監(jiān)測(cè)站的測(cè)量

1、無(wú)線電監(jiān)測(cè)站的測(cè)量 李瀟珂 重慶市萬(wàn)州無(wú)線電監(jiān)測(cè)站 2010年3月 頻譜監(jiān)測(cè)的目的 協(xié)助解決電磁干擾，使各種無(wú)線電業(yè)務(wù)和 臺(tái)站間能夠相互兼容共存； 協(xié)助確保公眾廣播和電視信號(hào)達(dá)到可以接 受的接收質(zhì)量； 為主管部門的頻譜管理工作提供有價(jià)值的 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)； 為上級(jí)無(wú)線電管理機(jī)構(gòu)的各種工作提供有 價(jià)值的監(jiān)測(cè)信息。 1 監(jiān)測(cè)站的主要任務(wù) 監(jiān)測(cè)電磁環(huán)境情況，使之符合目前的頻率指 配現(xiàn)狀； 頻段的觀測(cè)和頻譜占用度的測(cè)量； 調(diào)查電磁干擾的案例； 識(shí)別非法干擾源并停止其發(fā)射。 2 監(jiān)測(cè)站的其他任務(wù) 在諸如重大運(yùn)動(dòng)會(huì)和國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)訪問之類的特 殊場(chǎng)合承擔(dān)無(wú)線電安全保障工作； 無(wú)線電覆蓋范圍的測(cè)量； 無(wú)線電兼容性和電磁

2、兼容的研究； 科學(xué)和技術(shù)研究。 3 監(jiān)測(cè)站的測(cè)量任務(wù) 頻率測(cè)量 場(chǎng)強(qiáng)和功率通量密度測(cè)量 頻譜占用度的測(cè)量 帶寬的測(cè)量 調(diào)制的測(cè)量 測(cè)向 識(shí)別 信號(hào)分析 4 一、頻率測(cè)量 監(jiān)測(cè)站進(jìn)行的所有頻率測(cè)量均為遠(yuǎn)程測(cè)量， 必須借助于接收機(jī)才能完成。 頻率測(cè)量通常是指在一個(gè)未知頻率與一個(gè)已 知頻率（參考頻率）之間進(jìn)行比較處理。 精確頻率測(cè)量的用途臺(tái)站指紋識(shí)別 1、概述 2、指紋特征提取 3、指紋識(shí)別方法 5 6 1、概述 電臺(tái)指紋識(shí)別技術(shù)由設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)組成 設(shè)計(jì)是指用一定數(shù)量的樣本 ( 訓(xùn)練集 ) 進(jìn)行分類 器設(shè)計(jì) 實(shí)現(xiàn)是指用設(shè)計(jì)的分類器對(duì)待識(shí)別的樣本進(jìn)行分 類決策 信息獲取預(yù)處理特征提取和選擇分類器設(shè)計(jì) 分

3、類決策 7 2、電臺(tái)指紋特征提取 目的 找到特征集中表征顯著類別差異的信息 縮小數(shù)據(jù)集， 提高識(shí)別效率， 減少計(jì)算 原則 單調(diào)關(guān)系：判決取最大值時(shí)錯(cuò)誤概率最小 可加性：特征獨(dú)立可加 度量特性：特征一一對(duì)應(yīng) 8 信號(hào)技術(shù)特征的分布“域” 頻域特征：信號(hào)的工作頻率、信號(hào)帶寬、頻譜結(jié)構(gòu)等 時(shí)域特征：信號(hào)的波形特征、數(shù)字信號(hào)的碼元速率等 空域特征：信號(hào)來(lái)波的方位、電波的極化和信號(hào)電平 調(diào)制域特征：信號(hào)的調(diào)制特征 信號(hào)的細(xì)微特征 信號(hào)載頻的精確度 發(fā)射臺(tái)的雜散輸出 信號(hào)調(diào)制參數(shù)的差異 話音信號(hào)的語(yǔ)音特征 9 3、指紋識(shí)別方法 特征參數(shù)值域判別法 根據(jù)信號(hào)參數(shù)的值域范圍進(jìn)行模式識(shí)別 信號(hào)模本匹配識(shí)別法 與

