紐莉榮，李 蓉，夏 楠

（國(guó)家無(wú)線電監(jiān)測(cè)中心，北京 100037）

短波監(jiān)測(cè)定位工作的思考

紐莉榮，李 蓉，夏 楠

（國(guó)家無(wú)線電監(jiān)測(cè)中心，北京 100037）

本文研究了傳統(tǒng)的短波無(wú)線電監(jiān)測(cè)定位技術(shù)，分析了無(wú)線電監(jiān)測(cè)工作面臨的需求和挑戰(zhàn)。在此基礎(chǔ)上提出新型的短波TDOA監(jiān)測(cè)定位和電離層探測(cè)及頻率預(yù)測(cè)的系統(tǒng)建設(shè)規(guī)劃，以準(zhǔn)確、快速、高效地確定干擾源位置及可用的通信頻段。進(jìn)而提升頻譜資源管理的科學(xué)化、智能化，提高無(wú)線電管理服務(wù)水平。

短波監(jiān)測(cè)；TDOA定位；電離層探測(cè)；頻率預(yù)測(cè)

1 引言

近年來(lái)，無(wú)線電技術(shù)向國(guó)民經(jīng)濟(jì)各行業(yè)和社會(huì)生活各領(lǐng)域加速普及，推動(dòng)了經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展，豐富了人們的精神和物質(zhì)文化生活。隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展以及電子技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，電磁頻譜的作用越來(lái)越突出，電磁環(huán)境日益復(fù)雜[1-3]。如何有效提升無(wú)線電頻譜資源管理的精細(xì)化、規(guī)范化、科學(xué)化水平，有效應(yīng)對(duì)新時(shí)期無(wú)線電管理所面臨的挑戰(zhàn)，成為當(dāng)前乃至未來(lái)無(wú)線電管理工作的重點(diǎn)。

短波通信以其較強(qiáng)的抗毀能力和靈活的自主通信能力[4]，在無(wú)線電通信領(lǐng)域占有重要地位，在軍事、廣播、民航和氣象等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[5]。近年來(lái)，短波通信新技術(shù)、新業(yè)務(wù)層出不窮[6]，使得信號(hào)種類越來(lái)越多，電磁環(huán)境越來(lái)越復(fù)雜，頻譜資源越來(lái)越短缺，短波無(wú)線電干擾日漸增多。因此合理配置和組網(wǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)備，查處違章、違法短波設(shè)臺(tái)現(xiàn)象，特別是保障重要時(shí)期及重大活動(dòng)中的無(wú)線電信息安全，已成為我國(guó)短波監(jiān)測(cè)面臨的重要任務(wù)。

2 短波監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀

短波監(jiān)測(cè)是指探測(cè)、搜索、截獲無(wú)線電管理地域內(nèi)的短波信號(hào)，并對(duì)該信號(hào)進(jìn)行分析、識(shí)別、監(jiān)視以及獲取其技術(shù)參數(shù)、工作特征和輻射源位置等技術(shù)信息的活動(dòng)，是有效實(shí)施電磁頻譜管理的重要手段[7]。短波監(jiān)測(cè)網(wǎng)由固定監(jiān)測(cè)站、移動(dòng)監(jiān)測(cè)車、可搬移監(jiān)測(cè)站等多種系統(tǒng)組成，頻段范圍主要覆蓋3MHz-30MHz。傳統(tǒng)的短波監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由監(jiān)測(cè)測(cè)向系統(tǒng)、頻率臺(tái)站系統(tǒng)及基本的地理信息系統(tǒng)組成，系統(tǒng)功能較為簡(jiǎn)單。監(jiān)測(cè)測(cè)向系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)測(cè)向功能比較簡(jiǎn)單，對(duì)業(yè)務(wù)的適應(yīng)性不強(qiáng)；系統(tǒng)缺乏對(duì)電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)的評(píng)價(jià)、分析比對(duì)能力以及對(duì)重點(diǎn)業(yè)務(wù)頻段保護(hù)性監(jiān)測(cè)和預(yù)警能力；各分系統(tǒng)之間沒有形成完整的工作流程，自動(dòng)化程度低。比如，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)量較大時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)崩潰，造成監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)丟失。另外，現(xiàn)有的監(jiān)測(cè)短波系統(tǒng)雖然可以單站工作，也可以多站點(diǎn)聯(lián)合工作，但還沒有形成有效的數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)機(jī)制。

