信号分析在无线电监测工作中的应用

信号分析在无线电监测工作中的应用作者：周爽来源：《消费电子》2022年第05期众所周知，在现实生活中理想的信号是不存在的。

信号在传输过程中受噪声干扰及影响，会表现出一定的变化和杂乱。

这种变化表现出随着时间或频率变化的规律。

为了获取精准可靠的信息，需要采用时域分析法、变换域分析法、连续时间分析法、离散时间分析法等，对信号进行分析和处理。

近年来，随着新一代信息科学技术、电子技术、计算机技术、无线通信技术的发展，无线数据传输的标准越来越多。

不同类型的无线数据传输标准的应用场景不同，其优缺点也存在差异。

各类无线通信技术的发展加剧了无线电信号所受的干扰，无形中也增加了用户使用的不良体验。

为了解决无线电信号传输中所受的干扰问题，提高信号传输质量和传输安全，信号分析处理及无线电监测工作就显得非常必要。

研究信号分析在无线电监测工作中的应用对提高无线电自动化管理水平有着重要的意义。

（一）信号信号指任何携带信息的物理量。

信号分析处理就是从众多混合、杂乱的信息中提取或增强有用信息，并存储和传输有用信息的一种运算。

信号分析处理针对的是各类主流信号。

对不同类型信号处理需要采用对应的信号处理手段，并测量信号的中心频率、功率、宽带等时频域参数，确认调制类型、波特率、调制指数等调制域信息，获取信号源、信道编码、帧结构等编码域内容，最终实现解调与解码。

（二）信号分析处理的目的信息分析时通过解析方法或测试方法找出不同信号特征，并了解信号特征，掌握它随时间或频率变化的规律过程。

信号处理指通过对信号的变换和加工，将一个信号变换为另一个信号的过程。

信号分析处理本身就是为了特定的目的，通过一定的手段改造信号。

（三）信号分析处理的方法1.时频域分析法时频域分析法是一种借助信号分析仪获取时频图，再通过分析时频图获取信号频率、带宽、频谱形状、出现时间等参数的方法。

采用时频域分析法可以实现对信号调制样式的初步判定。

常见的模拟调制信号FM/AM、频率键控信号FSK等，均可以通过该方法确定。

此外，该方法还可以确定突发信号及其时长。

缺点是无法确定相位调制信号PSK与正交调幅信号QAM 的具体调制类型。

2.变换域分析法变换域分析法多应用于连续时间信号的分析处理中。

变换域分析法包括傅里叶变换和拉普拉斯变换。

傅里叶变换指将一个信号从时域映射到频域，并将在时域表示的信号分解为多个正弦信号的叠加。

这里的信号为连续的非周期的。

再找出正弦信号中振幅较大信号所对应的频率，以从混乱的信号中确定主要振动频率的特征和规律。

拉普拉斯变换指将信号由频域分析变换为复频域。

这里的信号也是连续非周期的。

再借助积分变换将微分方程转化为代数方程，从而了解和掌握信号变换的特征和规律。

3.瞬时特征观测法瞬时特征观测法是一种通过调整载波幅度、频率、相位进行信号传输，并借助信号分析仪获取时频图，直观地观测信号通过的瞬时幅度、瞬时频率、瞬时相位等参数变化特征与规律，来确定信号调制样式的方法。

