基于MapX的电视台无线电监测系统的设计与实现研究生学位论文.docx

基于MapX的电视台无线电监测系统的设计与实现研究生学位论文.docx

《基于MapX的电视台无线电监测系统的设计与实现研究生学位论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于MapX的电视台无线电监测系统的设计与实现研究生学位论文.docx（102页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

基于MapX的电视台无线电监测系统的设计与实现研究生学位论文

原创性声明

本人郑重声明：

本人所呈交的学位论文，是在导师的指导下独立进行研究所取得的成果。

学位论文中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。

除文中已经注明引用的内容外，不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。

对本文的研究成果做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本声明的法律责任由本人承担。

论文作者签名：

日期：

关于学位论文使用授权的声明

本人完全了解兰州大学有关保存、使用学位论文的规定，同意学校保存或向国家有关部门或机构送交论文的纸质版和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权兰州大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用任何复制手段保存和汇编本学位论文。

本学位论文研究内容：

□可以公开

□不易公开，已在学位办公室办理保密申请，解密后适用本授权书。

（请在以上选项内选择其中一项打“√”）

论文作者签名：

导师签名：

日期：

日期：

基于MapX的电视台无线电监测系统的设计与实现

摘要

随着经济社会的快速发展，在技术不断进步的今天，无线电更加广泛的应用于移动通信、卫星通信、广播电视、气象教育、交通运输、海洋渔业、雷达导航、遥测遥控、射电天文、航空航天、国防建设、抢险救灾、重大活动、工程建设等多个行业和领域，其业务量日益增加，承担着越来越重要的角色，成为现代信息社会的重要支柱。

无线电技术的飞速发展，特别是以蜂窝数字移动通信、数字集群通信、宽带无线接入、卫星数字多媒体广播等技术为代表的新技术新业务层出不穷，极大地推动了经济社会发展，丰富了人民群众的物质文化生活。

此外，在满足农村和偏远地区通信普遍服务需求，帮助过远贫困地区跨越数字鸿沟、实现公平的信息共享方面，无线电通信技术也在发挥其特殊的作用。

本文针对A省无线电管理技术服务“大篷车”进广播电视台站活动所采集的监测检测数据分散、利用率不高及日常工作中广播电视台站设置多、电波秩序维护难，无线电干扰多、排查难等重、难点问题，综合运用程序开发工具、数据库技术、地理信息技术，进行“基于MapX广播电视台站无线电监检测信息处理系统设计与实现”课题研究。

文中阐述了研究的目的、意义，国内外研究现状及本课题研究的主要内容；全面剖析我省无线电监检测现状及存在问题，系统功能及性能需求；深入研究系统模型、架构、算法、处理过程、数据库结构，详细设计系统代码，重点思考航路分析、互调计算、覆盖范围等模块的实现方法，并对系统的实践应用作了介绍。

系统建成并在投入运行后，有效解决了广播电视台站大量无线电监测、检测数据管理问题，实现数据的集中统一管理和安全有效备份，通过灵活的条件查询及直观的地理信息系统快速搜索定位出所需要的数据，大大提高数据利用率；通过软件系统对台站数据进行航路沿线、互调计算、覆盖范围等电磁兼容性深度挖掘分析，得出科学合理布局无线电台站、预防和排查无线电干扰所需的理论依据。

