【頻譜監(jiān)測技術(shù)探究的國內(nèi)外文獻(xiàn)綜述4600字】

頻譜監(jiān)測技術(shù)研究的國內(nèi)外文獻(xiàn)綜述目錄TOC\o"1-2"\h\u22864頻譜監(jiān)測技術(shù)研究的國內(nèi)外文獻(xiàn)綜述 121631.1頻譜監(jiān)測系統(tǒng)研究現(xiàn)狀 111291.2頻譜監(jiān)測方法研究現(xiàn)狀 328443參考文獻(xiàn) 61.1頻譜監(jiān)測系統(tǒng)研究現(xiàn)狀隨著我國無線通信技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展,頻譜數(shù)據(jù)資源日趨緊張,因此全世界各個(gè)國家都對(duì)頻譜監(jiān)測管理工作十分重視,期望能對(duì)頻譜資源實(shí)現(xiàn)更加高效合理的利用,這促使了對(duì)頻譜監(jiān)測系統(tǒng)或頻譜分析儀的大力研究。頻譜監(jiān)測管理系統(tǒng)最先應(yīng)用于航空領(lǐng)域,其典型代表是美國航空管理局在上世紀(jì)末研發(fā)的頻譜監(jiān)測系統(tǒng)IMDS(InterferenceMonitoringDetectionSystem),該系統(tǒng)由多個(gè)地面監(jiān)測站和監(jiān)測飛機(jī)組成,可以不斷的對(duì)航空通信的頻譜信息進(jìn)行監(jiān)測,對(duì)非法信號(hào)進(jìn)行報(bào)警,防止異常干擾來確保航空安全。美國前任總統(tǒng)奧巴馬在2013年提出要擴(kuò)大美國在無線電領(lǐng)域創(chuàng)新的領(lǐng)導(dǎo)地位,計(jì)劃在全美范圍內(nèi)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測頻譜,T.

cooklev等人于2015年根據(jù)《國家遙感與通訊及信息監(jiān)測管理局》,NTIA)的試點(diǎn)計(jì)劃提出了一個(gè)基于云計(jì)算的穩(wěn)定的頻譜監(jiān)測超級(jí)系統(tǒng)。美國在高頻頻譜計(jì)量監(jiān)控技術(shù)以及高頻頻譜監(jiān)控技術(shù)等各個(gè)方面均處于國際的領(lǐng)先水平,美國建立了頻譜管理單位和頻譜監(jiān)測管理系統(tǒng),來促使人們和無線電機(jī)構(gòu)更規(guī)范的使用頻譜資源,并開發(fā)了多款配套頻譜監(jiān)測應(yīng)用軟件來監(jiān)控?zé)o線電頻譜,識(shí)別非法信號(hào),保證合理的利用頻譜資源。美國泰克(tektronix)有限公司生產(chǎn)sa2600手持式實(shí)時(shí)頻譜分析儀,利用WindowsCE嵌入式操作系統(tǒng)和ARM平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了對(duì)頻譜的高性能分析。

sa2600可以控制在10khz-6.2ghz的頻率范圍內(nèi),采用最高20MHz的實(shí)時(shí)帶寬進(jìn)行頻譜監(jiān)測,可以偵聽到500us最短周期的瞬時(shí)事件。SA2600增加了觸摸屏,能夠?qū)崿F(xiàn)良好的人機(jī)交互,不僅采用了泰克專有的DPX顯示技術(shù),還嵌入了GIS離線地圖來實(shí)現(xiàn)定位功能。美國安捷倫(Agilent)公司研制的N9342C頻譜分析儀,不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)頻譜的常規(guī)監(jiān)測,內(nèi)部堅(jiān)固的無風(fēng)扇設(shè)計(jì)特點(diǎn)還使其能夠在更加惡劣的場景中良好運(yùn)作。N9342C可以監(jiān)測100kHz-7GHz的頻率范圍的信號(hào),頻段掃描時(shí)間少于2ms,還配備了7.2寸的LCD顯示屏,實(shí)現(xiàn)信號(hào)的良好顯示。該頻譜分析儀利用GPS實(shí)了定位功能,還可以實(shí)時(shí)記錄并回放監(jiān)測到的信號(hào)頻譜,可以使用戶能更快的發(fā)現(xiàn)瞬時(shí)信號(hào)。英國CRFS公司研發(fā)的RFeye智能化網(wǎng)格頻譜監(jiān)測系統(tǒng),可以實(shí)現(xiàn)全天候?qū)崟r(shí)頻譜監(jiān)測,并使用顏色與頻段的映射來反映地區(qū)內(nèi)頻段的分布,還具有定位非法干擾源的功能。

