馬樂

國家新聞出版廣電總局203臺 內(nèi)蒙古 呼和浩特市 010070

無線電信號跟蹤定位系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

馬樂

國家新聞出版廣電總局203臺 內(nèi)蒙古 呼和浩特市 010070

本文提出了一種基于多站交匯定位的無線電信號跟蹤定位系統(tǒng)設(shè)計，從體系結(jié)構(gòu)、WEB程序設(shè)計和聯(lián)網(wǎng)服務(wù)程序設(shè)計等方面對該系統(tǒng)作重點闡述，并結(jié)合實際應(yīng)用測試，論證該系統(tǒng)在中短波廣播監(jiān)測中的重要作用。

無線電信號 跟蹤定位 設(shè)計與應(yīng)用

引言

無線電測向是利用無線電測量設(shè)備測定目標(biāo)無線電信號的來波方向。根據(jù)不同的測向方法，將測向體制分為幅度比較法測向體制、沃特森—瓦特測向體制、干涉儀測向體制、多普勒測向體制和空間譜測向體制等。其中，干涉儀測向體制以及問世不久的空間譜測向體制，因其具有測向靈敏度高、速度快和抗干擾性強等特點，成為目前無線電監(jiān)測中的主流測向體制。

基于單站的干涉儀測向站或是空間譜測向站，僅能獲取到無線電信號的來波方向，無法對其實際發(fā)射地點進行精確定位。對于無線電監(jiān)管部門，這顯然是不夠的。那么，有沒有一種方法可以實現(xiàn)無線電信號的精確定位呢？本文將立足總局監(jiān)管中心實際，設(shè)計一種基于多站交匯定位的無線電信號跟蹤定位系統(tǒng)。

1 設(shè)計思路

無線電信號跟蹤與定位系統(tǒng)由若干測向站與中心定位站組成，由測向站測量來波方向，中心定位站通過內(nèi)網(wǎng)統(tǒng)一指揮多個測向站進行測向，并根據(jù)測向站回傳的測向結(jié)果進行交匯定位。如圖1所示。系統(tǒng)軟件應(yīng)基于先進的計算機技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實用性強，有良好的可擴展性和安全性，可大大提高無線電信號監(jiān)測管理工作的效率，較好地滿足各監(jiān)測臺監(jiān)測工作的需要。

圖1 系統(tǒng)總體框架

2 體系結(jié)構(gòu)

無線電信號跟蹤與定位系統(tǒng)軟件在整體上分為兩部分：WEB服務(wù)端和聯(lián)網(wǎng)服務(wù)程序。WEB服務(wù)端和聯(lián)網(wǎng)服務(wù)程序均運行在中心站，聯(lián)網(wǎng)服務(wù)程序通過測向站控制接口（中轉(zhuǎn)）與測向站進行通信，WEB服務(wù)端進行各種監(jiān)測相關(guān)操作需要先通過聯(lián)網(wǎng)服務(wù)程序再與中轉(zhuǎn)通信。如圖2所示

圖2 系統(tǒng)軟件體系結(jié)構(gòu)圖

測向站的DFTP接口服務(wù)程序?qū)β?lián)網(wǎng)服務(wù)程序是透明的，位于中轉(zhuǎn)位置的監(jiān)測站控制接口根據(jù)總局監(jiān)管中心發(fā)布的DFTP協(xié)議自行開發(fā)。

3 WEB程序設(shè)計

無線電廣播信號跟蹤與定位系統(tǒng)WEB程序是用戶使用系統(tǒng)軟件的主界面，在該界面中完成各種資料以及各種監(jiān)測業(yè)務(wù)的處理。WEB程序采用B/S（Browser/Server）結(jié)構(gòu)，即瀏覽器和服務(wù)器結(jié)構(gòu)。它是隨著Internet技術(shù)的興起而對C/S結(jié)構(gòu)的一種變化或者改進的結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)下，用戶工作界面通過WWW瀏覽器來實現(xiàn)，極少部分事務(wù)邏輯在瀏覽器前端（Browser）實現(xiàn)，主要事務(wù)邏輯在服務(wù)器端（Server）實現(xiàn)，形成所謂三層3-tier結(jié)構(gòu)。這樣大大簡化了客戶端電腦載荷，減輕了系統(tǒng)維護與升級的成本和工作量，降低了用戶的總體成本。B/S結(jié)構(gòu)是一次到位開發(fā)，能實現(xiàn)不同人員，從不同地點，以不同的接入方式（比如LAN、WAN、Internet/Intranet等）訪問和操作共同的數(shù)據(jù)庫，能有效地保護數(shù)據(jù)平臺和管理訪問權(quán)限，服務(wù)器數(shù)據(jù)庫也很安全。特別是在JAVA這樣的跨平臺語言出現(xiàn)之后，B/S架構(gòu)管理軟件更為方便、快捷和高效。