为解决我省探索一条有效途径。

将对加强我省广播电视频率台站管理,提高工作水平和效率，维护空中电波秩序起到极大的促进作用。

关键词：

Mapx无线电电视台监测航路

DesignandImplementationofTelevisionRadioMonitoringSystemBasedonMapX

Abstract

Withtherapideconomicandsocialdevelopment,intechnologycontinuestoprogresstoday,radioismorewidelyusedinmobilecommunications,satellitecommunications,televisionbroadcasting,meteorologyeducation,transportation,marinefisheries,navigationradar,telemetryandremotecontrol,radioastronomy,aerospace,anumberofindustriesandareasofnationaldefense,disasterrelief,majorevents,andotherconstructionprojects,increasingtheirvolumeofbusiness,assumeanincreasinglyimportantroleasanimportantpillarofthemoderninformationsociety.Therapiddevelopmentofwirelesstechnology,especiallyinthecellulardigitalmobilecommunications,digitaltrunkingcommunications,broadbandwirelessaccess,satellitedigitalmultimediabroadcastingtechnologyastherepresentativeofthenewtechnologyandnewbusinessafteranother,greatlypromotedtheeconomicandsocialdevelopment,enrichingthepeoplethematerialandculturallives.Inaddition,theuniversalservicetomeetthecommunicationneedsofruralandremoteareas,poorareasaretoofarawaytohelpbridgethedigitaldivideandachieveafairsharingofinformation,radiocommunicationtechnologyhastoplayitsspecialrole.

MonitoringtestingdatabasedonAnhuiradiomanagementtechnicalservices"Caravan"intothebroadcasttelevisionstationscollectedscatteredactivities,theutilizationrateisnothighandthedailyworkofbroadcasttelevisionstations,radioismaintainingtheorderofradiointerference,difficult,difficult,difficultissuessuchasheavyinvestigation,comprehensiveuseofprogramdevelopmenttools,databasetechnology,geographicinformationtechnology,toBroadcasttelevisionstationsradiomonitoringtestinginformationprocessingsystembasedonMapXdesignandimplementationofproject.Thispaperdescribestheresearchpurpose,significance,themaincontentoftheresearchstatusathomeandabroadandtheresearch;comprehensiveanalysisofourprovinceradiomonitoringthestatusquoandexistingproblems,thedemandfunctionandperformanceofthesystem;furtherresearchonthesystemmodel,architecture,algorithm,process,databasestructure,detaileddesignofsystemcode,emphasisontheimplementmethodthinkingrouteanalysis,intermodulationcalculationmodule,coverage,andthepracticalapplicationsystemareintroducedinthispaper.

Systembuiltandafterputtingintooperation,effectivelysolvethebroadcasttelevisionstationofradiomonitoring,detectingdatamanagementissues,therealizationofcentralizedandunifiedmanagementofdatabackupandissafeandeffective,withtheconditionofflexiblequeryandintuitiveneededtoquicklysearchtolocateageographicinformationsystemdata,greatlyimprovetheutilizationrateofthedata;Throughthesoftwaresystemofstationsalongtheroutethedatacoverage,intermodulationcalculation,suchasminingdepthanalysisofelectromagneticcompatibilityanddrawascientificandrationallayoutofradiostations,thetheoreticalbasisforpreventionandscreeningofradiointerference.Tosolvetheprobleminourprovincetoexploreaneffectiveway.Tostrengthenthefrequencyofbroadcasttelevisionstationsinourprovincemanagement,improvethelevelofworkandefficiency,maintainingtheorderoftheairwavesplayagreatroleinpromoting.

Keywords:

MapxRadioStationsMonitoringAirRoute

第一章引言

1.1研究目的和意义

几千年来，从烽火报信、快马传书、驿站梨花，到发明电报、电话、互联网，人们追求时空通信自由的努力从未停止过。

人们梦想有朝一日拥有在任何时间、任何地点与任何人的无束缚通信自由。

要获得这种自由，利用无线电波进行通信必不可少[1]。

随着经济社会的快速发展，在技术不断进步的今天，无线电更加广泛的应用于移动通信、卫星通信、广播电视、气象教育、交通运输、海洋渔业、雷达导航、遥测遥控、射电天文、航空航天、国防建设、抢险救灾、重大活动、工程建设等多个行业和领域，其业务量日益增加，承担着越来越重要的角色，成为现代信息社会的重要支柱[2]。

无线电技术的飞速发展，特别是以蜂窝数字移动通信、数字集群通信、宽带无线接入、卫星数字多媒体广播等技术为代表的新技术新业务层出不穷，极大地推动了经济社会发展，丰富了人民群众的物质文化生活。

