短波监测定位工作的思考

纽莉荣，李 蓉，夏 楠

（国家无线电监测中心，北京 100037）

短波监测定位工作的思考

纽莉荣，李 蓉，夏 楠

（国家无线电监测中心，北京 100037）

本文研究了传统的短波无线电监测定位技术，分析了无线电监测工作面临的需求和挑战。在此基础上提出新型的短波TDOA监测定位和电离层探测及频率预测的系统建设规划，以准确、快速、高效地确定干扰源位置及可用的通信频段。进而提升频谱资源管理的科学化、智能化，提高无线电管理服务水平。

短波监测；TDOA定位；电离层探测；频率预测

1 引言

近年来，无线电技术向国民经济各行业和社会生活各领域加速普及，推动了经济建设和社会发展，丰富了人们的精神和物质文化生活。随着信息技术的迅猛发展以及电子技术在各个领域的广泛应用，电磁频谱的作用越来越突出，电磁环境日益复杂[1-3]。如何有效提升无线电频谱资源管理的精细化、规范化、科学化水平，有效应对新时期无线电管理所面临的挑战，成为当前乃至未来无线电管理工作的重点。

短波通信以其较强的抗毁能力和灵活的自主通信能力[4]，在无线电通信领域占有重要地位，在军事、广播、民航和气象等领域得到了广泛应用[5]。近年来，短波通信新技术、新业务层出不穷[6]，使得信号种类越来越多，电磁环境越来越复杂，频谱资源越来越短缺，短波无线电干扰日渐增多。因此合理配置和组网监测设备，查处违章、违法短波设台现象，特别是保障重要时期及重大活动中的无线电信息安全，已成为我国短波监测面临的重要任务。

2 短波监测现状

短波监测是指探测、搜索、截获无线电管理地域内的短波信号，并对该信号进行分析、识别、监视以及获取其技术参数、工作特征和辐射源位置等技术信息的活动，是有效实施电磁频谱管理的重要手段[7]。短波监测网由固定监测站、移动监测车、可搬移监测站等多种系统组成，频段范围主要覆盖3MHz-30MHz。传统的短波监测系统主要由监测测向系统、频率台站系统及基本的地理信息系统组成，系统功能较为简单。监测测向系统的监测测向功能比较简单，对业务的适应性不强；系统缺乏对电磁环境监测的评价、分析比对能力以及对重点业务频段保护性监测和预警能力；各分系统之间没有形成完整的工作流程，自动化程度低。比如，监测数据量较大时，经常出现数据库崩溃，造成监测数据丢失。另外，现有的监测短波系统虽然可以单站工作，也可以多站点联合工作，但还没有形成有效的数据联动机制。

无线电技术应用高速发展的新形势给传统的短波监测方式带来了新的挑战，只有不断提升无线电监测水平，才能适应无线电管理工作的需要。为满足无线电技术的发展趋势，本文探讨了短波无线电监测的新技术，包括短波TDOA监测定位技术、电离层探测及预测技术。

3 短波TDOA监测定位

短波测向定位是短波监测的一项核心工作，国际上普遍采用中大基础测向天线阵列技术[8]。但电磁环境的恶化，使得现有测向系统面临着潜在的威胁。站址资源稀缺，很难满足测向定位对背景噪声的要求，极大地制约了短波监测战略规划发展。为解决站址稀缺和电磁环境恶化的问题提出短波TDOA监测定位技术。

短波TDOA监测定位按照分布式多点数据融合思路，开发由信号同步采集、远距离高速数据传输和非线性优化数据融合处理软件组成的新型短波发射源定位系统，采用数字信号处理技术，提高系统抗噪能力，改善现有测向定位系统对电磁环境依赖性强的问题。系统主要由短波信号采集和短波TDOA定位两部分系统组成。短波信号采集系统主要用于多站频谱综合显示以及信号同步采集，为干扰查找等工作提供原始、完整、有效的技术数据；短波TDOA定位系统主要实现定位数据的优化选择、融合定位以及定位结果的综合显示，以便尽快确定干扰的位置。基本原理为主控单元通过“短波信号采集系统”对各子单元的短波信号频谱进行实时监测，若发现异常信号，主控单元控制各子单元同步接收信号，并将采集到的信号输入专用网络传输系统，并传送至主控单元。主控单元通过“短波TDOA定位系统”执行参数测量和定位任务。

短波TDOA监测定位系统不仅能够对短波信号进行常规监测和目标定位，还可实现对突发情况的快速反应、有效管控和准确定位，具有环境适应性强、设备建设灵活、测量结果准确可靠、干扰定位快速高效等特点。该系统可维护我国使用短波频率资源的合法权益，保障重大活动的顺利进行，加强敏感区域的监控力度，完善无线电短波监测和干扰查找的技术手段，有助于进一步提升无线电管控能力，保障国家政治安全和社会发展稳定。

