分布式感知与融合的区域频谱监测系统

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分布式感知与融合的区域频谱监测系统随着移动互联网、物联网的发展，空间电磁环境也日益复杂，电磁空间的管理面临严峻挑战。无线电干扰、无人机黑飞、伪基站等严重影响频谱安全和通信安全，民航、高铁等干扰事件层出不穷。针对上述挑战，本团队基于核心创新算法，建立了一个分布式感知与融合的区域频谱监测系统。

目录

案例简介

本系统主要由三部分组成：无线电监测模块、数据融合定位模块以及终端可视化设备模块。主要功能可以总结为：利用分布式频谱监测节点，实现频谱的实时监测，并能识别出异常信号，确认监测到信号后，采集数据并上传到主机端保存，再通过分布式频域数据融合，对异常信号进行精准定位与跟踪，并且区域频谱认知软件平台可实时显示异常信号位置及态势。

技术和创新点

本系统具有三个关键技术创新点。一是分布式数据融合技术，将多个节点采集的数据融合后再进行处理，充分利用数据中蕴含的辐射源位置信息。二是高精度辐射源定位与跟踪技术，利用直接定位算法和相关峰慢变结合卡尔曼滤波的目标跟踪算法，结合该系统采集到的实测数据，可以得到精确的定位点和平滑的运动轨迹。三是区域频谱认知软件平台，使得系统高度集成化，可以做到实时采集、实时处理、实时显示。

结果表明，本系统能够发现、识别、定位、跟踪异常辐射源，为排查非法无线电干扰源设备提供有力技术支持，保障电磁频谱安全。并且本系统可以进行功能拓展，应用到民航、高铁、卫星等干扰监测和定位之中，可拓展性强，应用范围广，具有广阔的应用前景。

系统设计

分布式感知与融合的区域频谱监测系统软硬件结合，硬件设备主要负责信号的监测、接收与传输等工作，软件部分主要负责设备的控制，频谱的显示，数据的处理等工作。本系统在软硬件的支撑下，旨在实时监测与分析电磁环境，做到异常辐射信号的发现识别与定位跟踪，保障电磁频谱空间的安全。

系统架构

整个系统可以分为以下三个部分：无线电监测模块、数据融合定位模块以及终端可视化模块。

1. 无线电监测模块：监测系统采用分布式天线，每个节点接收机由一个全向天线及硬件处理设备构成。接收机采用零中频结构，可以将所接收射频频段信号直接正交变频到低频，然后通过高速对同相支路和正交支路 分别采样，采样后数据利用 软件系统上传到上位机，变成以 表格形式后传送至数据处理中心。

2. 数据融合定位模块：这个模块的步骤主要分为以下几个：第一，首先将采集得到的数据按照时间，监测空间区域的位置分组存储好数据；第二，对分组后的数据进行 变换，得到相应的频域数据，并对各个节点接收的频域数据进行数据融合；第三，使用直接定位的方法对数据进行处理，得到目标干扰源的坐标位置，并将坐标保存。

3. 终端可视化模块：根据上一步得到的三维坐标结果，将其转换为经纬度数据，并在卫星实地地图上标注出干扰源设备的实际位置。用 、 与 来制作 界面，

通过 网页界面对定位结果进行直观的展示。在确定异常信号位置后，进一步执行有效管控或处理，反馈给相关职能部门。

际环境下的信号是复杂多变的，节点所受到的信号存在许多干扰，包括多径效应，杂波信号，环境噪声等等，因此对其的分析也变得十分困难，本章将利用该系统监测节点采集的实测数据对目标信源进行定位和跟踪分析。

测试环境

测试环境为如图 7.1 所示的室外环境，在实际环境下，分别于两个天台和两个地面搭建了监测节点，分别为北边天台节点一、南边天台节点二、北边地面节点三、南边地面节点四，后续又加入四个节点，总共八个节点，使用矢量信号发生器在操场上进行静止或移动定位。

本系统主要由三部分组成：无线电监测模块、数据融合定位模块以及终端设备的定位结果可视化模块。整个系统的主要工作流程为：首先在主机端通过远程连接打开并控制八个分布式频谱监测节点；接着打开节点端的频谱监测软件实时显示特定频段的信号时域频域波形，确定系统检测到异常信号后；接着打开节点端 数据传输软件，主机端开始数据的采集与存储；利用直接定位算法对数据进行处理，定位出异常辐射源信号，并通过区域频谱认知软件平台实时显示出异常辐射源信号位置及态势：针对移动目标辐射源，利用相关峰慢变结合卡尔曼滤波的目标跟踪算法处理数据，得到目标轨迹的最佳估计，完成目标跟踪。

应用场景

本系统需要将各个部分模块化，使得本系统能够快速应用到如重大活动保障、民航、高铁场所等其他重要场景的电磁频谱安全防护，验证完善系统的多场景应用。