rfeye這一系列的應(yīng)用程序軟件能夠與頻譜監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中任何一個(gè)位置的接收器相互連接,在10mhz-6ghz的頻率上對(duì)其進(jìn)行了監(jiān)測和分析,整個(gè)頻段掃描時(shí)間少于100ms,以此獲取某個(gè)地點(diǎn)頻譜的使用情況。德國羅德與施瓦茨(R&S)公司的UMS200無線電監(jiān)測系統(tǒng)可以配合ARGUS監(jiān)測軟件來監(jiān)測9kHz-7.5GHz頻率范圍內(nèi)的頻譜使用情況,該無線電監(jiān)測系統(tǒng)可以通過配置不同的硬件軟件參數(shù)來應(yīng)對(duì)不同的監(jiān)測場景,同樣可以實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測目標(biāo)的定位功能。日本安立(anritsu)公司自主研發(fā)的ms272c手持頻譜儀,頻率監(jiān)視范圍一般為9khz-20ghz,分辨率帶寬最小可以設(shè)置為1hz-10mhz,寬帶前置放大器的靈敏度也得到了約20db的改善,具有三種掃描模式:快掃、正常和nofft,可以很好地滿足不同的對(duì)于測量要求,通過較大的圖像標(biāo)記顯示增強(qiáng)了ui的顯示效果,能夠檢測突發(fā)信號(hào)。國內(nèi)的頻譜監(jiān)測管理沒有國外開始的早,在時(shí)間上相對(duì)處于劣勢(shì)。無線電通信條例修訂委員會(huì)于1987年正式在中國北京市正式成立,此后國內(nèi)的民用無線電和視頻監(jiān)控通訊技術(shù)才真正逐步開始了快速的穩(wěn)步發(fā)展。經(jīng)過三十多年的發(fā)展,全國各主要城市都建立了無線電監(jiān)測站,能夠?qū)⒐潭ūO(jiān)測節(jié)點(diǎn)接收的頻譜數(shù)據(jù)統(tǒng)一分析,利用無線電監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)頻譜信號(hào)的全面監(jiān)測。得益于國家對(duì)頻譜監(jiān)測管理的重視,國內(nèi)很多公司和單位開始自主研發(fā)頻譜監(jiān)測設(shè)備,并不斷完善功能,軟硬件結(jié)合實(shí)現(xiàn)了對(duì)頻譜資源的監(jiān)測及分析。目前我國的頻譜監(jiān)測技術(shù)與歐美發(fā)達(dá)國家仍有一定差距,但是也取得了大力的發(fā)展。普源精電(rigol)有限公司生產(chǎn)的dsa-030a頻譜分析儀由于體積較小且簡單便攜,頻率檢測范圍可設(shè)置為9khz-3ghz,最小分辨率帶寬為10hz,全幅度不確定性小于1db,可以通過不同顏色的軌跡線來觀察改變RBW對(duì)頻譜的影響,還可以顯示光譜圖、瀑布圖。

