基于網(wǎng)格化頻譜監(jiān)測的無線干擾源定位研究

沙犇

摘要：近年來，隨著我國無線電通信技術的快速發(fā)展，無線電作為一種信息的載體，在國民經(jīng)濟建設中和國防建設中起著越來越重要的作用。目前，隨著無線電發(fā)射設備使用數(shù)目的不斷增加，頻譜覆蓋密度的持續(xù)提高，電磁環(huán)境的進一步惡化，在有限的無線電頻譜資源越來越稀缺的情況下，頻譜監(jiān)管工作顯得越來越重要。無線電監(jiān)測部門為了能夠準確地查找和排除干擾源以確保通信暢通，加強對于干擾源或非法電臺的查處力度勢在必行。

關鍵詞：網(wǎng)格化；頻譜監(jiān)測；無線干擾源；定位研究

1導言

隨著我國無線電通信技術的進步和信息產(chǎn)業(yè)的興起，頻譜資源日益稀缺，頻譜監(jiān)管越來越重要，加強對干擾源或非法電臺的查出力度勢在必行，無線電監(jiān)測部門準確地查找和排除干擾源以確保通信暢通顯得尤為重要。傳統(tǒng)的定位方法中，無源測向交叉定位技術的核心是測量信號的到達角度，到達時間差算法通過檢測目標源發(fā)射無線電信號的時間與傳感器采集到信號的到達時間之差來對目標源進行定位，目前已廣泛應用于無線電定位中。

2二維空間中干擾源的定位算法

2.1電磁波的傳播模型

在二維自由空間中，假設信號源的發(fā)射功率為Pt，首先確定電磁波在二維自由空間的傳播模型為：

其中，Pt為發(fā)射功率，以圓輻射；；

λ為工作波長；Gt，Gr分別表示發(fā)射天線和接受天線增益；d為發(fā)射天線和接受天線間的距離。在二維自由空間中，接收功率Pr與發(fā)射天線和接受天線間的距離d2成反比，Gt，Gr，Ar均為已知常量，則電磁波在二維自由空間的傳播模型可簡化為：其中，k=ArGt。

2.2定位算法

假設在一待測區(qū)域中，設有若干個矩陣排列的無線電監(jiān)測器，構成一個無線電監(jiān)測網(wǎng)，用于監(jiān)測該區(qū)域的干擾源的信號強度，測出其接收功率的大小，通過對無線電監(jiān)測器接收功率的大小進行分析，根據(jù)無線電監(jiān)測器測得的干擾源功率的大小，找出相鄰4個監(jiān)測點數(shù)據(jù)之和最大的小矩形區(qū)域，即為干擾源所在的一個小矩形區(qū)域。設干擾源坐標為（X0，Y0），發(fā)射功率為Pt，干擾源所在矩形區(qū)域的4個監(jiān)測點坐標分別為a1（X1，Y1），a2（X2，Y2），a3（X3，Y3），a4（X4，Y4），在沒有噪聲干擾的理想環(huán)境下，對應監(jiān)測點測得的接收功率為Pr1，Pr2，Pr3、Pr4，其中X1=X4，X2=X3，Y1=Y2，Y3=Y4，則X1

假設電波在空中傳播受到瑞利噪聲的影響，隨機數(shù)R服從方差為c、均值為u的瑞利分布，則在實際中對應監(jiān)測點測得的接收功率分別為Pn1，Pn2，Pn3，Pn4，其中Pn1=Pr1+R，Pn2=Pr2+R，Pn3=Pr3+R，Pn4=Pr4+R。故由電磁波在含有噪聲的二維空間中傳播可得：

其中，d為每個式子的誤差值，誤差值d由相鄰傳感器的間距確定，經(jīng)過大量的實驗可知，當相鄰傳感器的間隔為100m時，誤差d的取值為100～800；當相鄰傳感器的間隔為1000m時，誤差d的取值為10000～80000，所計算出的干擾源位置才較為合理。所測干擾源位于一個小矩形區(qū)域的4個頂點，分別為a1，a2，a3，a4，設定合適的誤差值d，X0和Y0在矩形區(qū)域內遍歷取值，標記出能同時滿足式（11）-式（16）中所有式子的坐標點，這些點所在的區(qū)域即為干擾源所在的區(qū)域。

3驗證分析

3.1仿真實驗

假設在（600，600）處有一個發(fā)射功率為 10W 的干擾源，傳播中受到均值為 0、方差為 0.0015 的高斯白噪聲的影響。由若干個矩陣排 列 的 無 線 電 監(jiān) 測 器 構 成 一 個 無 線 電監(jiān)測網(wǎng)，相鄰監(jiān) 測 器 的 間 隔 為 1000m（見 圖 1），用 于 監(jiān) 測該區(qū)域的干擾源 的 信 號 強 度，測出其接收功率的大小，如表1所列。

對無線電監(jiān)測器接收功率的大小進行分析，根據(jù)無線電監(jiān)測器檢測的數(shù)據(jù)，找出相鄰4個監(jiān)測點數(shù)據(jù)之和最大的小矩形區(qū)域，即為干擾源所在的一個小矩形區(qū)域。由表1可知，干擾源所在的小矩形區(qū)域的4個頂點對應的接收功率分別為0.013451mW，0.019327mW，0.029683mW，0.020394mW，對應點的 位 置 坐 標 值 為（0，0），（1000，0），（1000，1000），（0，1000）。采用本文提出的算法得到的仿真結果如圖 2 所示。

3.2誤差分析

圖2中得到的點的分布區(qū)域，即為推測出的干擾源所在位置。仿真所得到的干擾源可能的位置坐標分別為（600，616），（608，624），（616，632），（560，608），（568，640），（592，592），（624，600），（544，576），（552，568），（576，552），（584，560），（632，584），（640，648），（536，544），（528，656），（648，664）。仿真 得 到 的 點 到 真 實 干 擾 源 位 置 的 平 均 距 離 為48.393m，對干擾源可能的位置坐標取平均得到一個推測的干擾源位置坐標（588，604），此干擾源的位置距真實干擾源的位置偏差約為 12m。相比于現(xiàn)在已有的無線定位方法，本文所采用的定位方法精確度更高，復雜程度更低，實用性更強。從仿真結果以及對于結果的誤差分析可知，干擾源被確定在一個很小的區(qū)域內，對這些推測點取平均后，所得到的干擾源位置與真實干擾源位置的偏差在一個很小的誤差范圍內，驗證了本文所提出算法的可靠性和有效性。

參考文獻：

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