邊境電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)新需求及現(xiàn)有監(jiān)測(cè)設(shè)備適用性研究

梁 驍，朱臻真，馮寶山

（國(guó)家無線電監(jiān)測(cè)中心哈爾濱監(jiān)測(cè)站，哈爾濱 150010）

隨著無線電業(yè)務(wù)的飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，國(guó)家間對(duì)頻譜資源的爭(zhēng)奪愈加激烈，在邊境地區(qū)尤甚。邊境電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)作為國(guó)家掌握邊境頻譜態(tài)勢(shì)、管理邊境頻譜資源的重要技術(shù)手段，必須充分適應(yīng)和滿足邊境管理形勢(shì)與需求，才能更好地發(fā)揮作用。本文首先結(jié)合邊境頻率國(guó)際保護(hù)對(duì)新形勢(shì)下的邊境電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)工作進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析，然后基于邊境監(jiān)測(cè)實(shí)踐探討了現(xiàn)有設(shè)備在功能適用性方面的缺陷，最后從解決實(shí)際問題的角度提出了相關(guān)建議。

1 新形勢(shì)下的邊境電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)需求

無線電波可不受行政區(qū)域的約束在自由空間傳播，且極易受到干擾。據(jù)統(tǒng)計(jì)，自2010年以來，我國(guó)邊境地區(qū)共監(jiān)測(cè)到來自鄰國(guó)的越界覆蓋無線電信號(hào)超過3，000個(gè)，發(fā)生受鄰國(guó)無線電干擾事件超過800起。在這樣嚴(yán)峻的形勢(shì)下，我國(guó)近年大力開展的邊境頻率臺(tái)站國(guó)際登記與頻率協(xié)調(diào)工作，使我國(guó)進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到在邊境頻率臺(tái)站國(guó)際保護(hù)中暴露出的戰(zhàn)略性部署經(jīng)驗(yàn)不足的問題，而申報(bào)資料屢遭鄰國(guó)主管部門反對(duì)、某些邊境地區(qū)雙邊協(xié)調(diào)異常困難等現(xiàn)狀，就是這一問題的突出體現(xiàn)。此外，我國(guó)邊境線漫長(zhǎng)、鄰國(guó)及邊境口岸眾多、周邊地區(qū)政治經(jīng)濟(jì)環(huán)境復(fù)雜等因素，也客觀增加了邊境頻率國(guó)際保護(hù)這項(xiàng)涉外工作的開展難度。因此，在我國(guó)大力推進(jìn)“一帶一路”建設(shè)的戰(zhàn)略背景下，必須準(zhǔn)確、全面、及時(shí)的掌握邊境地區(qū)我國(guó)與鄰國(guó)的重要無線電地面業(yè)務(wù)應(yīng)用現(xiàn)狀及雙方態(tài)勢(shì)對(duì)比，才能更科學(xué)、更有針對(duì)性及預(yù)見性地制定邊境頻率國(guó)際保護(hù)策略，最終有效落實(shí)保護(hù)工作、切實(shí)提升保護(hù)效果、有力保障國(guó)家權(quán)益。正所謂“知己知彼，百戰(zhàn)不殆”。

以上在新形勢(shì)下產(chǎn)生的邊境地區(qū)無線電地面業(yè)務(wù)應(yīng)用態(tài)勢(shì)評(píng)估需求，對(duì)邊境電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)也提出了新的要求。在現(xiàn)行的、用于指導(dǎo)邊境電測(cè)環(huán)境監(jiān)測(cè)開展的《邊境（界）地區(qū)電磁環(huán)境測(cè)量規(guī)范》中，有以下幾方面內(nèi)容值得關(guān)注：

一是對(duì)測(cè)試目標(biāo)進(jìn)行了定義，明確了邊境測(cè)試對(duì)無線電頻率協(xié)調(diào)的技術(shù)支持作用；二是規(guī)定了適用范圍，強(qiáng)調(diào)此方法側(cè)重于對(duì)相關(guān)地面業(yè)務(wù)無線電特性做定量評(píng)估；三是從工作內(nèi)容角度，明確了測(cè)試的具體參數(shù)，如頻率、電平、帶寬、調(diào)制方式等；四是規(guī)范了測(cè)試設(shè)備，如在通用測(cè)試中使用接收機(jī)或頻譜分析儀；五是在測(cè)試步驟中規(guī)范了監(jiān)測(cè)方法，并以全頻段掃描和逐個(gè)信號(hào)中頻測(cè)量為主要操作。

