在以互聯(lián)網(wǎng)為主題的今天,越來越多的政府機(jī)構(gòu)和商業(yè)單位等都開始建立起自己的管理信息系統(tǒng),并成為其信息化建設(shè)中的一個(gè)重要部分。下面是學(xué)習(xí)啦小編為大家推薦的計(jì)算機(jī)論文，供大家參考。

　　計(jì)算機(jī)論文范文一：二次雷達(dá)S模式的關(guān)鍵技術(shù)

　　1引言

　　S模式是近年發(fā)展起來的一種新的空中交通監(jiān)視技術(shù),相對傳統(tǒng)的A/C模式二次監(jiān)視雷達(dá),采用了選址詢問,擴(kuò)展了數(shù)據(jù)鏈,擴(kuò)充了系統(tǒng)容量,降低了系統(tǒng)內(nèi)部干擾,因而在美、歐等國家和地區(qū)得到了廣泛應(yīng)用,同時(shí)也是國際民航組織推薦使用的一種空管模式。而我國空管發(fā)展比較緩慢,目前還普遍使用的是A/C模式,但隨著空中交通的發(fā)展,飛機(jī)密度的增加,勢必也會(huì)向S模式監(jiān)視系統(tǒng)發(fā)展。正因?yàn)槲覈壳斑€沒有采用S模式,因而有關(guān)S模式的系列標(biāo)準(zhǔn)也沒有頒布,系統(tǒng)性論述的相關(guān)文獻(xiàn)也很少。有些文獻(xiàn)認(rèn)為,通過對傳統(tǒng)A/C模式二次監(jiān)視雷達(dá)進(jìn)行簡單的升級就可以實(shí)現(xiàn)S模式,筆者認(rèn)為S模式除了在工作頻點(diǎn)上與傳統(tǒng)的A/C模式相同外,是完全不同的兩個(gè)系統(tǒng),特別是S模式的數(shù)據(jù)鏈功能,以及地面站的協(xié)同功能,使得S模式的控制相當(dāng)復(fù)雜;同時(shí),S模式地面二次監(jiān)視雷達(dá)是一個(gè)逐步更換的過程,在實(shí)施過程中,S模式二次監(jiān)視雷達(dá)必須考慮兼容現(xiàn)有的傳統(tǒng)的A/C模式,因而S模式二次監(jiān)視雷達(dá)必須經(jīng)過全面細(xì)致的設(shè)計(jì)才可能充分發(fā)揮S模式的效能。本文主要針對實(shí)現(xiàn)地面二次監(jiān)視雷達(dá)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行論述。

　　2S模式二次監(jiān)視雷達(dá)系統(tǒng)簡述

　　S模式二次監(jiān)視雷達(dá)系統(tǒng)是在傳統(tǒng)的A/C基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,也是采用詢問應(yīng)答協(xié)同的工作方式,因而S模式二次監(jiān)視雷達(dá)系統(tǒng)包括具有S模式能力的地面二次雷達(dá)詢問機(jī)和機(jī)載應(yīng)答機(jī)兩部分。國際民航組織為每架飛機(jī)分配了一個(gè)唯一地址(24位地址)[1],地面站可以對飛機(jī)進(jìn)行選址詢問,詢問發(fā)射頻率為1030MHz,接收頻率為1090MHz,詢問上行信號(hào)如圖1所示,前2個(gè)脈沖為同步脈沖,P5為詢問旁瓣抑制脈沖,P6為信息脈沖,采用DPSK調(diào)制,信息位長56bit或112bit,56bit稱為短信號(hào)格式,主要用于監(jiān)視,112bit稱為長信號(hào)格式,除用于監(jiān)視外還需要傳輸數(shù)據(jù)信息,也就是數(shù)據(jù)鏈功能都采用長信號(hào)格式,其碼速率為4MHz。應(yīng)答下行信號(hào)如圖2所示,前4個(gè)脈沖是同步脈沖,后面56個(gè)脈沖或112個(gè)脈沖也分為長格式和短格式,采用脈位調(diào)制,碼速率為1MHz。國際民航組織(ICAO)附件10中分別對上行和下行定義了S模式的24種格式,其中上行格式4、5、11、20、21、24用于二次監(jiān)視雷達(dá)監(jiān)視系統(tǒng),0和16號(hào)格式用于ACAS系統(tǒng),為以后擴(kuò)展保留了17種格式;下行格式中,4、5、11、20、21、24用于二次雷達(dá)監(jiān)視系統(tǒng),0和16號(hào)格式用于ACAS系統(tǒng),17、18、19號(hào)格式用于ADS-B,其中19號(hào)格式為軍用。在二次監(jiān)視雷達(dá)使用的幾種格式中,11號(hào)格式是全呼詢問和應(yīng)答,主要用于對空中目標(biāo)的捕獲,以獲取空中目標(biāo)的S模式地址,4號(hào)和5號(hào)格式主要用于監(jiān)視,以替代傳統(tǒng)的A/C模式,4號(hào)格式傳輸高度信息,5號(hào)格式傳輸編號(hào)信息,20、21號(hào)格式主要用于數(shù)據(jù)傳輸,同時(shí)具有監(jiān)視功能,24號(hào)格式主要用于擴(kuò)展通信功能。在S模式數(shù)據(jù)鏈的功能上主要分為通信A、通信B、通信C和通信D4種,上行20、21號(hào)格式主要用于通信A,下行20、21主要用于通信B,上行24號(hào)格式用于通信C,下行24號(hào)格式用于通信D。通信A又分為廣播通信A和一般通信A,廣播通信A用于地面站向覆蓋范圍內(nèi)的空中目標(biāo)發(fā)送廣播信息,一般通信A用于地面站對特定的飛機(jī)發(fā)送信息;通信B又分為地面發(fā)起的通信B(GICB)、空中發(fā)起的通信B(AICB)和廣播通信B等[1-2]。