dsa-000a作為一款新型高性能、經(jīng)濟(jì)的頻譜分析儀器電子產(chǎn)品,具有更高的性價(jià)比,得到了較為廣泛的應(yīng)用。安泰信(atten)公司生產(chǎn)的at5005頻譜分析儀,通常是顯示沒有經(jīng)過處理的原始信號(hào)的信息,頻率范圍大約為150khz-1050mhz,可用于電磁兼容測試、發(fā)射接收器測量和對(duì)信號(hào)的偵聽,能直接地觀察到輸入信號(hào)的頻域和波形,可廣泛應(yīng)用于高中教育科研技術(shù)領(lǐng)域,中電54所有企業(yè)都是自主開發(fā)的sr04-02監(jiān)視分析接收器能夠?qū)?khz-3ghz頻率范圍內(nèi)的定頻信號(hào)實(shí)現(xiàn)監(jiān)測,進(jìn)一步就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)其特征的分析、參數(shù)的測量、截獲跳頻信號(hào)和多種調(diào)制信號(hào)解調(diào)等功能。中電41所研制的AV4036頻譜分析儀,頻率測量范圍可達(dá)3Hz-40GHz,采用全數(shù)字中頻處理技術(shù)和自動(dòng)校準(zhǔn)技術(shù),減小了誤差并增強(qiáng)了環(huán)境適應(yīng)性,集合成信號(hào)源和頻率分析于一體,能夠?qū)V波器、混頻器等部件進(jìn)行參數(shù)分析,實(shí)時(shí)保存測量結(jié)果,提高了我國頻譜監(jiān)測的技術(shù)水平。雖然國內(nèi)的頻譜監(jiān)測技術(shù)已經(jīng)得到了迅猛的發(fā)展,但是與國外仍然還有一定的差距,國內(nèi)頻譜監(jiān)測裝置中還存在一些問題,如:其功能比較單一,沒有把頻譜分析和信號(hào)頻譜監(jiān)測緊密地融入其中;體積較大,不太適于進(jìn)行野外操作;價(jià)格雖然比較低,但是性能不是很好。中電41所研制的頻譜監(jiān)測設(shè)備能實(shí)現(xiàn)對(duì)寬頻帶的快速掃描,相應(yīng)的頻譜點(diǎn)數(shù)據(jù)量也大大增加,使上層軟件的設(shè)計(jì)加大了難度,此時(shí)頻譜監(jiān)測軟件就需要提高數(shù)據(jù)處理的速度,并可以有效的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。現(xiàn)代頻譜監(jiān)測系統(tǒng)中軟件的主要任務(wù)包括:能夠?qū)崿F(xiàn)多種掃描模式來滿足不同的監(jiān)測需求;能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)信號(hào)的良好顯示;能夠?qū)ΡO(jiān)測頻段進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,反映頻譜使用情況;能夠?qū)崟r(shí)的檢測信號(hào)并識(shí)別分類;能夠?qū)ΡO(jiān)測到的信號(hào)進(jìn)行有效存儲(chǔ);能夠?qū)崿F(xiàn)和底層硬件的通信,下發(fā)控制命令及接收上傳數(shù)據(jù);需要符合國際電訊聯(lián)盟(InternationalTelecommunicationUnion,ITU)的測試要求。因此本文基于軟件無線電的頻譜監(jiān)測系統(tǒng)研究就具有重要的實(shí)際意義。1.2頻譜監(jiān)測方法研究現(xiàn)狀頻譜監(jiān)測技術(shù)方法是對(duì)頻譜監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要理論依據(jù)和技術(shù)支撐,在理論上確立了頻譜監(jiān)測的準(zhǔn)確性和實(shí)施效果,因此我們有必要積極開展相關(guān)頻譜監(jiān)測技術(shù)方法研究。本文中,頻譜監(jiān)視技術(shù)的應(yīng)用主要涉及到兩個(gè)方面,即頻譜檢測與調(diào)制辨認(rèn)。認(rèn)知式無線電中,頻譜檢測的方法大致可以劃分為兩類,即主用戶發(fā)射端檢測、主用戶接收端檢測和多點(diǎn)協(xié)作檢測三類,其中主用戶發(fā)射端檢測則是目前較為常見的一種頻譜檢測方法,它們包括了能量檢測、匹配濾波檢測、循環(huán)平穩(wěn)檢測等。能量檢測技術(shù)是最基本的一種傳統(tǒng)信號(hào)檢測技術(shù),通過直接計(jì)算信號(hào)一段時(shí)間內(nèi)所受到的接收信號(hào)的能量,從而判斷出該信號(hào)之所以存在,具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,運(yùn)算方便等優(yōu)勢(shì)。但是由于能量檢驗(yàn)法的抗噪特性不佳,當(dāng)信噪比過低時(shí),即便增加積累時(shí)間該算法的檢測性能也不會(huì)變好。D.O.North在1943年首次提出匹配濾波器的概念,將匹配濾波器應(yīng)用于信號(hào)檢測領(lǐng)域使輸出的信噪比最大,實(shí)現(xiàn)最優(yōu)檢測,這種方法被稱為匹配濾波檢測。匹配濾波檢測實(shí)際上采用了相干法進(jìn)行檢測,該算法的檢測效率比較高,但該算法在檢測信號(hào)時(shí)還需要有足夠的先驗(yàn)知識(shí),存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜,實(shí)用性不強(qiáng)的缺點(diǎn)。W.A.gardner于1975年后他提出了一種基于循環(huán)平穩(wěn)光譜信號(hào)的分子光譜學(xué)和相關(guān)化學(xué)理論[28],通過信號(hào)的循環(huán)。平穩(wěn)特征和譜相關(guān)函數(shù)區(qū)分信號(hào)和噪聲來實(shí)現(xiàn)信號(hào)檢測。