4、模本庫(kù)中的模本進(jìn)行對(duì)比匹配識(shí)別 信號(hào)指紋識(shí)別分類器 根據(jù)分類算法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別 常用算法：基于決策理論神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類器 新課題：組合分類器 10 頻率測(cè)量的方法 傳統(tǒng)方法 拍頻法 偏置頻率法 直接李沙育法 頻率計(jì)數(shù)器法 鑒頻器法 相位記錄法 掃描頻譜分析儀法 基于DSP(數(shù)字信號(hào)處理器)的方法 瞬時(shí)頻率測(cè)量法 FFT法 10 保證頻率測(cè)量精度的方法 測(cè)量應(yīng)該在最佳的接收條件下進(jìn)行，不因衰落和干擾引入新 的變化； 信號(hào)的發(fā)射類型不同，頻率測(cè)量誤差可能不同，所以必須確 定信號(hào)的發(fā)射類型； 由于每次測(cè)量會(huì)有不同的誤差，因此對(duì)結(jié)果要進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理； 獲得的結(jié)果應(yīng)指明測(cè)量誤差。 11 頻率測(cè)量中的頻率標(biāo)準(zhǔn)

5、源 溫度補(bǔ)償晶體振蕩器 以原子鐘作為頻率標(biāo)準(zhǔn)源 以GPS鎖定的晶振作為頻率標(biāo)準(zhǔn)源 溫度補(bǔ)償 晶體振蕩器 GPS控制 晶體振蕩器 銣原子 頻率標(biāo)準(zhǔn) 短期不穩(wěn)定度 110-9510-12210-12 長(zhǎng)期不穩(wěn)定度 210-6110-12110-11 常用頻率標(biāo)準(zhǔn)的典型特性 12 二、場(chǎng)強(qiáng)和功率通量密度的測(cè)量 確定無(wú)線電信號(hào)的強(qiáng)度是否合適，并確定給 定業(yè)務(wù)發(fā)射源（例如發(fā)射機(jī)）的效率； 確定給定的無(wú)線電發(fā)射的干擾影響（電磁兼 容）； 對(duì)有電磁能量輻射的設(shè)備，確定其無(wú)意發(fā)射 產(chǎn)生的干擾影響，并評(píng)估抑制措施的有效性； 測(cè)量傳播現(xiàn)象，以研究和驗(yàn)證傳播模型。 13 場(chǎng)強(qiáng)的測(cè)量方式 固定點(diǎn)上的測(cè)量固定點(diǎn)上的測(cè)量

6、 測(cè)量期間改變測(cè)量天線的高度和方向，以讀取 并記錄最大場(chǎng)強(qiáng)。 沿路徑的測(cè)量沿路徑的測(cè)量 必要的測(cè)量點(diǎn)數(shù)目和平均間隔 測(cè)試點(diǎn)的采樣應(yīng)在40的平均區(qū)間內(nèi)以0.8 （波長(zhǎng)）的間隔進(jìn)行選擇（即在40內(nèi)有50個(gè)測(cè)量 值）。 GPS系統(tǒng)，電子地圖。 14 場(chǎng)強(qiáng)測(cè)量中應(yīng)注意的問題 應(yīng)使用天線系數(shù)已知的天線測(cè)量場(chǎng)強(qiáng)； 如果所測(cè)信號(hào)的發(fā)射帶寬比場(chǎng)強(qiáng)儀的帶寬還 寬的話，則必須考慮場(chǎng)強(qiáng)儀有限帶寬對(duì)接收 信號(hào)實(shí)際場(chǎng)強(qiáng)讀數(shù)的影響； 應(yīng)在不同高度上對(duì)所感興趣的信號(hào)進(jìn)行場(chǎng)強(qiáng) 測(cè)量； 使用強(qiáng)方向性天線進(jìn)行場(chǎng)強(qiáng)測(cè)量時(shí)，信號(hào)源 的大致傳播方向上應(yīng)該沒有遮擋； 測(cè)量裝置的校準(zhǔn)。 15 三、頻譜占用度的測(cè)量 頻譜占用度的測(cè)量對(duì)于頻譜