　　3S模式二次監(jiān)視雷達(dá)組成及工作原理

　　S模式地面二次監(jiān)視雷達(dá)主要組成如圖3所示,包括天線系統(tǒng)、發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、信道管理器、S模式回答處理器、A/C模式回答處理器、航跡處理、數(shù)據(jù)管理以及接口管理等部分。天線系統(tǒng)包括∑、Δ、Ω三通道單脈沖天線,和傳統(tǒng)A/C模式二次監(jiān)視雷達(dá)一樣,為了減少垂直反射的影響,采用大垂直孔徑天線。由于S模式詢問機(jī)需要同時(shí)發(fā)射P6脈沖和旁瓣抑制脈沖(P5脈沖),發(fā)射機(jī)需采用主、輔兩個(gè)發(fā)射機(jī),主發(fā)射機(jī)發(fā)射信號(hào)脈沖和同步脈沖,輔助發(fā)射機(jī)發(fā)射旁瓣抑制脈沖,接收機(jī)采用三通道接收,∑、Δ通道接收機(jī)配合∑、Δ單脈沖天線,實(shí)現(xiàn)單脈沖測角,∑、Ω實(shí)現(xiàn)接收旁瓣抑制功能,分別采用S模式和A/C模式兩個(gè)獨(dú)立的回答處理器,實(shí)時(shí)的對每次回答進(jìn)行信號(hào)處理,以得到每次回答的解碼值;A/C模式凝聚器主要對駐留波束內(nèi)的A/C模式回答進(jìn)行凝聚,剔除異步干擾等;信道管理器主要對波束內(nèi)要處理的S模式詢問(包括數(shù)據(jù)傳輸任務(wù))以及A/C模式詢問進(jìn)行時(shí)序上的管理;鏈路管理器主要完成通信任務(wù)與跟蹤目標(biāo)的配對、對活動(dòng)列表的管理。

　　4S模式二次監(jiān)視雷達(dá)關(guān)鍵技術(shù)

　　4.1S模式與A/C模式的兼容性

　　雖然S模式采用了點(diǎn)名詢問,但在跟蹤前是不知道空中目標(biāo)的S模式地址,當(dāng)S模式二次監(jiān)視雷達(dá)工作在多站情況下,可以通過相鄰地面站的引導(dǎo)實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)的跟蹤,但大多情況下需要自身對目標(biāo)進(jìn)行捕獲,只有捕獲鎖定后的目標(biāo)才能進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸。S模式目標(biāo)的捕獲是采用全呼詢問,跟蹤和數(shù)據(jù)傳輸采用選址詢問,鎖定后的目標(biāo)不再對S模式全呼詢問進(jìn)行應(yīng)答,為了方便管理和減少干擾,實(shí)際實(shí)施時(shí),采用全呼和選址詢問分時(shí)進(jìn)行,其時(shí)序如圖4所示,包括一個(gè)全呼詢問周期跟一個(gè)輪詢周期,在輪詢周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)選址詢問?？紤]到從傳統(tǒng)的A/C模式升級到S模式需要一定的時(shí)間過渡,因而國際民航組織在制定S模式標(biāo)準(zhǔn)時(shí),充分考慮了A/C模式與S模式的兼容問題,使得A/C模式二次雷達(dá)監(jiān)視系統(tǒng)與S模式二次雷達(dá)監(jiān)視系統(tǒng)可以共存。在全呼詢問時(shí),對傳統(tǒng)的A/C模式信號(hào)進(jìn)行了改進(jìn),增加了P4脈沖,如圖5的信號(hào)格式稱為組合詢問信號(hào)格式,對于傳統(tǒng)的A/C模式應(yīng)答機(jī)只識(shí)別P1~P3脈沖,并按識(shí)別的P1與P3的時(shí)間間隔確定詢問模式,對于S模式應(yīng)答機(jī)需要識(shí)別P4脈沖,P4為寬脈沖(1.6μs)時(shí)表示對所有應(yīng)答機(jī)進(jìn)行全呼詢問,P4為窄脈沖(0.8μs)時(shí)表示僅對A/C模式應(yīng)答機(jī)進(jìn)行詢問,S模式應(yīng)答機(jī)接收到該信號(hào)不應(yīng)答。但在實(shí)際使用中,人們更喜歡采用UF11號(hào)僅S模式全呼和短的組合詢問格式(僅A/C模式回答)組成的時(shí)序?qū)罩心繕?biāo)進(jìn)行全呼詢問,如圖6所示,這樣在同樣覆蓋范圍內(nèi)的S模式應(yīng)答機(jī)和A/C模式應(yīng)答機(jī)具有相同的接收時(shí)間窗,A/C模式應(yīng)答機(jī)也有足夠的時(shí)間從抑制A/C模式(僅S模式全呼)中恢復(fù)。