gardner在1988年首次提出了一種特征檢測的理論和技術(shù)框架,基于循環(huán)平穩(wěn)的特征可以利用多種檢測方法來直接實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的檢測,開展了更為深入的研究。循環(huán)平穩(wěn)檢測算法的抗噪特性相對(duì)比較優(yōu),但是其計(jì)算錯(cuò)誤量大,過程復(fù)雜,不太適合進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測。隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展,通信信號(hào)的調(diào)制識(shí)別在信號(hào)監(jiān)測、分析中發(fā)揮著越來越重要的作用。C.S.

weaver在1969年首次發(fā)表并提出了基于調(diào)制模型和方式的自動(dòng)識(shí)別理論,通過模型識(shí)別的技術(shù)手段來實(shí)現(xiàn)調(diào)制識(shí)別。A.K.

Nandi和E.

E.

azzouz在1995年至1998年間分別發(fā)表了多篇論文來深入地研究模擬通信信號(hào)的調(diào)制和識(shí)別,提出了九個(gè)基本的特征參數(shù),對(duì)幾種常見的模擬信號(hào)和一些數(shù)字信號(hào)的調(diào)制識(shí)別方式也進(jìn)行了分析和鑒定,為后續(xù)研究奠定了基礎(chǔ)。V.Ramakomar在1999年提出了三個(gè)新的特征參數(shù)用于改善數(shù)字調(diào)制方式信號(hào)的自動(dòng)識(shí)別。調(diào)制識(shí)別的方法般認(rèn)為可以劃分兩類:基于假設(shè)檢測的最高似然方法和基于特征提取的模式識(shí)別?；谪惾~斯假設(shè)檢驗(yàn)的最大似然方法的一個(gè)核心思想就是:通過計(jì)算似然的函數(shù),根據(jù)貝葉斯的代價(jià)最低準(zhǔn)則,與合適門限相結(jié)果進(jìn)行判斷,識(shí)別不同的調(diào)制方法。此種方法的理論完備,在貝葉斯最小代價(jià)準(zhǔn)則下實(shí)現(xiàn)效果最優(yōu),但是似然函數(shù)復(fù)雜,計(jì)算難度大,需要很多先驗(yàn)證的知識(shí),算法的性能仍然主要依靠模型的正確構(gòu)造和對(duì)參數(shù)準(zhǔn)確的估計(jì),穩(wěn)健度相對(duì)較差?；谔卣魈崛〉哪Ｊ阶R(shí)別技術(shù)方法主要包括特征提取和調(diào)制分類識(shí)別兩個(gè)大部分共同組成,而對(duì)特征調(diào)制模式識(shí)別的重點(diǎn)就在于如何提取出具有特征的參數(shù),因此根據(jù)不同的特征提取方法可對(duì)此類方法進(jìn)一步劃分。分類特征識(shí)別的技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)是小型分類器模式設(shè)計(jì),根據(jù)不同調(diào)制特征參數(shù)模式可以對(duì)不同特征調(diào)制參數(shù)模式下的大型分類器數(shù)據(jù)進(jìn)行不同的小型分類,其中小型分類器主要采用包括決策樹、支撐樹和向量機(jī)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等多種分類方法。此類方法過程清晰,計(jì)算簡單并易于實(shí)現(xiàn),信噪比較高時(shí)特征明顯,可根據(jù)信噪比調(diào)整特征門限進(jìn)行分類識(shí)別?；谔卣魈崛〉哪Ｐ妥R(shí)別技術(shù)根據(jù)各種特征提取的方法可以進(jìn)一步細(xì)化為:基于時(shí)域的頻域基本統(tǒng)計(jì)量、星座圖特征、高階累加值、循環(huán)絡(luò)特征、循環(huán)光譜特征、小波變換等。L.X.

