無線電監(jiān)測信號識別技術(shù)分析

西雙版納州無線電監(jiān)測站 聶緒飛

本文站在新時代的大環(huán)境背景下，以無線電監(jiān)測與信號識別技術(shù)作為主要研究對象，先對二者的基礎(chǔ)性概念進行了簡要概述，然后再詳細分析了信號識別與信號分析技術(shù)的具體內(nèi)容，最后在此基礎(chǔ)上對該技術(shù)在無線電監(jiān)測中的有效應(yīng)用進行了深度分析。目的是為相關(guān)從業(yè)者的工作提供一定的借鑒與參考，不斷擴展信號識別與信號分析技術(shù)的應(yīng)用范圍，促進無線電監(jiān)測的平穩(wěn)運行與持續(xù)健康發(fā)展。

時代的發(fā)展與科學技術(shù)的不斷進步使無線電頻譜資源對我國社會的推動作用得以凸顯，目前其已經(jīng)成為我國社會正常運轉(zhuǎn)所不可或缺的重要資源之一。但就目前情況來看，盡管無線電頻譜資源的適用范圍得到了顯著擴張，但相應(yīng)的干擾因素也隨著這種變化而逐漸增多，嚴重影響了社會大眾的正常生產(chǎn)生活。由此看來，如何利用信號識別技術(shù)來加強無線電信號監(jiān)測已成為相關(guān)人員亟須解決的重要問題。

1 無線電監(jiān)測與信號識別概述

1.1 無線電監(jiān)測

1.1.1 無線電監(jiān)測內(nèi)容

無線電監(jiān)測指的是國家對無線電臺站、移動通信基站進行檢測和監(jiān)督檢查，其目的在于防止非法發(fā)射頻率干擾其他設(shè)備或信號，并保護用戶安全。目前，我國的無線電監(jiān)測工作主要由國家局負責組織實施，各省市也成立了相應(yīng)機構(gòu)。隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的不斷發(fā)展，無線電監(jiān)測技術(shù)已經(jīng)滲透到社會生活的各個方面，包括交通導航、醫(yī)療護理、金融結(jié)算等領(lǐng)域。由于無線監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)具有覆蓋面廣、傳輸速率高、信息容量巨大及傳輸距離長等特點，所以可以將無線電監(jiān)測網(wǎng)與其他無線通信系統(tǒng)相結(jié)合，形成一個綜合性的無線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控體系。這也是目前我國無線電監(jiān)測與信息化建設(shè)中的一個重要組成部分。

1.1.2 無線電監(jiān)測的應(yīng)用范圍

無線電監(jiān)測技術(shù)簡單來說就是通過分析無線電監(jiān)測所涉及到的各種數(shù)據(jù)，及時掌握這些設(shè)備運行狀況及其變化規(guī)律，進而為其制定相關(guān)政策提供依據(jù)，確保各項業(yè)務(wù)正常有序開展，有效防范各類無線電事故發(fā)生，保障人民生命財產(chǎn)安全。

無線電監(jiān)測內(nèi)容是多方面的，主要工作范圍包括：空中電波秩序管理、無線電臺站建設(shè)規(guī)劃與維護、地面固定無線覆蓋及通信系統(tǒng)設(shè)備運行監(jiān)控、移動無線電通信設(shè)備動態(tài)檢測等[1]。具體來說，相關(guān)技術(shù)人員要完成以下幾項任務(wù)：首先是通過有效監(jiān)測手段實現(xiàn)對各種無線電設(shè)備的實時跟蹤監(jiān)視；其次是對各類設(shè)備在使用過程中所產(chǎn)生的電磁輻射以及環(huán)境噪音等因素進行及時準確的分析與評估；最后是對設(shè)備運行狀況實行科學高效的綜合控制，以確保設(shè)備處于最佳狀態(tài)。