7、管理工作來(lái)說是一種 很有價(jià)值的工具。 這些數(shù)據(jù)可以用于找出特定頻帶內(nèi)的空白頻段， 并避免在使用繁重的頻帶內(nèi)增加更多的指配。 這類數(shù)據(jù)還可以用于及時(shí)發(fā)現(xiàn)在未指配的信道內(nèi) 出現(xiàn)的信號(hào)，或已指配的頻率沒有被使用的情況。 占用度的統(tǒng)計(jì)值，可以反映同一地區(qū)同一頻段內(nèi) 頻率使用的變化趨勢(shì)。 當(dāng)現(xiàn)有頻段太擁擠時(shí)，這些信息還可以幫助預(yù)測(cè) 和規(guī)劃額外頻段中的頻率指配。 16 頻道占用度 在給定時(shí)間段內(nèi)，對(duì)某一給定頻道的信號(hào) 電平進(jìn)行M次測(cè)量，如果其中有N次測(cè)量值 超過給定門限值，則該頻道在這個(gè)給定時(shí) 間段內(nèi)的占用度就是N與M之比，即： 頻道占用度 = 100 % 17 18 0.00 10.00 20.00 3

8、0.00 40.00 50.00 60.00 70.00 78.61 占用度 % 2010-3-18 10:30:00 0:00:00 2010-3-19 13:30:00 時(shí)間 頻率: 2140.400000 M Hz 測(cè)試參數(shù): Level 增益: 34.0 dBV/m 頻段占用度 頻段占用度是指在對(duì)監(jiān)測(cè)頻段的一次掃描 過程中，超過給定門限值的抽樣點(diǎn)數(shù)N與該 頻段中所有的抽樣點(diǎn)數(shù)M之比，即： 頻段占用度 = 100 % 19 20 頻譜占用度數(shù)據(jù) 頻譜占用度數(shù)據(jù)的采集是建立在自動(dòng)化的基 礎(chǔ)上的，通過計(jì)算機(jī)控制掃描接收機(jī)來(lái)完成 數(shù)據(jù)采集工作。 應(yīng)做好數(shù)據(jù)與存儲(chǔ)空間之間的折衷選擇，通 常每5分

9、鐘將占用度數(shù)據(jù)保存一次。 應(yīng)注明占用度數(shù)據(jù)的條件：測(cè)量時(shí)間段、地 點(diǎn)、門限值。 21 頻譜占用度測(cè)試系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 數(shù)據(jù)的采集 采集被測(cè)頻段中每個(gè)抽樣點(diǎn)的電平值 5（或1）分鐘存儲(chǔ)一次電平值 不計(jì)算占用度 特點(diǎn) 數(shù)據(jù)量大 可恢復(fù)每5 （或1）分鐘的頻譜圖 除可得到占用度數(shù)據(jù)外，還可得到電磁環(huán) 境、背景噪聲、信號(hào)頻譜等其他數(shù)據(jù)。 22 占用度的計(jì)算 頻段占用度的計(jì)算 根據(jù)被測(cè)頻段中某一禎的電平數(shù)據(jù)，估算出 該頻段的背景噪聲曲線，從而確定計(jì)算該頻段占 用度的門限曲線。 按定義計(jì)算出該頻段每分鐘的占用度值，從 而形成不同時(shí)間單元的占用度統(tǒng)計(jì)圖。 頻點(diǎn)占用度的計(jì)算 根據(jù)占用度統(tǒng)計(jì)時(shí)間段中，該頻點(diǎn)的所有電

10、平數(shù)據(jù)，確定該頻點(diǎn)在占用度統(tǒng)計(jì)時(shí)間段中的背 景噪聲曲線，從而確定計(jì)算占用度的門限曲線。 按定義計(jì)算出該頻點(diǎn)在該時(shí)間段中的占用度 值。 23 監(jiān)測(cè)頻段:108137MHz 24 監(jiān)測(cè)頻段:108137MHz 25 26 監(jiān)測(cè)頻段:108137MHz 26 27 頻率占用度測(cè)量中頻率占用度測(cè)量中 信號(hào)門限電平的設(shè)置方法信號(hào)門限電平的設(shè)置方法 門限電平的設(shè)置直接影響無(wú)線電頻率占用度 的測(cè)量結(jié)果。 如何確定門限電平?jīng)]有一套完整的理論。 運(yùn)用信號(hào)檢測(cè)理論，對(duì)門限電平的設(shè)置方法 進(jìn)行分析和探討。 28 1、信號(hào)和噪聲概率密度分布信號(hào)和噪聲概率密度分布 無(wú)線電噪聲服從高斯分布，其幅度包絡(luò)服從 瑞利分布。 空