無(wú)線電技術(shù)應(yīng)用高速發(fā)展的新形勢(shì)給傳統(tǒng)的短波監(jiān)測(cè)方式帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)，只有不斷提升無(wú)線電監(jiān)測(cè)水平，才能適應(yīng)無(wú)線電管理工作的需要。為滿足無(wú)線電技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，本文探討了短波無(wú)線電監(jiān)測(cè)的新技術(shù)，包括短波TDOA監(jiān)測(cè)定位技術(shù)、電離層探測(cè)及預(yù)測(cè)技術(shù)。

3 短波TDOA監(jiān)測(cè)定位

短波測(cè)向定位是短波監(jiān)測(cè)的一項(xiàng)核心工作，國(guó)際上普遍采用中大基礎(chǔ)測(cè)向天線陣列技術(shù)[8]。但電磁環(huán)境的惡化，使得現(xiàn)有測(cè)向系統(tǒng)面臨著潛在的威脅。站址資源稀缺，很難滿足測(cè)向定位對(duì)背景噪聲的要求，極大地制約了短波監(jiān)測(cè)戰(zhàn)略規(guī)劃發(fā)展。為解決站址稀缺和電磁環(huán)境惡化的問題提出短波TDOA監(jiān)測(cè)定位技術(shù)。

短波TDOA監(jiān)測(cè)定位按照分布式多點(diǎn)數(shù)據(jù)融合思路，開發(fā)由信號(hào)同步采集、遠(yuǎn)距離高速數(shù)據(jù)傳輸和非線性優(yōu)化數(shù)據(jù)融合處理軟件組成的新型短波發(fā)射源定位系統(tǒng)，采用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，提高系統(tǒng)抗噪能力，改善現(xiàn)有測(cè)向定位系統(tǒng)對(duì)電磁環(huán)境依賴性強(qiáng)的問題。系統(tǒng)主要由短波信號(hào)采集和短波TDOA定位兩部分系統(tǒng)組成。短波信號(hào)采集系統(tǒng)主要用于多站頻譜綜合顯示以及信號(hào)同步采集，為干擾查找等工作提供原始、完整、有效的技術(shù)數(shù)據(jù)；短波TDOA定位系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)定位數(shù)據(jù)的優(yōu)化選擇、融合定位以及定位結(jié)果的綜合顯示，以便盡快確定干擾的位置?；驹頌橹骺貑卧ㄟ^“短波信號(hào)采集系統(tǒng)”對(duì)各子單元的短波信號(hào)頻譜進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，若發(fā)現(xiàn)異常信號(hào)，主控單元控制各子單元同步接收信號(hào)，并將采集到的信號(hào)輸入專用網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)，并傳送至主控單元。主控單元通過“短波TDOA定位系統(tǒng)”執(zhí)行參數(shù)測(cè)量和定位任務(wù)。

短波TDOA監(jiān)測(cè)定位系統(tǒng)不僅能夠?qū)Χ滩ㄐ盘?hào)進(jìn)行常規(guī)監(jiān)測(cè)和目標(biāo)定位，還可實(shí)現(xiàn)對(duì)突發(fā)情況的快速反應(yīng)、有效管控和準(zhǔn)確定位，具有環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、設(shè)備建設(shè)靈活、測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確可靠、干擾定位快速高效等特點(diǎn)。該系統(tǒng)可維護(hù)我國(guó)使用短波頻率資源的合法權(quán)益，保障重大活動(dòng)的順利進(jìn)行，加強(qiáng)敏感區(qū)域的監(jiān)控力度，完善無(wú)線電短波監(jiān)測(cè)和干擾查找的技術(shù)手段，有助于進(jìn)一步提升無(wú)線電管控能力，保障國(guó)家政治安全和社會(huì)發(fā)展穩(wěn)定。

4 電離層探測(cè)及預(yù)測(cè)

短波通信的無(wú)線電波依靠電離層反射來(lái)傳播，電離層是地球大氣被太陽(yáng)射線電離而形成的[9]。電離層中存在著大量的自由電子，既可以使穿越與其區(qū)域的高頻無(wú)線電波的速度、相位、傳播方向、振幅和偏振狀態(tài)發(fā)生明顯的變化，也可以反射低頻無(wú)線電信號(hào)[10]。電離層中電子密度的不均勻性會(huì)引起電離層介電常數(shù)、折射指數(shù)的隨機(jī)起伏，是影響無(wú)線電波傳播的重要因素。電子密度隨晝夜、季節(jié)、氣候、太陽(yáng)活動(dòng)產(chǎn)生變化，也存在自然環(huán)境或人為因素引起的偶然性變化[11]，使得無(wú)線電通信的傳播質(zhì)量表現(xiàn)極不穩(wěn)定，因此，積極監(jiān)測(cè)和研究電離層中的各種現(xiàn)象，熟悉電離層的各種性質(zhì)和變化規(guī)律，探索電離層不同時(shí)段對(duì)不同頻段無(wú)線電波的影響規(guī)律，對(duì)短波的正常通信及其頻率預(yù)測(cè)有至關(guān)重要的意義。