根據(jù)以上內(nèi)容，可知現(xiàn)行《規(guī)范》的針對(duì)性強(qiáng)、限定明確、結(jié)構(gòu)完整，具有很強(qiáng)的指導(dǎo)意義與可實(shí)踐性。不過，由于《規(guī)范》更注重從單頻逐個(gè)測(cè)量的角度來實(shí)施典型信號(hào)監(jiān)測(cè)或瞬時(shí)頻譜狀態(tài)監(jiān)測(cè)（可簡(jiǎn)稱為“信號(hào)特性定量監(jiān)測(cè)”），而欠缺對(duì)狀態(tài)累積所形成的態(tài)勢(shì)的考量，導(dǎo)致在評(píng)估邊境業(yè)務(wù)應(yīng)用總體態(tài)勢(shì)時(shí)無法提供足夠的信息支持，不能很好地滿足邊境協(xié)調(diào)需求。同時(shí)，根據(jù)現(xiàn)行測(cè)量方法獲取到的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)主要是單次或單頻測(cè)量后形成的人工記錄數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量不足，因此無法為邊境態(tài)勢(shì)分析提供充分的數(shù)據(jù)支撐。由此分析，邊境電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)需從頻譜態(tài)勢(shì)評(píng)估和監(jiān)測(cè)大數(shù)據(jù)獲取角度加以充實(shí)，進(jìn)而更好地滿足邊境無線電地面業(yè)務(wù)應(yīng)用態(tài)勢(shì)評(píng)估需求，有力支撐邊境頻率協(xié)調(diào)及國(guó)際保護(hù)。

2 現(xiàn)有監(jiān)測(cè)設(shè)備在新形勢(shì)下的適用性研究

面對(duì)邊境態(tài)勢(shì)評(píng)估方面的新需求，現(xiàn)有監(jiān)測(cè)設(shè)備已經(jīng)暴露出了一些功能上的適用性問題。下面結(jié)合理論分析與邊境監(jiān)測(cè)實(shí)踐來做具體分析。

公眾移動(dòng)通信作為邊境協(xié)調(diào)事務(wù)中的代表性業(yè)務(wù)，一直是邊境電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象。在實(shí)測(cè)中，為充分掌握其業(yè)務(wù)應(yīng)用現(xiàn)狀，往往需要在使用專業(yè)解析設(shè)備獲取業(yè)務(wù)特征參數(shù)的基礎(chǔ)上，再持續(xù)采集一定時(shí)間的業(yè)務(wù)頻段頻譜數(shù)據(jù)，以獲取足夠的頻譜信息供邊境態(tài)勢(shì)評(píng)估使用。

哈爾濱站在開展邊境測(cè)試時(shí)主要依靠某型號(hào)便攜式頻譜儀和便攜式接收機(jī)。若利用頻譜儀來執(zhí)行頻段頻譜采集任務(wù)，那么可從理論上對(duì)采集時(shí)間做出如下評(píng)估：

（1）頻譜儀主要通過設(shè)置測(cè)量頻段范圍（SPAN）和分辨率帶寬（RBW）來決定采集效果和速度。測(cè)量數(shù)據(jù)經(jīng)人工操作存儲(chǔ)到.CSV 格式的文件中；

（2）該頻譜儀產(chǎn)品說明書將其掃描速度描述為“Best Speed at 201 Point，1 Sweep，210ms”，可理解為該儀表一次掃描201個(gè)點(diǎn)的最快速度為210ms。若按照“RBW=12.5kHz”來對(duì)包含有公眾移動(dòng)業(yè)務(wù)全部頻段的700-3000MHz 頻段進(jìn)行5000次掃描采集，那么預(yù)計(jì)掃描時(shí)間為：（3000MHz-700MHz）/12.5kHz/201*210ms*5000≈96100s ≈26.69h，即需要超過一天時(shí)間來進(jìn)行不間斷的采集才能完成此次掃描任務(wù)。

基于上述理論分析，哈爾濱站在開展黑河中俄邊境實(shí)測(cè)時(shí)進(jìn)行了專門的測(cè)試和調(diào)研，實(shí)踐表明頻譜儀的實(shí)際采集速度與理論計(jì)算值大致相符，進(jìn)而總結(jié)出以下三個(gè)突出問題：

（1）掃描時(shí)間過長(zhǎng)。由于邊境態(tài)勢(shì)評(píng)估需由大量的瞬時(shí)頻譜狀態(tài)作為支撐，因此監(jiān)測(cè)時(shí)應(yīng)盡可能多次執(zhí)行頻譜掃描和數(shù)據(jù)采集。但由于頻譜儀并非是以掃描速度見長(zhǎng)的儀表，因此掃描時(shí)間會(huì)隨著掃描次數(shù)的大幅增加而成倍延長(zhǎng)。這對(duì)于主要在戶外開展的邊境實(shí)測(cè)來說是不利的；