11、中的無(wú)線電信號(hào)根據(jù)傳播環(huán)境的不同，其 幅度包絡(luò)分別服從瑞利分布或萊斯分布。 當(dāng)存在多徑時(shí)，非視距傳播的無(wú)線電信號(hào)振 幅疊加的結(jié)果是信號(hào)服從高斯分布，而信號(hào) 包絡(luò)服從瑞利分布。 當(dāng)隨機(jī)信號(hào)中含有一個(gè)不變的分量時(shí)，其包 絡(luò)分布服從萊斯分布。 29 高斯分布 其隨機(jī)變量X的概率密度函數(shù)由下式表達(dá)： 這里：和 都是常數(shù)，分別為隨機(jī)變量X的均值和 方差。即 (sigma ) 一般情況下均值為零， 就是高斯隨機(jī)信號(hào)的平 均功率。 2 2 () 2 2 1 ( ) 2 x fxex 2 E x 2 Var x 2 30 瑞利分布 數(shù)學(xué)表達(dá)式為： 設(shè)定 是高斯隨機(jī)變量v(t)的方差，則其振幅a(t)的 均值和

12、方差分別為： 信號(hào)的平均功率為： 2 2 2 2 0 () 00 x x ex fx x 2 Ex 2(2 ) 2 Var x 2 222 ( )( )( ) 2E xE xVar x 31 萊斯分布 數(shù)學(xué)表達(dá)式如下： 這里： 表示修正的零階貝塞爾函數(shù)； 是噪聲的平均功率； (rou)為常數(shù)，表示為信號(hào)與噪聲的功率比。 =0時(shí)，萊斯分布退化為瑞利分布。 22 2 2 0 22 ()0 ( ) 00 x xx eIx f x x 0( ) I x 2 32 2、信號(hào)檢測(cè)理論 接收機(jī)噪聲和空中的無(wú)線電信號(hào)都是隨機(jī)信號(hào)，其 噪聲或信號(hào)強(qiáng)度是隨著時(shí)間變化的，我們借用信號(hào) 檢測(cè)理論展開研究。 假定接收機(jī)

13、測(cè)量得到一個(gè)隨機(jī)的電平結(jié)果，它可能 包含信 號(hào)，也可能只有噪聲不包含信號(hào)。分別假 定其狀態(tài)分別為H0和H1，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為： 由于兩者必居其一，所以： 和 分別表示事件H0和H1發(fā)生的概率。 0 1 H H ：r(t)=s(t)+n(t) ：r(t)=n(t) 01 ()()1P HP H 0 ()P H 1 ()P H 33 重要概念虛警概率、漏警概率和檢測(cè)概率 虛警概率是指實(shí)際信號(hào)不存在，而判決結(jié)果卻存在 信號(hào)而導(dǎo)致發(fā)生錯(cuò)誤判斷的概率，這里我們用 表示。通常是根據(jù)已知的噪聲概率密度函數(shù)，根據(jù) 門限電平來(lái)計(jì)算虛警概率。 檢測(cè)概率是指在信號(hào)存在條件下，能正確判斷信號(hào) 存在的概率，用 表示。 漏

14、警概率是指信號(hào)存在，判決結(jié)果不存在而導(dǎo)致的 錯(cuò)誤概率，用 來(lái)表示。 檢測(cè)概率+漏警概率=1 10 (|)P D H 11 (|)PD H 01 ()P D H 34 圖示為漏警概率、虛警概率和檢測(cè)概率之間的關(guān)系。 35 3、門限電平設(shè)定原則 門限電平是由虛警概率和檢測(cè)概率決定的，主 要由虛警概率決定。如果門限電平升高，則 虛警概率和檢測(cè)概率均降低。通過調(diào)整門限 電平的值可以改變虛警概率和檢測(cè)概率，我 們可以在兩者之間實(shí)現(xiàn)最佳選擇。 36 門限電平與虛警概率的關(guān)系 假定信號(hào)的門限電平為y，則虛警概率為 設(shè) ，根據(jù)Matlab仿真得到 （epsilon）和虛警 概 率之間的關(guān)系如下圖所示。 2 2