此外，在满足农村和偏远地区通信普遍服务需求，帮助过远贫困地区跨越数字鸿沟、实现公平的信息共享方面，无线电通信技术也在发挥其特殊的作用[3]。

无线电技术的广泛应用和无线电业务的逐渐普及，同时，随着“泛在网”、“物联网”等新型发展战略的提出，新的无线电应用迅猛增加，对无线电频率资源的需求与日俱增[4]，频谱资源供需矛盾日益突出，电磁环境日趋复杂，给空中电波秩序带来巨大挑战，加上设台单位操作不尽规范和一些非法无线电台的使用，导致无线电干扰时有出现，给民航、高铁、广播电视等行业正常运营造成了不同程度的影响。

如何在有限的区域内科学合理布局无线电台站，如何有效预防和排查无线电干扰等问题在实际工作中日益突显[1]。

无线电频率和卫星轨道是人类共享的有限自然资源，它与水、土地、矿藏等资源一样，是关系国民经济和社会可持续发展的重要战略资源，具有稀缺性，归国家所有[1]。

无线电频谱管理与监测的主要任务就是合理规划和分配无线电频率和卫星轨道资源，科学管理各类无线电台站，为各类无线电业务的正常开展保驾护航。

做好无线电频谱的管理工作，对于保障国家安全和人民生命财产安全，以及推动科学研究、开发和探索，促进社会与经济进步，都具有重大的意义[5]。

为国家管好无线电频谱资源，是无线电管理工作责无旁贷的使命和职责。

面对新的形式、新的挑战，长期以来，各级无线电管理机构的广大干部职工认真履行职责，坚持加强管理、保护资源、保障安全健康发展的方针，科学地规划和分配无线电频率资源，合理地审批无线电台站，加强无线电频率台站管理、加大无线电监测和干扰查处力度，在维护空中电波秩序、维护国家主权和信息安全等作出了积极贡献，促进了无线电事业的持续协调发展[6]。

多年来，A省无线电技术部门在台站设置电磁环境测试、无线电干扰查处中做了大量卓有成效的工作，积累了大量无线电监测、检测数据。

特别是自2012年4月以来，为积极贯彻落实国家、省“为民服务创先争优”活动精神，我省无线电管理和技术部门主动作为、上门服务，以“大篷车”的形式为广播电视台站提供监测、检测技术服务，收集了大量的无线电台站空中电波数据，发射设备技术参数、工作参数、频谱特性等重要数据，使得监测、检测数据量成倍增长。

目前这些数据大都为分散存储，存在着数据不集中、查询不方便、安全性不好、利用率不高等缺点，数据无法实现集中统一管理，得不到有效备份。

如何对这些数据进行科学管理，提高数据利用率；如何通过对数据的综合分析处理、深度挖掘利用，为无线电台站的科学合理布局、无线电干扰的预防排查提供决策依据和技术支持，是摆在我们面前亟待解决的问题[7]。

为此，进行“基于MapX的电视台无线电监测系统设计与实现”课题研究，通过信息技术手段为上述问题的解决总结、探索有效途径，为我省无线电管理提供技术支撑，净化和保护电磁环境,维护空中电波秩序，促进无线电事业健康有序、可持续协调发展。

1.2国内外研究现状

无线电通信技术在欧洲、美洲等发达地区起步早，投入大，拥有很多关键技术。

德国、美国、日本等发达国家先后制造了很多先进的无线电设备，建立了较为先进的无线电应用软件系统，尤以德国ROHDE&SCHWARZ公司、美国Agilent公司、日本Anritsu公司为典型代表[8]。

我国在无线电通信技术方面虽然起步晚，但近些年发展迅猛，经历了完全引进国外技术设备到利用国产软件对引进设备操作控制，再到自主研发无线电软硬件系统等发展阶段[9]。

国内的有关部门和企业通过不断的学习借鉴西方发达国家的管理经验，引进其先进技术，相继研发出了一批具有自主知识产权的无线电管理软硬件系统，尤以北京波尔世通公司、北京中星世通公司、深圳嵘兴公司、成都华日公司为典型代表，我国无线电通信技术正在努力赶超世界先进水平[10]。