1.2 信號識別與分析

無線電監(jiān)測的信號類型主要有雷達信號與跳頻信號兩種。以下是對兩種信號的具體分析。

1.2.1 雷達信號

雷達信號指的是雷達發(fā)射出特定頻率的電磁波，其作用范圍為一定區(qū)域內(nèi)所有目標物。在由微波波段電磁波傳輸而來的過程中，雷達信號可能會受到很多因素影響而產(chǎn)生一定程度的失真。另外，雷達信號目前還存在著一些問題，例如，距離盲區(qū)、多徑效應(yīng)以及干擾等問題，這些問題都對雷達信號的接收造成了不同程度的影響，導致信號檢測性能降低，甚至無法進行有效識別和處理。

1.2.2 跳頻信號

跳頻信號包括了在某一時刻以固定周期間隔從多個位置同時發(fā)送一個或幾個不同時間長度的脈沖波，通常被稱為“移頻”，其作用范圍不超過指定距離上任意兩點之間的一段空間距離。由于其具有較高的信息容量、較強的抗干擾能力及良好的穩(wěn)定性能，所以近年來在軍事通信領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，同時跳頻技術(shù)也成為了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)WSN 中重要的一項關(guān)鍵技術(shù)。

2 信號識別與信號分析在無線電監(jiān)測中的有效應(yīng)用

信號識別與信號分析在無線電監(jiān)測中的具體應(yīng)用主要包括三方面內(nèi)容，分別是；日常監(jiān)測與干擾排查、重點頻率控守、重點頻段普查。下面將分別從這三方面對其進行詳細分析。

2.1 日常監(jiān)測與干擾排查

信號識別與信號分析技術(shù)在無線電日常監(jiān)測中的有效應(yīng)用不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對目標無線電信號發(fā)射器所傳輸?shù)南鄳?yīng)信號參數(shù)的測量與監(jiān)聽，還能對相應(yīng)的信號標識進行精準識別，并根據(jù)識別結(jié)果對該無線電信號的實際運行情況進行評估。信號識別與分析在日常監(jiān)測與干擾排查方面，主要是對各臺站周邊區(qū)域進行定點測量，根據(jù)相關(guān)標準判斷該地區(qū)是否存在潛在電磁污染隱患以及產(chǎn)生影響的因素等信息，從而為進一步做好無線電監(jiān)測工作提供參考依據(jù)。此外，通過對各類干擾源進行全面調(diào)查和分類統(tǒng)計，可以準確地判斷出各種干擾源并給出相應(yīng)的解決方法，以達到有效排除干擾、降低損失的目的[2]。

2.2 重點頻率控守

在重點頻率控守方面，可利用頻譜分析儀對被測電臺發(fā)射頻率范圍內(nèi)所有設(shè)備進行檢測，確定其自身的頻點及覆蓋范圍，從而避免因其他設(shè)備造成的干擾而導致測試結(jié)果不精確或無法獲取被測目標參數(shù)等問題的發(fā)生，保證了測頻精度。具體來說，首先需要明確當前無線電頻譜管理的現(xiàn)狀，針對其中出現(xiàn)的問題提出有針對性的解決方案，進而保證整個無線電通信網(wǎng)絡(luò)能夠正常運行。另外，還需結(jié)合不同類型無線電設(shè)備的特點開展使用管理工作，以此來確保其安全穩(wěn)定的運行狀態(tài)。

2.3 重點頻段普查

對于重點頻段普查來說，它的任務(wù)就是要對現(xiàn)有的無線信道資源進行合理分配，使得每一個用戶都能獲得最大限度的利益，實現(xiàn)系統(tǒng)整體效率最大化，這也是目前我國無線電事業(yè)發(fā)展過程中亟待解決的一大難題。相關(guān)技術(shù)人員和研究人員可通過設(shè)置固定監(jiān)測站對各個地方進行連續(xù)跟蹤，同時還要借助先進技術(shù)手段及時掌握各臺設(shè)備的工作進度及運行狀況。不僅如此，還可將重點頻段分布情況作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行對比分析，以便于及時發(fā)現(xiàn)可能會引發(fā)嚴重干擾甚至破壞事件的關(guān)鍵點。

3 無線電監(jiān)測信號識別與分析技術(shù)