15、 2 2 10 22 ()( )exp() 2 x yy xy P D Hf x dxedx 2 2 2 y 37 （圖）門限電平和虛警概率的關(guān)系 我們可以看出，門限電平設(shè)置越大，虛警概率越小。 38 不同信噪比下虛警概率和檢測(cè)概率的關(guān)系 瑞利分布 虛警概率的計(jì)算公式為 檢測(cè)概率的計(jì)算公式為 由上述兩式我們可以推導(dǎo)出： 2 2 2 10 2 ()( ) n x n nyy x P D Hfx dxedx 2 22 2() 11 22 ()( ) ns x n s nsyy x P D Hfx dxedx 22 exp(/2 ) n y 222 exp(/2() ns y 39 根據(jù) ，將式子進(jìn)

16、行合并整理，我們可以得出 之間的函數(shù)關(guān)系為： 2 2 s n SNR ,SNR 2 1 1 SNR 40 SNR與檢測(cè)概率的關(guān)系 上圖表明，隨著信噪比的增大，檢測(cè)概率也隨之增加。 41 萊斯分布 虛警概率的計(jì)算公式為 檢測(cè)概率的計(jì)算公式為 這里： 為外界噪聲平均功率； 為信號(hào)中的噪聲平均功率； 為信噪比， 。 2 2 2 10 2 ()( ) n x n nyy x P D Pfx dxedx 22 22 2() 110 2222 ()( )() sn x n s snsnyy xx P D Pfx dxeIdx 2 n 2 s 22 ns s 42 經(jīng)過化簡(jiǎn)得到 之間的函數(shù)關(guān)系為： 其中，c

17、為常數(shù)。 經(jīng)Matlab仿真得到不同信噪比下，虛警概率與檢測(cè) 概率 的關(guān)系。 133 442 1 ln 111 1.(ln) .() .1 2 () 22 cQSNR SNR , 43 可見，檢測(cè)概率是虛警概率和信噪比的函數(shù)。隨著信噪比的 升高，虛警概率逐漸減小，檢測(cè)概率逐漸增加。 44 結(jié) 論 信號(hào)門限電平與虛警概率和檢測(cè)概率有著密 切的數(shù)學(xué)關(guān)系。門限電平增加，虛警概率越 小，檢測(cè)概率也會(huì)變小，對(duì)應(yīng)的漏警概率變 大，給測(cè)量帶來(lái)誤差。我們可以在兩者之間 做出最優(yōu)選擇。 45 當(dāng)門限電平為噪聲平均電平時(shí)，虛警概率為 當(dāng)門限電平比噪聲平均電平高5dB時(shí)，也就是說門 限電平值是噪聲平均電平的 倍,虛

18、警概率為 2 2 2 2 10 22 22 ()( )exp()45.6% 4 x x P D Hf x dxedx 2 2 2 2 10 22 1.581.58 1.58 ()( )exp()8.36% 2 x x P D Hf x dxedx 3.16 46 當(dāng)門限電平為噪聲平均功率電平時(shí)，虛警概率為 的當(dāng)門限電平比噪聲平均功率電平高5dB時(shí)，也就是說門限 電平值是噪聲平均功率電平的3.16倍，虛警概率為 2 22 2 2 10 22 22 12 ()( )exp()36.8% 22 x P D Hf x dxedx 2 22 2 2 10 22 6.326.32 16.32 ()( )e