3.1 功能設(shè)計

系統(tǒng)由測向管理、基礎(chǔ)資料管理、信息查詢和系統(tǒng)管理四個主要功能模塊構(gòu)成。

3.1.1測向管理

測向管理需要至少具備實時測向和設(shè)定任務(wù)測向兩項功能。其中，實時測向用于實時對單頻點選擇單站或多站手動測向，可以設(shè)定測向參數(shù)和同頻多址參數(shù)。設(shè)定任務(wù)測向功能則是根據(jù)已設(shè)定好的頻點或者廣播運行圖自動進行測向，并將測向結(jié)果進行保存。如圖3所示。

圖3 單站測向界面

3.1.2基礎(chǔ)資料管理

基礎(chǔ)資料管理主要包括測向站管理、電源管理、發(fā)射臺管理和運行圖管理等功能。主要手段是通過對數(shù)據(jù)庫進行操作，將測向站參數(shù)、發(fā)射臺參數(shù)及運行圖信息錄入數(shù)據(jù)庫，供測向時參考和調(diào)用。

3.1.3信息查詢

信息查詢主要用于查詢測向站執(zhí)行狀態(tài)和任務(wù)執(zhí)行狀態(tài)，以方便使用者了解測向工作運行情況。

3.1.4系統(tǒng)管理

系統(tǒng)管理主要包括部門管理、用戶管理、角色管理、日志管理和系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置等信息，可以分別針對部門、用戶和角色進行功能授權(quán)，防止出現(xiàn)非授權(quán)操作。

4 聯(lián)網(wǎng)服務(wù)程序設(shè)計

聯(lián)網(wǎng)服務(wù)程序是一個單獨的程序，又稱作應(yīng)用服務(wù)器，具有多用戶、多任務(wù)、后臺執(zhí)行、開機啟動和穩(wěn)定性要求高等特點。聯(lián)網(wǎng)服務(wù)程序是無線電廣播信號跟蹤與定位系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)的重要組成部分，其涉及軟件技術(shù)面較廣，有一定難度。

用戶使用WEB瀏覽器連接WEB服務(wù)器，通過WEB服務(wù)器向系統(tǒng)應(yīng)用服務(wù)器申請設(shè)備資源，獲得使用權(quán)限后通過DFTP協(xié)議向各個設(shè)備集成商的DFTP服務(wù)接口發(fā)送測向指令，各個設(shè)備集成商的DFTP服務(wù)接口接收到測向指令后，轉(zhuǎn)換成各自獨立的指令發(fā)向設(shè)備。當(dāng)設(shè)備返回測向數(shù)據(jù)后，各個設(shè)備集成商的DFTP服務(wù)接口把各自的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換成DFTP的標(biāo)準(zhǔn)格式，發(fā)送測向數(shù)據(jù)給系統(tǒng)應(yīng)用服務(wù)器，系統(tǒng)應(yīng)用服務(wù)器再把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給WEB服務(wù)器，最后通過WEB服務(wù)器發(fā)送到用戶的WEB瀏覽器。若有交匯定位要求，系統(tǒng)應(yīng)用服務(wù)器會把測向結(jié)果發(fā)給地圖服務(wù)器，從地圖服務(wù)器取得交匯點信息。如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)組網(wǎng)示意圖

聯(lián)網(wǎng)程序服務(wù)主要有五個功能：實時監(jiān)測中轉(zhuǎn)、任務(wù)自動處理、用戶和設(shè)備資源管理、GIS服務(wù)器管理和交匯定位處理。

