空管無線電數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

潘云飛 張俊青

（中國(guó)民用航空華北地區(qū)空中交通管理局內(nèi)蒙古分局 內(nèi)蒙古自治區(qū)呼和浩特市 010070）

1 系統(tǒng)概述

空管無線電數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)結(jié)合地理信息技術(shù)及空間頻譜信號(hào)預(yù)算技術(shù)，可以預(yù)算出已知臺(tái)站的電磁幅射情況。通過臺(tái)站標(biāo)稱數(shù)據(jù)與不同時(shí)間的歷史數(shù)據(jù)、不同位置的空間數(shù)據(jù)的比對(duì)，掌握臺(tái)站空管設(shè)備性能變化趨勢(shì)，排除設(shè)備自身異常造成的干擾定位，縮短空管自身設(shè)備故障定位時(shí)間。同時(shí)，針對(duì)民航空管的外界無線電干擾排查，從事后排查向預(yù)防性分析數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變，主動(dòng)監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)實(shí)時(shí)干擾和潛在干擾。民航空管頻譜資源不僅是頻域的一維度資源，而是頻域、時(shí)域及地域的三維度資源。頻譜資源結(jié)合區(qū)域、時(shí)間進(jìn)行合理的多維復(fù)用將有效的提升頻譜資源的利用率。本系統(tǒng)利用監(jiān)測(cè)設(shè)備對(duì)關(guān)注區(qū)域高密度電磁信息采集，通過信號(hào)定位、數(shù)據(jù)融合展示，可以更加真實(shí)直觀的分析頻譜在頻域、時(shí)域及地域的分布情況，為空管無線電管理部門在頻率規(guī)劃和設(shè)臺(tái)方面提供有效的參考數(shù)據(jù)。

空管無線電數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)由空管無線電數(shù)據(jù)分析處理軟件、空管專用電子地理信息軟件和空管無線電專用數(shù)據(jù)庫(kù)軟件三部分組成。該三項(xiàng)軟件融為一體，實(shí)現(xiàn)良好的信息交互和資源共享。其中空管無線電數(shù)據(jù)分析處理軟件是系統(tǒng)的核心軟件，基于該平臺(tái)的框架體系和數(shù)據(jù)總線，空管無線電數(shù)據(jù)分析處理軟件可向空管專用電子地理信息軟件推送原始、過程或結(jié)果數(shù)據(jù)并在其上進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和直觀展示；可高效地訪問空管無線電專用數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和提??；同時(shí)，電子地理信息系統(tǒng)也可從數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中提取和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)信息?？展軣o線電數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)的總體架構(gòu)及模塊如圖1所示。

2 空管無線電數(shù)據(jù)分析處理軟件

2.1 軟件體系結(jié)構(gòu)

空管無線電數(shù)據(jù)分析處理軟件是空管無線電數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)的核心部分，其主要職能是通過對(duì)由各種監(jiān)測(cè)測(cè)向設(shè)備在不同時(shí)間、地點(diǎn)獲取的多維度的實(shí)時(shí)或歷史無線電臺(tái)站發(fā)射信號(hào)測(cè)量、頻率/時(shí)間占用度統(tǒng)計(jì)、干擾監(jiān)測(cè)等數(shù)據(jù)與空管臺(tái)站標(biāo)稱數(shù)據(jù)的融合、比較分析處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)空管頻率資源使用效率和有效性的評(píng)估、對(duì)空管臺(tái)站監(jiān)管核查和對(duì)空管干擾的統(tǒng)計(jì)分析；在地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System, GIS）平臺(tái)上展示空管無線臺(tái)站信號(hào)信息、周邊電磁環(huán)境及頻譜態(tài)勢(shì)信息，輸出高價(jià)值的評(píng)估數(shù)據(jù)，包括多種空管無線電臺(tái)站射頻工作狀態(tài)、質(zhì)量和頻率資源使用效率等的評(píng)估數(shù)據(jù)和報(bào)告、空管臺(tái)站周邊電磁環(huán)境干擾及潛在干擾威脅評(píng)估數(shù)據(jù)和報(bào)告等；生成多種空管無線電統(tǒng)計(jì)報(bào)表，包括空管臺(tái)站信號(hào)測(cè)量統(tǒng)計(jì)表、空管臺(tái)站信號(hào)（某頻道）監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)表、空管專用頻段（某類型）干擾信號(hào)監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)表、空管干擾信號(hào)（某頻點(diǎn)）監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)表、空管專用頻段（某類型）底噪監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)表?？展軣o線電數(shù)據(jù)分析處理軟件系統(tǒng)的功能模塊圖如圖2所示。