（2）人工操作過多。根據(jù)頻譜儀的使用方法，監(jiān)測(cè)者每執(zhí)行一次存儲(chǔ)操作才會(huì)新增一個(gè)格式為CSV 的數(shù)據(jù)文件，那么完成5，000次掃描就需要執(zhí)行大量的手動(dòng)設(shè)置和存儲(chǔ)操作，工作效率極低。此外，對(duì)于秋冬季節(jié)室外溫度較低的中俄邊境地區(qū)來說，頻繁進(jìn)行手動(dòng)操作也存在較多不便；

（3）難以保證采集效果。對(duì)于工作頻率范圍較寬的公眾移動(dòng)業(yè)務(wù)來說，不同制式信號(hào)的帶寬值存在明顯差異，因此對(duì)應(yīng)著制式頻段來差異化的設(shè)置RBW 才能充分保證采集效果、提高采集效率。而采用12.5kHz 的RBW 來掃描700-3000MHz 頻段的采集方法明顯缺乏科學(xué)性和靈活性，但若采用分段設(shè)置參數(shù)進(jìn)行逐段測(cè)量的采集方法又會(huì)成倍增加頻譜儀操作的復(fù)雜性、大幅降低工作效率。

使用接收機(jī)進(jìn)行測(cè)試，也存在著與頻譜儀類似的問題，而這兩類設(shè)備正是當(dāng)前執(zhí)行邊境測(cè)試時(shí)普遍采用的。因此，現(xiàn)有設(shè)備雖能很好的完成《規(guī)范》要求的測(cè)試任務(wù)，但在執(zhí)行以邊境態(tài)勢(shì)評(píng)估為目的的監(jiān)測(cè)時(shí)，就會(huì)因功能不匹配而無法完全勝任。

3 問題解決方案與建議

以上問題的產(chǎn)生根源：一是以往的邊境測(cè)試方法更注重從短時(shí)或瞬時(shí)頻譜狀態(tài)入手針對(duì)具體頻率進(jìn)行監(jiān)測(cè)，而邊境頻率協(xié)調(diào)工作卻越來越依靠持續(xù)性監(jiān)測(cè)所采集到的頻譜大數(shù)據(jù)；二是作為一直以來監(jiān)測(cè)站執(zhí)行移動(dòng)監(jiān)測(cè)和干擾查找的常備設(shè)備，便攜式頻譜儀和接收機(jī)在功能設(shè)計(jì)上是有所側(cè)重的（并非專為頻譜高速采集而設(shè)計(jì)），因此適用范圍存在局限性，無法滿足新形勢(shì)下邊境測(cè)試的全部需求。問題的解決方案，即可針對(duì)產(chǎn)生根源，分別從完善測(cè)試方法和補(bǔ)充設(shè)備配置兩個(gè)角度提出。

一是可在現(xiàn)行《規(guī)范》的基礎(chǔ)上，增加“邊境態(tài)勢(shì)評(píng)估監(jiān)測(cè)”方面的內(nèi)容。所謂“邊境態(tài)勢(shì)評(píng)估監(jiān)測(cè)”，可將其定義為：以評(píng)估邊境地區(qū)我國(guó)與鄰國(guó)無線電地面業(yè)務(wù)應(yīng)用態(tài)勢(shì)為目的而開展的“長(zhǎng)時(shí)曝光監(jiān)測(cè)”。這種監(jiān)測(cè)類似于長(zhǎng)時(shí)曝光攝影（通過長(zhǎng)時(shí)間開啟快門對(duì)固定鏡頭前的事物進(jìn)行持續(xù)一定時(shí)間的拍攝，得到能夠反映物體運(yùn)動(dòng)規(guī)律和發(fā)展趨勢(shì)的照片），側(cè)重于對(duì)頻譜占用態(tài)勢(shì)的捕捉，進(jìn)而提供頻譜大數(shù)據(jù)供業(yè)務(wù)應(yīng)用態(tài)勢(shì)評(píng)估使用。態(tài)勢(shì)評(píng)估的結(jié)論，則可為邊境頻率協(xié)調(diào)、國(guó)際登記申報(bào)、邊境臺(tái)站管理等工作提供參考。