19、xp()4.24% 22 x P D Hf x dxedx 四、帶寬的測(cè)量 占用帶寬：指這樣一種帶寬，發(fā)射信號(hào)在此 頻帶的下限之下和頻帶的上限之上的平均功 率分別等于該發(fā)射信號(hào)的總平均功率的規(guī)定 百分?jǐn)?shù) /2 。 /2值一般取0.5。 “x-dB”帶寬：指頻帶的寬度使得在其上限 和下限之外任何離散頻譜分量或連續(xù)頻譜功 率密度至少比預(yù)先設(shè)定的參考電平低 x dB， 一般 x=26 。 47 帶寬的測(cè)量方法 現(xiàn)代的測(cè)量/監(jiān)測(cè)接收機(jī)都是建立在數(shù)字信號(hào) 處理技術(shù)的基礎(chǔ)上的，因此使用該技術(shù)能夠 以%或“x-dB”方法確定帶寬。 %方法可以允許帶寬測(cè)量獨(dú)立于信號(hào)的調(diào)制。 因此它應(yīng)該是較好的方法。 在干擾案

20、例中，“x-dB”的值可能更有用。 48 五、調(diào)制的測(cè)量 模擬調(diào)制 調(diào)幅：調(diào)制深度 m(%)= 調(diào)頻：調(diào)頻指數(shù) 數(shù)字調(diào)制 ASK、FSK、PSK fmax fm = = 100% 49 調(diào)制的測(cè)量 模擬調(diào)制使用調(diào)制分析儀 數(shù)字調(diào)制使用DSP處理或I/Q解調(diào)器 50 六、測(cè) 向 現(xiàn)代測(cè)向技術(shù)大致分為三類： 幅度測(cè)向 相位測(cè)向 幅度相位相關(guān)矢量測(cè)向和超分辨率測(cè)向 到達(dá)時(shí)間差TDOA測(cè)向 51 測(cè)向機(jī)的主要測(cè)向指標(biāo) 測(cè)向精度 在四周無(wú)障礙物的環(huán)境中，典型測(cè)向精度值可以達(dá)到 1；而在城市雜亂的環(huán)境中，則可惡化到約10。 測(cè)向靈敏度 在良好接收條件下，可以擴(kuò)大測(cè)向機(jī)的覆蓋范圍； 在不好的接收條件下，仍能

21、可靠測(cè)向。 抗波前失真性能 建議采用測(cè)向天線直徑D相對(duì)于信號(hào)波長(zhǎng)較大的測(cè)向 天線，以減小由于失真電磁場(chǎng)引起的測(cè)向誤差。 響應(yīng)時(shí)間 測(cè)向系統(tǒng)應(yīng)該能夠檢測(cè)持續(xù)時(shí)間為10ms或更短的信號(hào)。 52 53 TDOA基本原理及應(yīng)用基本原理及應(yīng)用 TDOA概念概念 TDOA定位定位基本原理基本原理 TDOA關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù) TDOA定位優(yōu)點(diǎn)定位優(yōu)點(diǎn) DOA與與TDOA的比較的比較 無(wú)線電監(jiān)測(cè)應(yīng)用無(wú)線電監(jiān)測(cè)應(yīng)用 54 1、 TDOA概念概念 Time Difference Of Arrival TDOA 到達(dá)時(shí)間差到達(dá)時(shí)間差 距離差距離差=時(shí)間差時(shí)間差電磁波速度電磁波速度 55 2、TDOA定位基本原理定位基

22、本原理 基本原理基本原理: 通過測(cè)量無(wú)線電信號(hào)到達(dá)不同監(jiān)測(cè)地點(diǎn)通過測(cè)量無(wú)線電信號(hào)到達(dá)不同監(jiān)測(cè)地點(diǎn) 的天線單元時(shí)間差，來(lái)對(duì)發(fā)射無(wú)線電信號(hào)的的天線單元時(shí)間差，來(lái)對(duì)發(fā)射無(wú)線電信號(hào)的 發(fā)射源進(jìn)行定位。發(fā)射源進(jìn)行定位。 注意：注意：TDOA定位不是定位不是TDOA測(cè)向測(cè)向 56 TDOA定位流程定位流程 從監(jiān)測(cè)站將同一時(shí)間測(cè)量同一信號(hào)得到的數(shù)從監(jiān)測(cè)站將同一時(shí)間測(cè)量同一信號(hào)得到的數(shù) 據(jù)發(fā)送至主監(jiān)測(cè)站據(jù)發(fā)送至主監(jiān)測(cè)站 主監(jiān)測(cè)站分別計(jì)算出無(wú)線電信號(hào)到達(dá)兩個(gè)監(jiān)主監(jiān)測(cè)站分別計(jì)算出無(wú)線電信號(hào)到達(dá)兩個(gè)監(jiān) 測(cè)站天線的時(shí)間差（利用相關(guān)算法）測(cè)站天線的時(shí)間差（利用相關(guān)算法） 根據(jù)兩站之間時(shí)間差轉(zhuǎn)換為距離差，可以得根據(jù)兩站之