4.眼图与星座图观测法在时频图分析的基础上，借助专业信号分析软件对信号参数及内容进行深入分析，了解和掌握比特层面的信息，获取眼图与星座图。

眼图是经由示波器在传输二进制信号波形中获取到的图像。

眼图可以直观地观察到信号码间感染与噪声的影响。

可用于评估系统性能和识别调制样式。

眼图“眼睛”张开越大，反映出码间串扰约弱;眼图“眼睛”张开越小，反映出码间串扰强度越强。

星座图用于了解和掌握I信号与Q信号的分布状态及符号出现趋势。

调制样式不同的信号，其星座图也存在较大的差异。

5.编码域分析法编码域分析法是为了分析信道编码的方式和相关参数。

如容错编码、交织参数、帧定位参数等。

信道编码则是为了加强信息传输过程中的通信水平，提升信道的容错性能。

通过对通信内容进行加密，或采取编码，就可以增加信号的安全性。

对于保密或加密的通信内容，需要借助编码域分析和处理信号。

6.离散时间分析法离散时间分析法应用于离散时间信号，也可用系统变换域分析法分析和处理信号。

这类信号具有时间离散、幅值连续的特点。

对连续时间信号抽样，時间间隔为T。

抽样得到信号序列。

再采用离散时间信号与变换域分析法进行信号变换，对数字信号进行处理，并做频谱分析。

这类信号也可以借助FIR数字滤波器、线形卷积等进行分析和处理。

（一）监测内容无线电监测针对一定范围内的无线电信号进行探索、搜索、截获、识别、分析及处理。

一定范围指相应的硬件和软件所能服务的范围。

无线电监测是无线电频谱管理的重要组成部分，也是无线电频谱管理的基础。

无线电频谱管理所需的参数均需要通过无线电监测获取。

常用的无线电监测技术包括电子对抗技术、频谱感等。

（二）应用范围无线电监测的应用范围涉及军工、民用等电磁频谱管理的各个领域。

军工领域包括军用无线电监测、工业无线电监测等。

如电子反对抗、电子对抗等。

它们是电子侦察的重要组成部分。

民用无线电监测的目的是保障频谱的公平、高效分配，预防无线电工作过程中的环境干扰。

（三）无线电监测信号的处理无线电监测是无线电信号分析与处理的基础。

随着无线电监测技术的发展，现代无线电监测设备对无线电信号的处理越来越复杂，处理内容也随着信号类型的增多而越来越多。

数字信号处理技术的进步及应用为无线电监测信号的处理提供了数字信号处理的技术支撑，促进了无线电监测的自动化水平，使得无线电监测信号处理的动态化、实时性水平越来越高。