2.2 主要功能

空管無線電數(shù)據(jù)分析處理軟件系統(tǒng)的主要功能包括：

2.2.1 對(duì)空管無線電臺(tái)站基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、統(tǒng)計(jì)和展現(xiàn)功能

基于GIS平臺(tái)和數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)在數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中錄入和存儲(chǔ)管理的空管無線電臺(tái)站（包括地空臺(tái)、航向信標(biāo)臺(tái)、航向下滑臺(tái)、測(cè)距儀、一次雷達(dá)、二次雷達(dá)等）的標(biāo)稱基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、統(tǒng)計(jì)和信息展現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)空管無線電發(fā)射臺(tái)站的監(jiān)管核查，便于管理人員掌握空管臺(tái)站無線電最新基本情況和變化趨勢(shì)，為開展設(shè)備維保提供電磁數(shù)據(jù)支持。

2.2.2 對(duì)空管臺(tái)站周邊的FM廣播、電視臺(tái)站基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、統(tǒng)計(jì)和展現(xiàn)功能

基于GIS平臺(tái)和數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)在數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中錄入和存儲(chǔ)管理的周邊區(qū)域的FM廣播、電視臺(tái)站的標(biāo)稱基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、統(tǒng)計(jì)和信息展現(xiàn)，便于管理人員掌握和干擾排查時(shí)參考應(yīng)用。

2.2.3 對(duì)空管無線電臺(tái)站監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、統(tǒng)計(jì)和展現(xiàn)功能

基于GIS平臺(tái)和數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)由監(jiān)測(cè)儀器獲取并導(dǎo)入、在系統(tǒng)中存儲(chǔ)管理的無線電臺(tái)站（包括地空臺(tái)、航向信標(biāo)臺(tái)、航向下滑臺(tái)、測(cè)距儀、一次雷達(dá)、二次雷達(dá)等）監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行查詢、統(tǒng)計(jì)和信息展現(xiàn)，應(yīng)用實(shí)時(shí)采集獲取的連續(xù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)或頻率/時(shí)間占用度統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)空管頻率資源使用效率和有效性的評(píng)估，便于管理人員掌握空管臺(tái)站無線電和空管頻率資源實(shí)際應(yīng)用情況和變化趨勢(shì)。

2.2.4 對(duì)空管無線電干擾監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、統(tǒng)計(jì)和展現(xiàn)功能

基于GIS平臺(tái)和數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)由監(jiān)測(cè)儀器獲取并導(dǎo)入、在系統(tǒng)中存儲(chǔ)管理的空管無線電干擾監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和告警信息進(jìn)行查詢、統(tǒng)計(jì)和信息展現(xiàn)，獲知空管無線電干擾最新情況和發(fā)展趨勢(shì)，便于管理人員掌握空管臺(tái)站受擾情況和原因分析，便于制定空管干擾預(yù)防措施。

2.2.5 空管無線電臺(tái)站電磁環(huán)境及頻譜態(tài)勢(shì)展示和評(píng)估功能

具備電磁頻譜態(tài)勢(shì)分析功能，能夠利用長(zhǎng)期積累的歷史電磁數(shù)據(jù)，對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)臺(tái)站的電磁態(tài)勢(shì)、信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)覆蓋情況進(jìn)行分析，并結(jié)合電子地圖進(jìn)行可視化展示。

2.2.6 空管無線電臺(tái)站發(fā)射參數(shù)測(cè)量和干擾監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)報(bào)表生成功能

通過查詢和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，獲知空管無線電臺(tái)站射頻工作狀態(tài)、質(zhì)量評(píng)估信息和空管臺(tái)站周邊電磁環(huán)境干擾及潛在干擾威脅評(píng)估信息，生成多種空管無線電統(tǒng)計(jì)報(bào)表，包括空管臺(tái)站信號(hào)測(cè)量統(tǒng)計(jì)表、空管臺(tái)站信號(hào)（某頻道）監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)表、空管專用頻段（某類型）干擾信號(hào)監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)表、空管干擾信號(hào)（某頻點(diǎn)）監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)表、空管專用頻段（某類型）底噪監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)表。

2.2.7 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、最新與歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的比對(duì)分析、IQ數(shù)據(jù)分析功能

