(wèi)星圖片的分辨率在高清區(qū)域可以達到0.6-1 m,相當于比例尺約為1∶2500的地圖[6],這個精度完全滿足無線電管理中一般應用。

Google Earth在正常情況下是通過因特網(wǎng)將遠程的衛(wèi)星影像傳送到客戶端,但是通過針對Google Earth緩存的開發(fā),完全可以在內(nèi)部網(wǎng)絡進行應用開發(fā),可以方便搭建直觀、準確的地理信息平臺,為無線電監(jiān)測、查找無線電干擾,干擾源的地理位置定位。

3.3 定期進行系統(tǒng)測試工作

各種監(jiān)測站在建成后,都會進行系統(tǒng)驗收,對系統(tǒng)靈敏度、測向靈敏度和測向準確度等指標進行測試,但隨著城市規(guī)模的發(fā)展擴大,有些分站會因周圍環(huán)境的影響,如新建的高大建筑,新區(qū)開發(fā)及新增的強電磁輻射設施,引起系統(tǒng)指標發(fā)生變動,從而造成誤差增大,甚至是錯誤,所以必須定期進行系統(tǒng)測試工作,跟蹤系統(tǒng)指標變化,及時做好校準工作。

4 結(jié)束語

地市級監(jiān)測站建設是一項長期的任務,在資金籌措、設備配置集成都需要一個過程,除了要關(guān)注設備的先進性,更要注重設備的可靠性、經(jīng)濟性,同時使整個系統(tǒng)具有開放式設計,為進一步發(fā)展留出余地,這是一個挑戰(zhàn)決策智慧的任務,一線的建設者必須認真學習,周密策劃,不斷總結(jié)經(jīng)驗,建設好滿足實際需求的監(jiān)測網(wǎng)。

[1]楊春青.法國無線電管理和監(jiān)測概況[J].中國無線電,2004,86(8)：61-64.

[2]李東科.無線電監(jiān)測面臨的問題及對策研究[J].中國無線電,2007,25(11)：47-50.

[3]費連,鮑勝川.市地級無線電監(jiān)測站的規(guī)劃與建設[J].中國無線電管理,2000,29(5)：18-20.

[4]何學群,石永新.無線電移動監(jiān)測車的監(jiān)測測向[J].中國無線電,2006,24(9)：43-46.

[5]錢勤.有效連接移動監(jiān)測車的監(jiān)測網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)方案[J].中國無線電,2004,22(10)：52-53.

[6]金永福,郭偉其,蘇誠.Google Earth在海岸線修測調(diào)查中的應用研究[J].海洋環(huán)境科學,2009,45(5)：566-569.