實時監(jiān)測中轉(zhuǎn)服務(wù)負(fù)責(zé)在WEB客戶端訪問設(shè)備時進行通信的中轉(zhuǎn)。即每個用戶都不能直接與監(jiān)測站設(shè)備通信，只能連接到實時監(jiān)測中轉(zhuǎn)服務(wù)，然后由實時監(jiān)測中轉(zhuǎn)服務(wù)與設(shè)備連接。實時監(jiān)測中轉(zhuǎn)服務(wù)可以提供數(shù)據(jù)共享，其他用戶可以實時查看正在監(jiān)測的數(shù)據(jù)。

任務(wù)自動處理完成用戶制定的常規(guī)任務(wù)和設(shè)定任務(wù)的自動處理，任務(wù)開始時間到自動開始執(zhí)行，任務(wù)結(jié)束時間到立即停止任務(wù)。任務(wù)執(zhí)行完后保存任務(wù)數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)庫。

用戶和設(shè)備資源管理是指測向網(wǎng)內(nèi)各類用戶，都需通過應(yīng)用服務(wù)器統(tǒng)一進行注冊，統(tǒng)一分配測向資源。應(yīng)用服務(wù)器需定時查詢各測向設(shè)備的狀態(tài)。每個用戶要使用設(shè)備，都必須先到應(yīng)用服務(wù)器申請授權(quán)，獲得權(quán)限后，才可使用設(shè)備。

GIS服務(wù)器管理和交匯定位處理，是指由5臺GIS/交會定位服務(wù)器組成GIS/交會定位服務(wù)器群，由系統(tǒng)自動進行統(tǒng)一管理與分配，完成測向結(jié)果的自動交匯定位。實時掃描測向結(jié)果表，沒有交匯的頻率，把測向結(jié)果送到GIS服務(wù)器，完成交匯定位。

5 系統(tǒng)應(yīng)用

目前，無線電信號跟蹤定位系統(tǒng)在廣電行業(yè)的應(yīng)用主要集中在中短波頻段，尤其是短波。由于依靠天波進行傳播，具有傳播距離遠(yuǎn)，不受地域限制的特點，往往會作為測向的重點。對于實現(xiàn)中短波信號跟蹤定位，為使測量結(jié)果更加準(zhǔn)確，應(yīng)盡可能多的調(diào)用測向站（不少于3個測向站）對目標(biāo)信號進行同時測向。同時，所調(diào)用各站應(yīng)分布于相隔較遠(yuǎn)的地理位置。通過對該系統(tǒng)進行累積100頻次（同頻多址31頻次、單頻單址69頻次）的聯(lián)網(wǎng)測試，統(tǒng)計出同頻多址的包含欲測部分臺址率為83.87%；單頻單址的包含欲測部分臺址率為95.65%。總體包含欲測部分臺址率達(dá)到92%，是中短波廣播監(jiān)測工作的重要助手。如表1。

結(jié)束語

基于多站交匯定位的無線電信號跟蹤定位系統(tǒng)能夠有效利用現(xiàn)有測向站資源，通過聯(lián)網(wǎng)整合實現(xiàn)對無線電信號的跟蹤定位，是一種科學(xué)可行的技術(shù)方案。隨著各國廣播的快速發(fā)展和國際斗爭的日益復(fù)雜，無線電信號的跟蹤定位必將愈加重要。目前，已投入運行的系統(tǒng)雖能滿足監(jiān)測工作的需要，但也存在偽交匯結(jié)果較多，定位準(zhǔn)確度有待進一步提高的問題，需要我們不斷學(xué)習(xí)研究和改進。

表1 短波信號跟蹤定位系統(tǒng)測試表

[1]馮小平，楊紹全.《通信對抗原理》.西安：西安電子科技大學(xué)出版社.2009-08

[2]楊瑞.《無線電信號處理算法》. 西安：西安電子科技大學(xué)出版社.2006

[3]梁興柱.《VisualC++.NET程序設(shè)計》.北京：清華大學(xué)出版社.2010-08

審稿人：魏朝輝 內(nèi)蒙古新聞出版廣電局監(jiān)管中心正高級工程師

責(zé)任編輯：王學(xué)敏

TN98

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2096-0751（2016）11-0020-04

馬 樂 國家新聞出版廣電總局203臺 助理工程師