边境电磁环境监测新需求及现有监测设备适用性研究

梁 骁，朱臻真，冯宝山

（国家无线电监测中心哈尔滨监测站，哈尔滨 150010）

随着无线电业务的飞速发展和广泛应用，国家间对频谱资源的争夺愈加激烈，在边境地区尤甚。边境电磁环境监测作为国家掌握边境频谱态势、管理边境频谱资源的重要技术手段，必须充分适应和满足边境管理形势与需求，才能更好地发挥作用。本文首先结合边境频率国际保护对新形势下的边境电磁环境监测工作进行了简要分析，然后基于边境监测实践探讨了现有设备在功能适用性方面的缺陷，最后从解决实际问题的角度提出了相关建议。

1 新形势下的边境电磁环境监测需求

无线电波可不受行政区域的约束在自由空间传播，且极易受到干扰。据统计，自2010年以来，我国边境地区共监测到来自邻国的越界覆盖无线电信号超过3，000个，发生受邻国无线电干扰事件超过800起。在这样严峻的形势下，我国近年大力开展的边境频率台站国际登记与频率协调工作，使我国进一步认识到在边境频率台站国际保护中暴露出的战略性部署经验不足的问题，而申报资料屡遭邻国主管部门反对、某些边境地区双边协调异常困难等现状，就是这一问题的突出体现。此外，我国边境线漫长、邻国及边境口岸众多、周边地区政治经济环境复杂等因素，也客观增加了边境频率国际保护这项涉外工作的开展难度。因此，在我国大力推进“一带一路”建设的战略背景下，必须准确、全面、及时的掌握边境地区我国与邻国的重要无线电地面业务应用现状及双方态势对比，才能更科学、更有针对性及预见性地制定边境频率国际保护策略，最终有效落实保护工作、切实提升保护效果、有力保障国家权益。正所谓“知己知彼，百战不殆”。

以上在新形势下产生的边境地区无线电地面业务应用态势评估需求，对边境电磁环境监测也提出了新的要求。在现行的、用于指导边境电测环境监测开展的《边境（界）地区电磁环境测量规范》中，有以下几方面内容值得关注：

一是对测试目标进行了定义，明确了边境测试对无线电频率协调的技术支持作用；二是规定了适用范围，强调此方法侧重于对相关地面业务无线电特性做定量评估；三是从工作内容角度，明确了测试的具体参数，如频率、电平、带宽、调制方式等；四是规范了测试设备，如在通用测试中使用接收机或频谱分析仪；五是在测试步骤中规范了监测方法，并以全频段扫描和逐个信号中频测量为主要操作。

根据以上内容，可知现行《规范》的针对性强、限定明确、结构完整，具有很强的指导意义与可实践性。不过，由于《规范》更注重从单频逐个测量的角度来实施典型信号监测或瞬时频谱状态监测（可简称为“信号特性定量监测”），而欠缺对状态累积所形成的态势的考量，导致在评估边境业务应用总体态势时无法提供足够的信息支持，不能很好地满足边境协调需求。同时，根据现行测量方法获取到的监测数据主要是单次或单频测量后形成的人工记录数据，数据量不足，因此无法为边境态势分析提供充分的数据支撑。由此分析，边境电磁环境监测需从频谱态势评估和监测大数据获取角度加以充实，进而更好地满足边境无线电地面业务应用态势评估需求，有力支撑边境频率协调及国际保护。

2 现有监测设备在新形势下的适用性研究

面对边境态势评估方面的新需求，现有监测设备已经暴露出了一些功能上的适用性问题。下面结合理论分析与边境监测实践来做具体分析。

公众移动通信作为边境协调事务中的代表性业务，一直是边境电磁环境监测的重点关注对象。在实测中，为充分掌握其业务应用现状，往往需要在使用专业解析设备获取业务特征参数的基础上，再持续采集一定时间的业务频段频谱数据，以获取足够的频谱信息供边境态势评估使用。

哈尔滨站在开展边境测试时主要依靠某型号便携式频谱仪和便携式接收机。若利用频谱仪来执行频段频谱采集任务，那么可从理论上对采集时间做出如下评估：

（1）频谱仪主要通过设置测量频段范围（SPAN）和分辨率带宽（RBW）来决定采集效果和速度。测量数据经人工操作存储到.CSV 格式的文件中；

（2）该频谱仪产品说明书将其扫描速度描述为“Best Speed at 201 Point，1 Sweep，210ms”，可理解为该仪表一次扫描201个点的最快速度为210ms。若按照“RBW=12.5kHz”来对包含有公众移动业务全部频段的700-3000MHz 频段进行5000次扫描采集，那么预计扫描时间为：（3000MHz-700MHz）/12.5kHz/201*210ms*5000≈96100s ≈26.69h，即需要超过一天时间来进行不间断的采集才能完成此次扫描任务。

基于上述理论分析，哈尔滨站在开展黑河中俄边境实测时进行了专门的测试和调研，实践表明频谱仪的实际采集速度与理论计算值大致相符，进而总结出以下三个突出问题：

（1）扫描时间过长。由于边境态势评估需由大量的瞬时频谱状态作为支撑，因此监测时应尽可能多次执行频谱扫描和数据采集。但由于频谱仪并非是以扫描速度见长的仪表，因此扫描时间会随着扫描次数的大幅增加而成倍延长。这对于主要在户外开展的边境实测来说是不利的；