圖1：空管無線電數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)的總體架構(gòu)及模塊組成圖

將數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中的空管無線電臺(tái)站的基礎(chǔ)（標(biāo)稱）數(shù)據(jù)與同一臺(tái)站的最新發(fā)射信號(hào)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，將最新測(cè)量獲知的臺(tái)站發(fā)射信號(hào)測(cè)量數(shù)據(jù)與同一臺(tái)站任一歷史時(shí)期測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，掌握其變化情況，判斷臺(tái)站發(fā)射設(shè)備工作狀態(tài)。對(duì)監(jiān)測(cè)記錄的IQ數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，可回放動(dòng)態(tài)的時(shí)頻信息，播放地空通信解調(diào)語(yǔ)音信息，從而掌握更完整、直觀、細(xì)致的信號(hào)頻域、時(shí)域和調(diào)制域特征，當(dāng)存在受擾或參數(shù)偏離情況，通過該過程回放和分析，可得到進(jìn)一步的確認(rèn)。

2.2.8 空管無線電監(jiān)測(cè)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控功能

基于GIS平臺(tái)和數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)導(dǎo)入并在數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中存儲(chǔ)管理的監(jiān)測(cè)設(shè)備信息（包括工作日志信息、工作位置/時(shí)間信息、溫濕度變化信息及故障告警信息等）進(jìn)行查詢和回放展現(xiàn)，便于管理人員掌握空管無線電監(jiān)測(cè)設(shè)備狀態(tài)信息。

3 空管無線電專用數(shù)據(jù)庫(kù)軟件

3.1 軟件體系結(jié)構(gòu)

空管無線電專用數(shù)據(jù)庫(kù)軟件包括數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)軟件和空管無線電專用數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件兩部分，是空管無線電數(shù)據(jù)分析處理平臺(tái)的重要支撐軟件。其主要職能是對(duì)空管各類無線電臺(tái)站基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、無線電臺(tái)站監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)（包括頻段、信號(hào)、解調(diào)和IQ等類型數(shù)據(jù)）、FM廣播和電視頻段監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)（包括頻段、信號(hào)和IQ等類型數(shù)據(jù)）進(jìn)行存儲(chǔ)、查詢?cè)L問和維護(hù)管理。數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)軟件擬采用Oracle大型關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，以便系統(tǒng)未來的規(guī)?；l(fā)展應(yīng)用。所有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)均含有時(shí)間戳、位置戳，以便融合處理和應(yīng)用。空管無線電專用數(shù)據(jù)庫(kù)軟件的體系架構(gòu)如圖3所示。

3.2 主要功能

空管無線電專用數(shù)據(jù)庫(kù)軟件系統(tǒng)的主要功能包括：

3.2.1 無線電臺(tái)站基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理

對(duì)空管無線電臺(tái)站（包括地空臺(tái)、航向信標(biāo)臺(tái)、航向下滑臺(tái)、測(cè)距儀、一次雷達(dá)、二次雷達(dá)等空管無線電臺(tái)站）基礎(chǔ)標(biāo)稱數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入、查詢、修改和顯示等。

3.2.2 FM廣播、電視臺(tái)站基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理

對(duì)空管臺(tái)站周邊區(qū)域的FM廣播、電視臺(tái)站數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入、查詢、修改和顯示等。

3.2.3 無線電臺(tái)站監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)和管理

對(duì)空管無線電臺(tái)站（包括地空臺(tái)、航向信標(biāo)臺(tái)、航向下滑臺(tái)、測(cè)距儀、一次雷達(dá)、二次雷達(dá)等空管無線電臺(tái)站）監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、查詢和顯示等。

3.2.4 無線電干擾監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理

對(duì)空管無線電臺(tái)站受擾信息及干擾告警、分析查找結(jié)果信息進(jìn)行存儲(chǔ)、查詢和顯示。

3.2.5 數(shù)據(jù)庫(kù)導(dǎo)入、導(dǎo)出、刪除等維護(hù)功能

對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)各表單進(jìn)行數(shù)據(jù)導(dǎo)入、導(dǎo)出和刪除清空等操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的日常維護(hù)管理。

4 空管專用電子地理信息系統(tǒng)軟件

4.1 軟件體系結(jié)構(gòu)

空管專用電子地理信息系統(tǒng)包括電子地圖平臺(tái)軟件和空管專用電子地理信息應(yīng)用軟件兩部分，是空管無線電數(shù)據(jù)分析處理平臺(tái)的重要支撐軟件之一，其主要職能是在電子地圖平臺(tái)上展示空管無線電臺(tái)站、空管無線電監(jiān)測(cè)站的位置信息，并基于臺(tái)站、監(jiān)測(cè)儀器位置關(guān)聯(lián)查詢和展示臺(tái)站基礎(chǔ)信息、臺(tái)站工作狀態(tài)信息、臺(tái)站發(fā)射測(cè)量參數(shù)信息、電磁環(huán)境信息和干擾監(jiān)測(cè)信息等。