電離層探測(cè)及預(yù)測(cè)系統(tǒng)由數(shù)據(jù)中心和無(wú)線電監(jiān)測(cè)服務(wù)軟件組成。數(shù)據(jù)中心可接收主動(dòng)探測(cè)或GNSS被動(dòng)探測(cè)數(shù)據(jù)，檢查數(shù)據(jù)的完整性并匯總?cè)诤?，并可?duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行備份和維護(hù)。監(jiān)測(cè)服務(wù)軟件不僅可利用數(shù)據(jù)反演出特定區(qū)域的電離層變化情況并動(dòng)態(tài)顯示，而且可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算當(dāng)前或預(yù)測(cè)未來(lái)通信鏈路的可用頻率、發(fā)射臺(tái)站的覆蓋范圍、監(jiān)測(cè)臺(tái)站的監(jiān)測(cè)范圍等功能?；驹硎峭ㄟ^可用的電離層主動(dòng)探測(cè)或基于GNSS的被動(dòng)探測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)電離層特征參數(shù)的精確反演，構(gòu)造監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的電離層參數(shù)分布數(shù)據(jù)，利用有限的探測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)，結(jié)合合適的背景電離層參數(shù)模型和現(xiàn)實(shí)環(huán)境情況進(jìn)行分析，建設(shè)高精度的區(qū)域電離層探測(cè)方法，進(jìn)而預(yù)測(cè)出需要的短波通信頻率。

開展電離層及其對(duì)無(wú)線電波傳播影響的研究，建設(shè)可靠和穩(wěn)定的電離層探測(cè)及預(yù)測(cè)系統(tǒng)，不僅能夠更加快速、準(zhǔn)確地確定無(wú)線電通信的可用頻率，確保通信的連續(xù)可靠，提高通信的質(zhì)量和效率，而且對(duì)無(wú)人機(jī)偵查、傳播軍事情報(bào)等有十分重要的意義。掌握電離層的時(shí)空變化特性和規(guī)律，有利于尋找和克服電離層可能造成的災(zāi)難，預(yù)測(cè)影響人類生活的不利因素，進(jìn)一步推動(dòng)了電離層相關(guān)科學(xué)問題的解決。

5 結(jié)束語(yǔ)

短波TDOA監(jiān)測(cè)定位技術(shù)豐富了短波信號(hào)定位的技術(shù)手段，與現(xiàn)有的測(cè)向定位形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，提升高精度定位覆蓋范圍。電離層探測(cè)及預(yù)測(cè)技術(shù)提升短波監(jiān)測(cè)定位的精度，為短波應(yīng)急通信系統(tǒng)和TDOA定位系統(tǒng)提供技術(shù)支撐。通過對(duì)短波無(wú)線電監(jiān)測(cè)新技術(shù)的研究，以實(shí)現(xiàn)覆蓋面積全、技術(shù)先進(jìn)、布局合理、功能齊全、反應(yīng)快速、可靠高效的自動(dòng)化、智能化、綜合化的短波監(jiān)測(cè)定位系統(tǒng)，提供動(dòng)態(tài)、準(zhǔn)確、全面的頻譜監(jiān)測(cè)功能，進(jìn)一步提升頻譜管理和臺(tái)站管理水平，提高頻譜管理決策能力，加強(qiáng)無(wú)線電管理服務(wù)水平。

[1] 夏金祥，范志平．無(wú)線電頻譜利用面臨的問題、機(jī)遇與對(duì)策[J]．中國(guó)無(wú)線電，2006, 5: 4-11

[2] 楊潔，楊育．無(wú)線電頻譜資源管理研究現(xiàn)狀分析[J]．無(wú)線電工程，2008, 9: 51-54

[3] C Glaze. A Day without Spectrum [J]. Journal of Electronic Defense, 2010.