1.信号的方法、滤波及变频无线电监测信号的放大、滤波及变频处理，可以使微弱的射频信号转变为所需电平的中频信号。

经过信号处理，可以有效提高信号识别的水平。

2信号的调节无线电监测信号的调节是通过对中频信号调节得到基带信号。

通过对信号的调节，可以解决不同类型无线电通信信号的通信。

无线电通信的调节必须根据对应工作种类选择所对应的调制方式进行调节。

无线电信号的调节具有以下作用：（1）监听信号。

在搜索到一定信号时，通过采用某一种特定的解调方式将中频信号调节为音频信号，实现对信号的监听。

未加密的语音通信，经过调节后就可以监听到其通信内容。

（2）记录基带信号。

通过对无线电调节后，对解调出的音频信号加以录音和分析，就可以用波纹计、微机等，记录下基带信号的传输速率，或对信号进行测量、记录及存储。

3.信号的显示无线电监测的显示有模拟显示、数字化显示两种。

信号显示的内容包括信号波形、频谱、信号技术参数等。

中频信号未经过数字化处理直接显示波形，或经过显示电路处理后显示中频频谱的信号显示方式就叫做模拟显示。

模拟显示中，波形往往采用示波器显示。

将中频信号经过数字化处理后，使用显示器进行显示的就是信号的数字化显示。

这种显示方式广泛应用于最新一代无线电监测接收设备中。

信号波形数字化显示经过为：中频信号→A/D变换→数字信号处理→D/A变换→显示器数字化显示。

A/D变换的数字信号在进行数字处理时，处理内容根据显示需要而定。

一般需要经过数字滤波，或经过微机存储，最后调整为数字化显示。

4.信号的记录和存储无线电监测信号记录包括录音记录、照相记录、打印记录、微机存储等几种方式。

不同类型的无线电监测接收设备所接受、提取和识别的信号类型不同，所选用的存储方式也不同。

录音记录多应用信号解调后的音频信号记录和无线电监测接收机中心信号一次频率的搬移记录。

照相记录主要应用于识别、分析、处理和记录复杂疑难信号的波形或频率。

打印记录主要应用于现代无线电监测接收设备。

这类设备一般都配有打印机，设备采用微机控制进行信号分析处理。

分析处理后的无线电监测资料可直接通过打印机记录下来。

微机存储主要应用于微机对无线电的分析处理中，微机分析处理的数据自动存储在存储器中，但由于微机内部存储器容量有限，所以需要借助外存储器对无线电监测的波形、频率、技术参数等，采用磁盘存储器进行存储。

现代通信技术中的射频数字存储技术也可以借助微机直接进行存储和记录。

（四）无线电信号分析的工具随着无线电监测数字化处理技术的发展，信号分析工具越来越多。

常用的信号分析工具有实时频谱分析仪（RTSA）、矢量信号分析仪（VSA）、扫频分析仪（SA）等。

这些信号分析工具采用了数字信号处理算法，以数字中频替代传统的模拟中频，在信号分析和处理方面的实时效果更好。

这些功能能够更快地获取和测量信号频率，且具有较高的分辨率，获取信号的精准度较高，能够适应复杂、疑难信号的解调、识别、处理与分析。

对复杂信号的测量解调，可通过RTSA的实时模块功能采集时域信号，实现对信号实时处理的目的。

信号分析技术在无线电监测工作中的应用十分广泛。

根据现代无线电通信的需求，我们常见的信号分为时间基准信号、信标信号、通信信号、广播信号、雷达信号、导航信号等业务型。

随着新一代无线电通信技术的发展，信号的类型还会越来越多。

从不同类型信号的需求来讲，信号分析在无线电监测工作中的应用也应该体现针对性。

即不同业务类型的信号调制所选择的信号分析处理方式需对应不同无线电频谱数据需求。

（一）日常监测中的应用信号分析在日常监测中的应用主要是为了加强对复杂、疑难信号的分析与识别，为频谱域、调制域、编码域的自动化监测提供技术支持。

在无线电日常监测工作中，我们应该更加重视对需求的分析。

在实际工作中，无线电管理者需要关注以下管理目标：（1）合理地聚类无线电信号数据;（2）直观地表示无线电信号的多特征时变模式;（3）快速地判断无线电信号数据提取结果的正确性。

想要实现以上三个目标，就必须正确、合理地选择型号分析工具，来提高对无线电信号数据提取和识别的精准性，以及对各类频谱图认识的精准性、专业性。

在进行无线电监测信号特征和规律分析时，应尽可能地采用时频图、幅频图等可视化展示方式，尽可能地展示完整丰富的信息。

在出现大量多位数据点时，应采用散点图、线图、平行坐标等可视化展示方式表现无线电信号的时变规律。

（二）排查干扰中的应用信号分析在排查干扰中的应用是经过对干扰信号编码层、调制层、频谱层特点及参数的了解和掌握，再基于对台站数据库基站位置的搜索，实现对感染源的定位。

（三）重点频率控守中的应用信号分析在重点频率控制中的应用借助对信号调制、解调，来识别和确定重点频率信号调制方式，最后掌握重点频率信号的规律来实现的。

在无线电监测中，信号解调需要对应相应的解调任务，通过对解调任务的长期监测来识别和捕获重点频率。

（四）重点频段普查中的应用信号分析在重点频段的普查采用了连续时间信号或分段信号地抽样，测量频率，进而实现对ITU参数的测量、调制、识别、解调等，最终完成对重点频段使用情况的统计与分析。

（一）雷达信号信号雷达的测量需要借助RTSA的实时功能、多域联合分析功能来实现。

先通过时域分析、频域分析、编码域分析来了解和掌握信号变化规律。

在此基础上利用瞬时幅度图获取脉冲宽度和周期。

通过瞬时频谱图与瞬时相位图，我们就可以对脉内调制测量。