我国无线电管理信息系统建设起步于90年代，经过多年的不懈努力，全国各省（区、市）无线电管理机构已全部与国家实现了联网，自主研发建成了无线电频率资源管理、无线电台站管理、无线电监测测向、无线电检测管理、无线电设备管理、卫星轨道管理、无线电网络信息安全等多套应用软件系统，实现了资源共享，全面提高了无线电管理和技术工作的效率。

无线电应用软件系统实现了从最初单一数据处理（如利用计算机采集和存储频谱信息、控制监测和检测设备等），到局部业务的管理（如无线电监测系统、频率台站系统、无线电检测系统等），再到全局性的、整体性的无线电一体化平台管理等发展阶段（此平台将是当前和今后一个时期我国无线电信息化建设目标）[11]。

无线电一体化管理平台建设将整合系统、整合资源、整合数据，通过综合分析处理加以深度挖掘利用。

集中统一管理无线电监测、检测数据，进行综合分析处理，为科学合理布局无线电台站，有效预防和排查无线电干扰提供科学理论依据，将是平台建设其中一个重要的研究方向。

目前，国内在该方向上还处于起步阶段，尚未推出一套成熟的软件产品，因此，进行“基于MapX的电视台无线电监测系统设计与实现”课题研究，将具有十分显著的现实意义和应用价值[12]。

1.3主要研究内容

“基于MapX的电视台无线电监测系统设计与实现”课题将运用程序开发工具、数据库技术、地理信息技术，分析处理多年来积累的大量广播电视台站无线电监测、检测数据，详细研究系统的体系结构、设计方法和实施策略，总结、探索科学合理布局无线电台站，有效预防、排查无线电干扰的途径和方法。

具体研究内容如下：

（1）全面深入进行系统需求分析，确定系统功能模块，运用Delphi程序开发工具对系统整体和各功能模块框架进行设计，从操作的便捷性、界面的美观性方面对系统框架进行优化；

（2）明确系统处理流程，建立系统模型；研究广播电视台站、台标、监测、检测数据结构与算法，对原始数据进行整理、集成、筛选、变换，确定，运用Sqlserver和Access建立系统数据库；

（3）分析广播电视台站、台标、监测、检测地理信息数据，基于MapX设计广播电视台站的地理信息系统，通过系统直观的展示数据库中的数据，实现地图操作基本功能；

（4）重点研究软件系统航路台站分析、互调计算分析、覆盖范围分析等功能模块原理、算法、处理过程及实现方法。

第二章相关技术及理论

2.1无线电技术

无线电是指在自由空间（包括空气和真空）传播的电磁波，是其中的一个有限频带，上限频率在300GHz（吉赫兹），下限频率较不统一[1]，在各种射频规范书，常见的有3KHz~300GHz（ITU－国际电信联盟规定），9KHz~300GHz，10KHz~300GHz[13]。

无线电技术是通过无线电波传播信号的技术。

无线电技术的原理在于，导体中电流强弱的改变会产生无线电波，利用这一现象，通过调制可将信息加载于无线电波之上[14]。

当电波通过空间（包括空气和真空）传播到达收信端，电波引起的电磁场变化又会在导体中产生电流。

通过解调将信息从电流变化中提取出来，就达到了信息传递的目的[15]。

2.2无线电监测

无线电监测是指采用先进的技术手段和一定的设备对特定地域的无线电信号进行搜索、截获、测量、分析、识别、监视，以及对辐射源测向和定位，以获取其技术参数、功能、类型、工作特征和位置和用途等技术信息的活动。

无线电监测作为一种重要技术手段，为实施无线电管理提供科学而有效的依据[16]。

一个简单的无线电监测站点如图2-1所示，它由天线系统、信号分配系统（天线共用器）、搜索接收机、信道接收机、信号处理器、测向信号处理器、系统控制和通信设备组成[17]。