4 电离层探测及预测

短波通信的无线电波依靠电离层反射来传播，电离层是地球大气被太阳射线电离而形成的[9]。电离层中存在着大量的自由电子，既可以使穿越与其区域的高频无线电波的速度、相位、传播方向、振幅和偏振状态发生明显的变化，也可以反射低频无线电信号[10]。电离层中电子密度的不均匀性会引起电离层介电常数、折射指数的随机起伏，是影响无线电波传播的重要因素。电子密度随昼夜、季节、气候、太阳活动产生变化，也存在自然环境或人为因素引起的偶然性变化[11]，使得无线电通信的传播质量表现极不稳定，因此，积极监测和研究电离层中的各种现象，熟悉电离层的各种性质和变化规律，探索电离层不同时段对不同频段无线电波的影响规律，对短波的正常通信及其频率预测有至关重要的意义。

电离层探测及预测系统由数据中心和无线电监测服务软件组成。数据中心可接收主动探测或GNSS被动探测数据，检查数据的完整性并汇总融合，并可对数据进行备份和维护。监测服务软件不仅可利用数据反演出特定区域的电离层变化情况并动态显示，而且可以实现计算当前或预测未来通信链路的可用频率、发射台站的覆盖范围、监测台站的监测范围等功能。基本原理是通过可用的电离层主动探测或基于GNSS的被动探测数据，实现电离层特征参数的精确反演，构造监测区域内的电离层参数分布数据，利用有限的探测点数据，结合合适的背景电离层参数模型和现实环境情况进行分析，建设高精度的区域电离层探测方法，进而预测出需要的短波通信频率。

开展电离层及其对无线电波传播影响的研究，建设可靠和稳定的电离层探测及预测系统，不仅能够更加快速、准确地确定无线电通信的可用频率，确保通信的连续可靠，提高通信的质量和效率，而且对无人机侦查、传播军事情报等有十分重要的意义。掌握电离层的时空变化特性和规律，有利于寻找和克服电离层可能造成的灾难，预测影响人类生活的不利因素，进一步推动了电离层相关科学问题的解决。

5 结束语

短波TDOA监测定位技术丰富了短波信号定位的技术手段，与现有的测向定位形成优势互补，提升高精度定位覆盖范围。电离层探测及预测技术提升短波监测定位的精度，为短波应急通信系统和TDOA定位系统提供技术支撑。通过对短波无线电监测新技术的研究，以实现覆盖面积全、技术先进、布局合理、功能齐全、反应快速、可靠高效的自动化、智能化、综合化的短波监测定位系统，提供动态、准确、全面的频谱监测功能，进一步提升频谱管理和台站管理水平，提高频谱管理决策能力，加强无线电管理服务水平。

[1] 夏金祥，范志平．无线电频谱利用面临的问题、机遇与对策[J]．中国无线电，2006, 5: 4-11

[2] 杨洁，杨育．无线电频谱资源管理研究现状分析[J]．无线电工程，2008, 9: 51-54

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

[4] 胡中豫．现代短波通信[M]．北京：国防工业出版社，2003

[5] 刘思沉．短波宽带测向算法研究及其实现[D]．西安电子科技大学，2010

[6] 董彬红，李少谦．短波通信的现状及发展趋势[J]．太赫兹科学与电子信息学报，2007, 5(1): 1-5

[7] 张洪顺，王磊．无线电监测与测向定位[M]．西安：西安电子科技大学出版社，2011

[8] 平良子，曾锦祥．无线电测向设备的现状与发展[J]．航天电子对抗，1995, 2: 29-39

[9] 马保科．电离层对电波传播影响的相关问题研究[D]．西安电子科技大学，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与Pivotal拓展战略联盟

全球云基础架构和移动商务领导厂商VMware，近日在Dell EMC World 2017大会上宣布与Pivotal合作交付“开发者就绪基础架构”。此外，VMware首席执行官Pat Gelsinger还在Dell EMC World大会上发表主题演讲，表示通过提高功能速度与服务等级、降低成本以及支持更加复杂的系统与应用框架，“开发者就绪基础架构”化解了应用开发者与IT运营团队之间的困扰。该架构将全球最强大的云原生应用平台之一Pivotal Cloud Foundry与VMware软件定义数据中心解决方案完美集于一身。

VMware首席执行官Pat Gelsinger表示：“数字化转型席卷各类企业，不论其规模大小。为顺应趋势，各企业机构必须为坚如磐石的数据中心基础架构营造最佳的现代化开发者环境，在开发者与IT部门之间创造协同效应。‘开发者就绪基础架构’彰显了VMware与Pivotal为实现开发者与IT部门的合力而共同付出的重大努力：开发者将依托Pivotal现代云原生应用平台提高敏捷性，而与此同时IT部门将通过VMware首创的安全软件定义数据中心轻松运营。”

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文章编码：1672-7274（2017）05-0063-03

纽莉荣，女，1989年生，硕士研究生，国家无线电监测中心助理工程师，主要从事无线电监测技术研究工作。

李 蓉，女，1985年生，博士研究生，国家无线电监测中心高级工程师，主要从事无线电监测技术研究工作。

夏 楠，男，1983年生，博士研究生，国家无线电监测中心高级工程师，主要从事无线电监测技术研究工作。