（2）人工操作过多。根据频谱仪的使用方法，监测者每执行一次存储操作才会新增一个格式为CSV 的数据文件，那么完成5，000次扫描就需要执行大量的手动设置和存储操作，工作效率极低。此外，对于秋冬季节室外温度较低的中俄边境地区来说，频繁进行手动操作也存在较多不便；

（3）难以保证采集效果。对于工作频率范围较宽的公众移动业务来说，不同制式信号的带宽值存在明显差异，因此对应着制式频段来差异化的设置RBW 才能充分保证采集效果、提高采集效率。而采用12.5kHz 的RBW 来扫描700-3000MHz 频段的采集方法明显缺乏科学性和灵活性，但若采用分段设置参数进行逐段测量的采集方法又会成倍增加频谱仪操作的复杂性、大幅降低工作效率。

使用接收机进行测试，也存在着与频谱仪类似的问题，而这两类设备正是当前执行边境测试时普遍采用的。因此，现有设备虽能很好的完成《规范》要求的测试任务，但在执行以边境态势评估为目的的监测时，就会因功能不匹配而无法完全胜任。

3 问题解决方案与建议

以上问题的产生根源：一是以往的边境测试方法更注重从短时或瞬时频谱状态入手针对具体频率进行监测，而边境频率协调工作却越来越依靠持续性监测所采集到的频谱大数据；二是作为一直以来监测站执行移动监测和干扰查找的常备设备，便携式频谱仪和接收机在功能设计上是有所侧重的（并非专为频谱高速采集而设计），因此适用范围存在局限性，无法满足新形势下边境测试的全部需求。问题的解决方案，即可针对产生根源，分别从完善测试方法和补充设备配置两个角度提出。

一是可在现行《规范》的基础上，增加“边境态势评估监测”方面的内容。所谓“边境态势评估监测”，可将其定义为：以评估边境地区我国与邻国无线电地面业务应用态势为目的而开展的“长时曝光监测”。这种监测类似于长时曝光摄影（通过长时间开启快门对固定镜头前的事物进行持续一定时间的拍摄，得到能够反映物体运动规律和发展趋势的照片），侧重于对频谱占用态势的捕捉，进而提供频谱大数据供业务应用态势评估使用。态势评估的结论，则可为边境频率协调、国际登记申报、边境台站管理等工作提供参考。

在纳入“边境态势评估监测”的同时，还应考虑到相关技术问题。比如应明确制定出“长时曝光监测”的频谱采集方法，包括限定采集条件、定义采集内容、规范数据格式、统一存储形式等；应针对采集数据建立起完善的处理机制，包括面向频谱大数据的融合机制、筛选机制、分析机制与结果生成机制；应结合实践需求开发专用的边境监测与数据处理工具，提供专业的边境态势监测功能、频谱大数据分析功能与态势评估功能。解决以上问题，有利于规范边境态势评估监测操作，提升频谱大数据采集的智能化与自动化程度，提高监测数据的利用价值，进而使得此类监测更具有实际意义与实践价值。

二是将性能可靠的高速扫描接收机纳入到设备配置中，用于支撑“边境态势评估监测”，进而与现用的便携式频谱仪和接收机组成侧重点互补的完整测试设备体系。现以国产某型接收机为例进行分析。

（1）主要技术指标见表1。

表1 主要技术指标

（2）若利用该接收机以12.5kHz 的RBW 执行5000 次700-3000MHz 频段采集任务，则采集时间的理论计算值为：5000/{15GHz/s/（3000MHz-700MHz）}≈766s ≈12.78min，相比频谱仪所需的采集时间（26小时）有大幅缩短，可操作性大幅提升。在此基础上，即可适当延长采集时间，进一步增加数据采集量，形成频谱大数据。此外，采集数据可按照国家规范格式以二进制流文件的形式实时自动储存，无需手动操作，即使分段设置采集参数也不会明显提升操作的复杂程度。

（3）从表1可见，该接收机除扫描速度较快外，其他技术指标和硬件规格均可满足边境监测实际需求。同时经调研了解，我国已有多款此类型接收机的国产成熟产品，可选空间大，且价格基本都控制在7万元以内，采购难度较小。

根据上述分析，若从功能互补的角度形成高速扫描接收机与便携式频谱仪的设备搭配方案，即可在实测中充分发挥各类设备的优势，同时执行“边境态势评估”与“信号特性定量”两种模式的监测，进而获取更有价值的足量边境频谱数据，供边境频率协调与国际保护使用。

4 结束语

边境无线电频率协调及国际保护是一项长期工作，而我国与各邻国的边境无线电地面业务应用态势始终处于变化状态这一客观事实，又要求我们必须对边境态势进行准确、全面、快速、定期的评估和判断。对此，无线电管理部门有必要在以往经验的基础上，及时加强边境电磁环境监测这一边境无线电管理技术手段，进而适应新形势下的边境管理需求。下阶段，可结合大数据、云计算、“互联网+”等信息技术，紧密围绕边境地区智能化监测网建设，继续开展有关边境电磁环境监测的研究与实践，着手解决其中涉及到的具体技术问题，为我国在信息时代下实现国家网络空间安全战略贡献力量。