電子地圖平臺(tái)軟件采用MapInfo或國(guó)家地理信息公共服務(wù)平臺(tái)“天地圖”等其他新發(fā)展的GIS平臺(tái)軟件。電子地圖平臺(tái)中使用的電子地圖文件來源于開源的中國(guó)電子地圖文件，更高精度的電子地圖文件及專用航路地圖信息。地圖包括內(nèi)蒙古全區(qū)地圖與航跡圖的有機(jī)結(jié)合，地圖級(jí)數(shù)為15級(jí)以上。本系統(tǒng)設(shè)備選用的是民用級(jí)GPS接收機(jī)，采用GPS碼定位方式，在采用DGPS差分校正時(shí)定位精度可達(dá)1～5m，授時(shí)同步精度達(dá)毫秒級(jí)?？展軐Ｓ秒娮拥乩硇畔⑾到y(tǒng)軟件的體系架構(gòu)如圖4所示。

4.2 主要功能

空管專用電子地理信息系統(tǒng)的主要功能包括：

4.2.1 空管無線電臺(tái)站地理位置及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、測(cè)量數(shù)據(jù)展現(xiàn)功能

在GIS上按照不同類別顯示和標(biāo)注空管各類無線電臺(tái)站，可關(guān)聯(lián)顯示其基礎(chǔ)標(biāo)稱數(shù)據(jù)、最新測(cè)量數(shù)據(jù)信息，并可關(guān)聯(lián)轉(zhuǎn)入到臺(tái)站信息查詢、統(tǒng)計(jì)、報(bào)表生成等工作頁(yè)面。

4.2.2 FM廣播、電視臺(tái)站地理位置及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)展現(xiàn)功能

在GIS上按照不同類別顯示和標(biāo)注空管臺(tái)站周邊區(qū)域的FM廣播、電視臺(tái)站，可關(guān)聯(lián)顯示其基礎(chǔ)標(biāo)稱數(shù)據(jù)信息，并可關(guān)聯(lián)轉(zhuǎn)入到周邊區(qū)域的FM廣播、電視臺(tái)站信息查詢、統(tǒng)計(jì)、報(bào)表生成等工作頁(yè)面。

4.2.3 空管無線電干擾位置及數(shù)據(jù)展現(xiàn)功能

在GIS上按照不同類別顯示和標(biāo)注受擾的空管無線電臺(tái)站、無線電干擾源（干擾發(fā)射臺(tái)站等）及干擾信息，可關(guān)聯(lián)顯示干擾監(jiān)測(cè)詳細(xì)信息，并可關(guān)聯(lián)轉(zhuǎn)入到干擾監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)、分析等工作頁(yè)面。

4.2.4 空管臺(tái)站周邊電磁環(huán)境信息和頻譜態(tài)勢(shì)信息展現(xiàn)功能

在GIS上顯示電磁頻譜態(tài)勢(shì)分析結(jié)果和頻譜態(tài)勢(shì)圖，支持空管無線電數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的空管無線電臺(tái)站電磁環(huán)境及頻譜態(tài)勢(shì)展示和評(píng)估等基本功能的實(shí)現(xiàn)。

4.2.5 航跡信息展現(xiàn)功能

在GIS上顯示航跡數(shù)據(jù)中的航跡信息，支持用戶添加修改航跡信息的功能實(shí)現(xiàn)。

4.2.6 GIS基本操作功能，包括地圖放大、縮小、漫游、距離和面積測(cè)量等

具備對(duì)GIS地圖的基本操作和管理功能，包括地圖放大、縮小、漫游、測(cè)量及圖層、網(wǎng)格設(shè)置操作等功能。

5 結(jié)語(yǔ)

通過無線電監(jiān)測(cè)設(shè)備的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，利用設(shè)計(jì)的空管無線電數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)，建成一個(gè)以大數(shù)據(jù)分析為核心的高度智能化的CNS（Communication、Navigation、Surveillance，通信、導(dǎo)航、監(jiān)視）監(jiān)測(cè)平臺(tái)，將通用化監(jiān)測(cè)和民航空管專業(yè)化監(jiān)測(cè)相結(jié)合，建設(shè)完善的空管無線電數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)，基于大數(shù)據(jù)思想的智能化分析判斷，為預(yù)防性干擾排查提供大量數(shù)據(jù)支持，提升民航空管無線電干擾排查效率。

圖2：空管無線電數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)的功能模塊圖

圖3：空管無線電專用數(shù)據(jù)庫(kù)軟件的體系架構(gòu)圖

圖4：空管專用電子地理信息系統(tǒng)軟件的體系架構(gòu)圖