3.1 調(diào)制識別理論

調(diào)制識別是無線電監(jiān)測正常運行的重要保障，同時也是信號識別與分析技術(shù)在無線電監(jiān)測中的應(yīng)用前提與基礎(chǔ)，其原理是在對相關(guān)數(shù)據(jù)信息進行有效采集和處理后，及時將其傳輸至目標載波中，并通過對其頻率進行適當調(diào)整的方式來使其符合目標信道的傳輸與流通要求。從另一角度來說，信號調(diào)制可以簡單看作是對無線電所監(jiān)測信號載波的調(diào)節(jié)變化與控制處理，并對該信號所呈現(xiàn)出的承載數(shù)據(jù)信息進行有效分解與研究，根據(jù)實際研究結(jié)果來確定相應(yīng)的數(shù)據(jù)參量，從而實現(xiàn)對信號幅度進行有效識別與調(diào)整的目標。

3.1.1 判決論方法

判決論方法在進行調(diào)制信號時的原理為：首先根據(jù)已知信道狀態(tài)信息和接收到的符號序列，估計出解調(diào)后的信號參數(shù)；然后利用上述參數(shù)估計結(jié)果來判斷是否需要對載波頻偏或功率等參量重新采樣。該方法可以應(yīng)用于具有多個發(fā)射天線的通信系統(tǒng)中，以降低硬件實現(xiàn)難度并提高頻譜利用率[3]。

除此之外，對于具有特定符號定時信息的載波頻率，無線電監(jiān)測在判決論方法的推動下，可以將載波頻率對應(yīng)的一個或多個數(shù)字基帶信號變換成與之相關(guān)的符號序列；而對于所獲得的符號序來說，判決論方法可以對其中各個相鄰的子幀間的間隔長度進行比較，從而確定是否存在相同的子幀。

3.1.2 模式識別法

模式識別法在進行調(diào)制信號作業(yè)時的運行原理為：通過對調(diào)制信號頻譜圖的分析，識別出各頻段內(nèi)出現(xiàn)頻率較低和持續(xù)時間較長的干擾源。簡單來說，模式識別法就是從頻域中提取出能反映干擾特性的特征參數(shù)，并利用這些參數(shù)來估計出各種不同類型干擾機所具有的特征量，比如常見的信號功率譜密度、能量等。這種方法可以有效地用于解決實際工程中存在的多目標跟蹤問題，其優(yōu)點在于無需建立系統(tǒng)模型，可直接應(yīng)用于復雜背景下的信號監(jiān)測識別與參數(shù)估計。

3.2 信號模式識別

3.2.1 信號預處理

信號預處理環(huán)節(jié)的實施目的是使目標信號更具辨識度，不斷增強其自身個性特征和有關(guān)標識，并需要對目標無線電監(jiān)測信號進行分塊處理。該環(huán)節(jié)的具體流程為：無線電監(jiān)測系統(tǒng)在監(jiān)測到目標信號后，會及時將該信號通過信號專用網(wǎng)絡(luò)傳輸通道傳輸至接收機內(nèi)部，接收機在收到該信號會立刻對其展開預處理，在對其進行分塊處理的同時還應(yīng)確保目標信號的穩(wěn)定性與安全性，并對其現(xiàn)有標識進行更新，為其下一步的特征提取工作打下良好的基礎(chǔ)。

3.2.2 無線電信號特征提取

無線電信號特征提取的主要目的是利用目標信號的不同特征對其進行有效區(qū)分，主要包含兩種不同信號特征，一種是信號的時域特征；另一種是信號的頻域特征。

信號的時域特征指的是：在頻率域中觀察到的信號所表現(xiàn)出的一系列具有特定時間和空間上分布特性的物理量之間的關(guān)系，比如，頻率成分或振幅變化量在時間上的分布情況、信號自身波動幅度大小、現(xiàn)有傳輸頻率等；信號的頻域特征指的是：在一個頻譜平面內(nèi)某一頻段、某一時刻所出現(xiàn)的所有有意義的信息都被集中起來作為這個時間段的整體而顯示出來的現(xiàn)象，主要由信號的功率譜、各類函數(shù)或參數(shù)信息構(gòu)成[4]。