23、間時(shí)間差轉(zhuǎn)換為距離差，可以得 到一條雙曲線；到一條雙曲線； 通過三個(gè)或多個(gè)無(wú)線電監(jiān)測(cè)站測(cè)得的時(shí)間差通過三個(gè)或多個(gè)無(wú)線電監(jiān)測(cè)站測(cè)得的時(shí)間差 可以得到兩條或多條雙曲線相交來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)可以得到兩條或多條雙曲線相交來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā) 射源的定位射源的定位 57 3、 TDOA關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù) 監(jiān)測(cè)站高精度同步監(jiān)測(cè)站高精度同步 實(shí)現(xiàn)方式： GPS、有線或無(wú)線方式 TDOA獲取獲取 方法：相關(guān)函數(shù)法 、廣義相關(guān)法、相位譜法、 高階累計(jì)量法等。 誤誤 差差 量量 級(jí)級(jí) 時(shí)差誤時(shí)差誤 差差 距離誤距離誤 差差 1ns0.3m 1300m 58 相關(guān)函數(shù)法相關(guān)函數(shù)法 基本原理基本原理： 通過計(jì)算兩個(gè)監(jiān)測(cè)站同時(shí)接收到的信號(hào)

24、的相關(guān) 函數(shù)，來(lái)得到信號(hào)到達(dá)兩個(gè)天線時(shí)間差。 假定：同一時(shí)刻，天線1接收到的信號(hào)為x1 ，天線2 接收到的信號(hào)為x2，考慮到接收機(jī)的噪聲n1、n2， 則： 為信號(hào)到達(dá)兩個(gè)天線時(shí)間差，A為兩個(gè)信號(hào)的幅度 比。 59 計(jì)算這兩個(gè)信號(hào)的相關(guān)函數(shù),得到： 假定信號(hào)與噪聲之間互不相關(guān) 因此得到： 當(dāng)t=時(shí)，相關(guān)函數(shù)Rx12為最大值 因此通過求Rx12的最大值就可以求得時(shí)間差。 121 2 x12sssnsnn n ( t)A R ( t)A R( t)R( t)R( t)R 0 60 4、 TDOA定位優(yōu)點(diǎn)定位優(yōu)點(diǎn) 系統(tǒng)簡(jiǎn)單系統(tǒng)簡(jiǎn)單 節(jié)省投資節(jié)省投資 u天線為監(jiān)測(cè)天線 沒有復(fù)雜的測(cè)向天線陣 u升級(jí)擴(kuò)展方

25、便 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)僅需增加同步設(shè)備和數(shù)字信號(hào)處理設(shè)備 u環(huán)境兼容性好 對(duì)周圍環(huán)境的要求寬松，具有一定得抗多徑能力 定位精度高定位精度高 u 基線長(zhǎng)度不受限制，使用長(zhǎng)基線避免天線間互耦影響，使定位精 度提高；不存在相位模糊問題 u信號(hào)帶寬越寬，時(shí)間測(cè)量精度越高。尤其適用于寬帶低功率譜信號(hào)。 61 實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)結(jié)果 對(duì)于帶寬大于10KHz的無(wú)線電信號(hào)，時(shí) 間測(cè)量誤差為100ns。 （距離誤差為30m） 62 5、 DOA與與TDOA的比較的比較 所需監(jiān)測(cè)站數(shù)量 監(jiān)測(cè)站配置的復(fù)雜度 定位精度和靈敏度 結(jié)論 63 所需監(jiān)測(cè)站數(shù)量所需監(jiān)測(cè)站數(shù)量 由此可知 : TDOA至少需要3個(gè)監(jiān)測(cè)站才能提供定位服務(wù)；而DO