wang在2009年基于一種高階累計(jì)量和支持向量機(jī)的技術(shù)手段來識(shí)別數(shù)字調(diào)制信號(hào),當(dāng)信噪比系數(shù)值大于10db時(shí),識(shí)別率控制到97.5%以上。趙雄文等在2016年基于高階累計(jì)量和循環(huán)譜的混合調(diào)制識(shí)別方法對(duì)五種數(shù)字調(diào)制信號(hào)進(jìn)行了識(shí)別,當(dāng)信噪比大于5dB時(shí),識(shí)別率在94%以上。譚曉衡等人在2018年基于高階累積量和小波變換利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行調(diào)制識(shí)別,在低信噪比條件下仍具有較佳的識(shí)別效果。基于時(shí)域和頻域基本進(jìn)行統(tǒng)計(jì)量的分析方法,簡單直觀,計(jì)算誤差量小,適合于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析,但是其抗噪特性較差;基于星座圖的調(diào)制方法,可以準(zhǔn)確地區(qū)分幅值相位調(diào)制的信號(hào),但是當(dāng)信噪比較低時(shí),在一定的高階段會(huì)出現(xiàn)聚類模糊的現(xiàn)象;基于與高階累加值、循環(huán)累加值、循環(huán)光譜密切相關(guān)的計(jì)算方法,具有良好的耐腐蝕和防水性能,適合于信噪比較低的情況,但是計(jì)算誤差較大;基于小波變換的檢測方法,適用于突發(fā)信號(hào)進(jìn)行檢測和識(shí)別,其性能依賴于基小波的選取。參考文獻(xiàn)姜浩,張治.基于AD9361的軟件無線電平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電視技術(shù)，2015，39(15):51-54.唐俊,范紅,嚴(yán)杰,倪林,曹愛玲.AD9361在無線通信數(shù)字中繼器中的應(yīng)用[J].微型機(jī)與應(yīng)用,2016,35(04):98-100.楊勇,夏文龍,史曉荻,郭慶功.基于AD9361的智能屏蔽系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].太赫茲科學(xué)與電子信息學(xué)報(bào),2018,16(04):625-629.宋哲,曹旸,張志芳,朱鐵林.基于FPGA配置AD9361在小型無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈上的應(yīng)用[J].電視技術(shù),2018,42(10):125-128.劉波.一種寬帶零中頻接收前端設(shè)計(jì)與性能測試[D].華中科技大學(xué),2014.郜澤.基于AD9361的軟件無線電硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].四川:電子科技大學(xué),2015.劉健.基于ZYNQ與AD9361的微型頻譜監(jiān)測設(shè)備的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].電子科技大學(xué),2018.余方圍,唐英杰,任宏亮,