在納入“邊境態(tài)勢(shì)評(píng)估監(jiān)測(cè)”的同時(shí)，還應(yīng)考慮到相關(guān)技術(shù)問題。比如應(yīng)明確制定出“長(zhǎng)時(shí)曝光監(jiān)測(cè)”的頻譜采集方法，包括限定采集條件、定義采集內(nèi)容、規(guī)范數(shù)據(jù)格式、統(tǒng)一存儲(chǔ)形式等；應(yīng)針對(duì)采集數(shù)據(jù)建立起完善的處理機(jī)制，包括面向頻譜大數(shù)據(jù)的融合機(jī)制、篩選機(jī)制、分析機(jī)制與結(jié)果生成機(jī)制；應(yīng)結(jié)合實(shí)踐需求開發(fā)專用的邊境監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)處理工具，提供專業(yè)的邊境態(tài)勢(shì)監(jiān)測(cè)功能、頻譜大數(shù)據(jù)分析功能與態(tài)勢(shì)評(píng)估功能。解決以上問題，有利于規(guī)范邊境態(tài)勢(shì)評(píng)估監(jiān)測(cè)操作，提升頻譜大數(shù)據(jù)采集的智能化與自動(dòng)化程度，提高監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的利用價(jià)值，進(jìn)而使得此類監(jiān)測(cè)更具有實(shí)際意義與實(shí)踐價(jià)值。

二是將性能可靠的高速掃描接收機(jī)納入到設(shè)備配置中，用于支撐“邊境態(tài)勢(shì)評(píng)估監(jiān)測(cè)”，進(jìn)而與現(xiàn)用的便攜式頻譜儀和接收機(jī)組成側(cè)重點(diǎn)互補(bǔ)的完整測(cè)試設(shè)備體系?，F(xiàn)以國(guó)產(chǎn)某型接收機(jī)為例進(jìn)行分析。

（1）主要技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1 主要技術(shù)指標(biāo)

（2）若利用該接收機(jī)以12.5kHz 的RBW 執(zhí)行5000 次700-3000MHz 頻段采集任務(wù)，則采集時(shí)間的理論計(jì)算值為：5000/{15GHz/s/（3000MHz-700MHz）}≈766s ≈12.78min，相比頻譜儀所需的采集時(shí)間（26小時(shí)）有大幅縮短，可操作性大幅提升。在此基礎(chǔ)上，即可適當(dāng)延長(zhǎng)采集時(shí)間，進(jìn)一步增加數(shù)據(jù)采集量，形成頻譜大數(shù)據(jù)。此外，采集數(shù)據(jù)可按照國(guó)家規(guī)范格式以二進(jìn)制流文件的形式實(shí)時(shí)自動(dòng)儲(chǔ)存，無需手動(dòng)操作，即使分段設(shè)置采集參數(shù)也不會(huì)明顯提升操作的復(fù)雜程度。

（3）從表1可見，該接收機(jī)除掃描速度較快外，其他技術(shù)指標(biāo)和硬件規(guī)格均可滿足邊境監(jiān)測(cè)實(shí)際需求。同時(shí)經(jīng)調(diào)研了解，我國(guó)已有多款此類型接收機(jī)的國(guó)產(chǎn)成熟產(chǎn)品，可選空間大，且價(jià)格基本都控制在7萬元以內(nèi)，采購(gòu)難度較小。

根據(jù)上述分析，若從功能互補(bǔ)的角度形成高速掃描接收機(jī)與便攜式頻譜儀的設(shè)備搭配方案，即可在實(shí)測(cè)中充分發(fā)揮各類設(shè)備的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)執(zhí)行“邊境態(tài)勢(shì)評(píng)估”與“信號(hào)特性定量”兩種模式的監(jiān)測(cè)，進(jìn)而獲取更有價(jià)值的足量邊境頻譜數(shù)據(jù)，供邊境頻率協(xié)調(diào)與國(guó)際保護(hù)使用。

4 結(jié)束語(yǔ)

邊境無線電頻率協(xié)調(diào)及國(guó)際保護(hù)是一項(xiàng)長(zhǎng)期工作，而我國(guó)與各鄰國(guó)的邊境無線電地面業(yè)務(wù)應(yīng)用態(tài)勢(shì)始終處于變化狀態(tài)這一客觀事實(shí)，又要求我們必須對(duì)邊境態(tài)勢(shì)進(jìn)行準(zhǔn)確、全面、快速、定期的評(píng)估和判斷。對(duì)此，無線電管理部門有必要在以往經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，及時(shí)加強(qiáng)邊境電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)這一邊境無線電管理技術(shù)手段，進(jìn)而適應(yīng)新形勢(shì)下的邊境管理需求。下階段，可結(jié)合大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、“互聯(lián)網(wǎng)+”等信息技術(shù)，緊密圍繞邊境地區(qū)智能化監(jiān)測(cè)網(wǎng)建設(shè)，繼續(xù)開展有關(guān)邊境電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)的研究與實(shí)踐，著手解決其中涉及到的具體技術(shù)問題，為我國(guó)在信息時(shí)代下實(shí)現(xiàn)國(guó)家網(wǎng)絡(luò)空間安全戰(zhàn)略貢獻(xiàn)力量。