26、A只需要兩個(gè)監(jiān)測(cè)站就能完 成此項(xiàng)任務(wù)。 DOATDOA 測(cè)向1 JJ 不能測(cè)向 LL 定位2 JJ 3 JJ 64 監(jiān)測(cè)站配置的復(fù)雜度監(jiān)測(cè)站配置的復(fù)雜度 TDOA基站的復(fù)雜度低于DOA基站 DOATDOA GPS同步 JJLL 測(cè)向天線 LLJJ 接收機(jī) LLJJ 精度 LLJJ 高速數(shù)據(jù)傳輸 JJLL 安裝 LLJJ 65 定位精度和靈敏度定位精度和靈敏度 DOA的精度不依賴于信號(hào)，而TDOA因?yàn)槭褂孟喔杀O(jiān)測(cè)而更加靈敏 DOA TDOA 距離 LLJJ 測(cè)向 JJLL 靈敏度 LLJJ 信號(hào)帶寬 JJLL 干擾 LLLL 多徑 LLLL 66 6、無(wú)線電監(jiān)測(cè)應(yīng)用無(wú)線電監(jiān)測(cè)應(yīng)用 一個(gè)測(cè)向站與一

27、個(gè)監(jiān)測(cè)站組網(wǎng)即可完成定位一個(gè)測(cè)向站與一個(gè)監(jiān)測(cè)站組網(wǎng)即可完成定位 任務(wù)。任務(wù)。 67 未來(lái)應(yīng)用未來(lái)應(yīng)用 在行政區(qū)域內(nèi)大面積布站增加監(jiān)測(cè)覆蓋面積 的基礎(chǔ)上，僅需增加： 同步設(shè)備、數(shù)字信號(hào)處理設(shè)備同步設(shè)備、數(shù)字信號(hào)處理設(shè)備 就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)線電發(fā)射源的TDOA定位。 68 微波、雷達(dá)干擾源定位微波、雷達(dá)干擾源定位 對(duì)寬帶無(wú)線電信號(hào)精度更高對(duì)寬帶無(wú)線電信號(hào)精度更高 脈沖信號(hào)更有效脈沖信號(hào)更有效 七、識(shí)別 無(wú)線電規(guī)則規(guī)定：每個(gè)發(fā)射臺(tái)都應(yīng)該頻 繁發(fā)送識(shí)別信號(hào) 識(shí)別方法包括：呼號(hào)、電臺(tái)名稱、電臺(tái)方位 或位置、經(jīng)營(yíng)機(jī)構(gòu)、水上移動(dòng)業(yè)務(wù)標(biāo)識(shí)、正 式登記的標(biāo)識(shí)、飛行識(shí)別號(hào)碼、選擇性呼叫 號(hào)碼或信號(hào)、特征信號(hào)、發(fā)射特性或其他易 為國(guó)際上承認(rèn)的可明顯區(qū)別的特征。 69 發(fā)送信號(hào)的識(shí)別 模擬信號(hào)的識(shí)別：通過解調(diào)后的聲音、圖像。 數(shù)字信號(hào)（FSK信號(hào)）的識(shí)別：偏移測(cè)量、 波特率測(cè)量、比特流分析。 有呼號(hào)發(fā)射機(jī)的識(shí)別：根據(jù)呼號(hào)的組成 沒有呼號(hào)發(fā)射機(jī)的識(shí)別：使用測(cè)向網(wǎng)定位、 使用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)配合電臺(tái)識(shí)別。 70 71 發(fā)射標(biāo)識(shí)的具體結(jié)構(gòu) 國(guó)標(biāo)GB/T12572-2008無(wú)線電發(fā)射設(shè)備參數(shù)通用 要求和測(cè)試方法規(guī)定，發(fā)射標(biāo)識(shí)由九位字符組成。 具體結(jié)構(gòu)如下： * * * * * * * 必要帶寬發(fā)射類別發(fā)射類別 基本特性附加特性 其前四位字符表示必要帶