[4] 胡中豫．現(xiàn)代短波通信[M]．北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2003

[5] 劉思沉．短波寬帶測(cè)向算法研究及其實(shí)現(xiàn)[D]．西安電子科技大學(xué)，2010

[6] 董彬紅，李少謙．短波通信的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J]．太赫茲科學(xué)與電子信息學(xué)報(bào)，2007, 5(1): 1-5

[7] 張洪順，王磊．無(wú)線電監(jiān)測(cè)與測(cè)向定位[M]．西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2011

[8] 平良子，曾錦祥．無(wú)線電測(cè)向設(shè)備的現(xiàn)狀與發(fā)展[J]．航天電子對(duì)抗，1995, 2: 29-39

[9] 馬?？疲婋x層對(duì)電波傳播影響的相關(guān)問題研究[D]．西安電子科技大學(xué)，2013

[10] Juan J.M, A. Rius, Hernandez et al. A two layer model of the ionosphere using Global Positioning System data. Geophys [J]. Res. Lett, 1997, 24(4), pp: 393-396.

[11] Cathryn N. Mitchell and Paul S. J. Spencer. A three-dimensional timedependent algorithm for ionospheric imaging using GPS [J]. Annals of Geophysics, 2003, 46(4), pp: 687-696.

VMware與Pivotal拓展戰(zhàn)略聯(lián)盟

全球云基礎(chǔ)架構(gòu)和移動(dòng)商務(wù)領(lǐng)導(dǎo)廠商VMware，近日在Dell EMC World 2017大會(huì)上宣布與Pivotal合作交付“開發(fā)者就緒基礎(chǔ)架構(gòu)”。此外，VMware首席執(zhí)行官Pat Gelsinger還在Dell EMC World大會(huì)上發(fā)表主題演講，表示通過提高功能速度與服務(wù)等級(jí)、降低成本以及支持更加復(fù)雜的系統(tǒng)與應(yīng)用框架，“開發(fā)者就緒基礎(chǔ)架構(gòu)”化解了應(yīng)用開發(fā)者與IT運(yùn)營(yíng)團(tuán)隊(duì)之間的困擾。該架構(gòu)將全球最強(qiáng)大的云原生應(yīng)用平臺(tái)之一Pivotal Cloud Foundry與VMware軟件定義數(shù)據(jù)中心解決方案完美集于一身。

VMware首席執(zhí)行官Pat Gelsinger表示：“數(shù)字化轉(zhuǎn)型席卷各類企業(yè)，不論其規(guī)模大小。為順應(yīng)趨勢(shì)，各企業(yè)機(jī)構(gòu)必須為堅(jiān)如磐石的數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)架構(gòu)營(yíng)造最佳的現(xiàn)代化開發(fā)者環(huán)境，在開發(fā)者與IT部門之間創(chuàng)造協(xié)同效應(yīng)?！_發(fā)者就緒基礎(chǔ)架構(gòu)’彰顯了VMware與Pivotal為實(shí)現(xiàn)開發(fā)者與IT部門的合力而共同付出的重大努力：開發(fā)者將依托Pivotal現(xiàn)代云原生應(yīng)用平臺(tái)提高敏捷性，而與此同時(shí)IT部門將通過VMware首創(chuàng)的安全軟件定義數(shù)據(jù)中心輕松運(yùn)營(yíng)?！?/p>

On the Missions of Short-Wave Monitoring and Location Works

Niu Lirong, Li Rong, Xia Nan
(The State Radio Monitoring Center, Beijing, 100037)

This paper introduces the traditional short-wave radio monitoring and location technology, and analyzes the requirements and challenges of the radio monitoring. Then, short-wave monitoring and positioning system based on TDOA and ionospheric detection system are proposed. New systems can determine the location of interfering sources and the available communication frequency bands accurately, quickly and efficiently. Thereby enhance the scientific and intelligent management of spectrum resources and improve the level of radio management services.

Short-wave radio monitoring; Positioning system based on TDOA; Ionospheric detection; Frequency prediction

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2017.05.020

TN92，P165

A文章編碼：1672-7274（2017）05-0063-03

紐莉榮，女，1989年生，碩士研究生，國(guó)家無(wú)線電監(jiān)測(cè)中心助理工程師，主要從事無(wú)線電監(jiān)測(cè)技術(shù)研究工作。

李 蓉，女，1985年生，博士研究生，國(guó)家無(wú)線電監(jiān)測(cè)中心高級(jí)工程師，主要從事無(wú)線電監(jiān)測(cè)技術(shù)研究工作。

夏 楠，男，1983年生，博士研究生，國(guó)家無(wú)線電監(jiān)測(cè)中心高級(jí)工程師，主要從事無(wú)線電監(jiān)測(cè)技術(shù)研究工作。