无线电监测系统往往包括多个这样的监测站点，以便对特定地域的信号实施侦察和对信号辐射源实施定位，无线电监测系统信号流程图如图2-2所示[18]。

图2-1一个简单的无线电监测站点示意图

图2-2无线电监测系统信号流程图

接收机是无线电监测的主要设备，它从天线接收所有无线电信号并且选择出所需信号[19]，在接收机输出端输出无线电信号所传送的信息。

过去，大多数接收机使用模拟的电路；现在大多数接收机是数字的，使用数字信号处理（DSP）技术来实现许多接收功能[19]。

一个数字接收机的基本组成如图2-3所示[20]。

图2-3数字接收机的基本组成

数字接收机的基本组成包括射频调谐器、中频数字化单元、信号处理器和数模转换单元。

射频调谐器从射频频谱中选出所需的部分，经宽带或是预选中频滤波器把它们送到中频数字化单元处理[1]，经A/D转换器和其他电路来把中频信号数字化。

得到的数字信号用来实现各种功能，如滤波、微调和解调。

从数字信号处理模块输出的数字信号可以用来记录或进一步处理。

从数模转换模块恢复的模拟信号可以用来监听或进一步处理[21]。

利用监测系统和设备完成无线电监测具体任务包括:

（1）、对信号实施搜索截获，这是无线电监测首先要完成的最重要的任务。

通过持续不断搜索截获得到信道占用、信号活动（包括各信号持续时间，平均工作时间）、信号电平分布等信息及新信号的发现[22]。

（2）、对信号进行测量，是在搜索接收机引导下通过监测接收机来实现。

测量的参数包括信号频率、信号电平、信号场强、谐波和其他杂散发射电平、信号占用带宽、信号调制度及码速率、噪声电平等[23]。

（3）、对信号的监听和监视，是通过监测接收机来实现的。

它包括对解调信号进行监听及通过显示器对信号的时域、频域、调制域、特征域、时频空域进行监视[24]。

（4）、对信号的分析处理，通过信号频域、时域和调制域进行，由分析处理接收机来完成，完成区分直达波和多径信号、区分合法与非法信号、弄清各信号间的相互影响、确定信道利用率与信道分配合理性、掌握干扰信号活动规律、监测数据处理与报表生成等[25]。

（5）、对信号进行识别，是由分析处理接收机来完成的，包括调制样式识别、特定信号的识别或称指纹识别如非法用户的再确认、违规电台信号的确认等[26]。

（6）、对信号辐射源的测向定位，由测向机或者直接由定位系统来完成，包括对信号辐射源实施测向，求其所在方位；通过测向所得方位获取辐射位置，或通过直接定位方法获取辐射源方位；获取辐射源分布图，为信号识别提供依据[27]。

（7）、实时数据记录，包括记录监测、测量、测向的数据及相关参数；数字中频信号、频谱图以及已解调的音频信号；移动台轨迹；环境变化数据；工作日志；任务编制，分配和完成情况记录；设备工作情况和故障记录；其他数据[28]。

2.3无线电检测

无线电检测是各级无级电管理机构依据国家的有关法律、法规和具体规定，对无线电设备的质量实施的一种监督检查活动。

它通过对无线电设备主要技术指标（频率、功率、杂散发射、占用带宽等）的测定，确定无线电设备是否满足相应技术标准的要求和无线电管理部门的有关规定。

因此是加强无线电管理工作的一项重要措施。

无线电检测不仅包括对无线电通信、移动通信、导航、雷达、测向、遥控遥测、广播电视（含差转）等无线电发射设备的检测，也包括对工、科、医等设备的电波辐射以及传导干扰的检测[29]。

频谱仪是无线电检测的主要设备，图2-4为一个超外差式频谱分析仪的简化框图。

输入信号先要经过一个低通滤波器，然后加到混频器上。

在混频器中，输入信号和来自本地振荡器（LO）的本振信号进行混频。

混频后，如果