3.2.3 特征選擇與分類識別

特征選擇與分類識別目標的實現(xiàn)離不開分類器的強大功能。分類器能夠?qū)ο鄳?yīng)的信號特征進行提取和分析，并根據(jù)分析結(jié)果實現(xiàn)對目標信號的精確識別。常用于無線電監(jiān)測信號中的分類器主要包括以下幾種：結(jié)合了決策理論的分類法、結(jié)合統(tǒng)計模式的分類法、BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類法。其中，決策理論分類法通過信號的概率分布來對其進行分類識別；統(tǒng)計模式分類法在線性分類器的作用下對信號進行分類識別；而BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類法則是通過函數(shù)擬合計算的方式來完成信號分類識別作業(yè)。

3.3 解析法與BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

由于信號調(diào)制的類型呈現(xiàn)出明顯的多樣化特征，再加上不同信號在頻率、幅度等方面存在較大差異，因此為了增強無線電監(jiān)測對信號識別的精確度，可以采用傳統(tǒng)解析法進行作業(yè)。解析法能夠?qū)⒛繕诵盘柕乃矔r幅度、瞬時相位與瞬時頻率完全展現(xiàn)出來，并以此來完成對信號特征的有效提取。

BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在無線電信號監(jiān)測中不僅具有較高的自動化和智能化程度，而且能夠從真正意義上實現(xiàn)輸入向量的降維處理，再加上其能夠?qū)π盘柣蛳嚓P(guān)數(shù)據(jù)信息進行分布式存儲，目前已被廣泛應(yīng)用于無線電頻譜資源的保護與分析工作中。

3.4 小波分析法

小波分析法的基本原理是將信號分解到不同尺度，然后對每一頻率分量進行分析和處理，該方法是一種新型的信號分析工具，它具有良好的時頻局部化性質(zhì)和分辨率高、抗噪性能好等特點。其在無線電監(jiān)測中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）能提取微弱故障信息；（2）能識別強背景噪聲環(huán)境下的弱目標信號；（3）能檢測微弱脈沖回波并估計出運動速度。

在信號微弱故障信息提取層面，小波分析法能夠準確地分辨出所需參數(shù)變化范圍內(nèi)的微小突變點，同時還可以根據(jù)這些特征實現(xiàn)故障診斷，從而實現(xiàn)信號特征量與參數(shù)間的映射關(guān)系描述。

在識別弱目標信號層面，小波多尺度分析方法不僅可以區(qū)分出單一方向上的弱目標信號以及多個方向上的非同一類型的目標信號，而且可以通過改變各頻段能量分布來突出某一特定頻帶上的特殊成分，進而提高了對微弱目標信號的辨識能力。

在檢測微弱脈沖回波與預測運動速度層面，小波分析法的優(yōu)勢在于能夠很好地抑制各種干擾源，比如，雷達發(fā)射天線波束指向抖動造成的雜散等。而當被測信號為線性調(diào)頻信號時，小波變換則能提供更加清晰可靠的時域波形信息，這就使得技術(shù)人員很有可能從時間域得到了更為精確的估計值。此外，利用小波變換理論可以有效地提取出被測對象瞬時位置、幅值及其變化率等重要特征參數(shù)，這對于后續(xù)信號處理及進一步研究具有十分重要的意義。

4 結(jié)語

綜上所述，信號識別與信號分析技術(shù)在我國無線電監(jiān)測中的應(yīng)用已經(jīng)成為相關(guān)從業(yè)者的共識，但該技術(shù)在實際運行中還存在著諸多問題。因此，技術(shù)人員和監(jiān)測人員應(yīng)及時轉(zhuǎn)變自身傳統(tǒng)思維和觀念，通過各種方式來了解和掌握信號識別與信號分析技術(shù)的原理和操作流程，并站在全局視角下對無線電監(jiān)測工作進行重新審視。這樣才能不斷增強無線電監(jiān)測的精確性和穩(wěn)定性，提高企業(yè)和整個行業(yè)的經(jīng)濟效益與社會效益。