　　4.2S模式信道管理

　　由于S模式既要完成監(jiān)視功能又要完成數(shù)據(jù)鏈功能,同時(shí)還要兼容傳統(tǒng)的A/C模式,因而如何有序地安排和管理地面雷達(dá)在波束覆蓋范圍內(nèi)目標(biāo)的通信和監(jiān)視任務(wù)顯得尤為重要。S模式地面二次監(jiān)視雷達(dá)需要一個(gè)專用的信道管理器來完成這些任務(wù),其原理主要包括信道控制、事務(wù)預(yù)處理、目標(biāo)列表更新、輪詢進(jìn)程安排和事務(wù)更新,如圖7所示。信道控制實(shí)時(shí)監(jiān)視時(shí)鐘和天線指向,保證所有S模式和A/C模式活動(dòng)都發(fā)生在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)間和序列(波束駐留時(shí)間),每間隔一定時(shí)間,信道控制就指示事務(wù)預(yù)處理器提供即將進(jìn)入波束的飛機(jī)清單;事務(wù)預(yù)處理查詢包含目標(biāo)預(yù)測位置的監(jiān)視文件,如果將要進(jìn)入波束的飛機(jī)有上行鏈路信息或下行鏈路信息需處理,那么事務(wù)預(yù)處理就會(huì)確定要完成這些任務(wù)所需要處理的數(shù)目和類型,事務(wù)預(yù)處理為每架飛機(jī)創(chuàng)建一張表單,表單包括一套要完成所有待處理的監(jiān)視與通信任務(wù)所需要的完整說明;目標(biāo)列表更新器組合這些表單為活動(dòng)列表,并定期更新,表單上的條目是由事務(wù)預(yù)處理器所闡明的數(shù)據(jù)塊。新目標(biāo)中的數(shù)據(jù)塊由事務(wù)預(yù)處理提供,并且被并入此列表,而那些離開波束或完成服務(wù)的目標(biāo),都會(huì)被清除。為了更好地估計(jì)算一個(gè)詢問與應(yīng)答的非沖突時(shí)序,活動(dòng)目標(biāo)列表是以目標(biāo)距離遞減的方式進(jìn)行排序。事務(wù)更新是針對具有多任務(wù)的目標(biāo),對于有多任務(wù)的目標(biāo)原則上是安排連續(xù)進(jìn)行,如果某項(xiàng)任務(wù)成功進(jìn)行,就會(huì)修改目標(biāo)的數(shù)據(jù)塊,以安排下一任務(wù)進(jìn)行;如果某項(xiàng)任務(wù)進(jìn)行不成功,會(huì)安排在下一時(shí)序繼續(xù)進(jìn)行;輪詢進(jìn)程安排信道管理器的輸出時(shí)序,其原則是基于目標(biāo)的距離,最遠(yuǎn)的先問,后續(xù)安排的詢問目標(biāo),其回答不會(huì)與前一詢問的回答交替,如果沒有足夠的時(shí)間來完成一個(gè)完整的時(shí)序安排,那么就會(huì)安排到下一循環(huán)進(jìn)行。圖8是一個(gè)信道管理輪詢實(shí)例,在第1個(gè)循環(huán)實(shí)現(xiàn)了對4架飛機(jī)的詢問,在第2個(gè)循環(huán)實(shí)現(xiàn)了對2架飛機(jī)的詢問,從該圖也可以看出,合理進(jìn)行信道管理可以大大提高信道的利用率。

　　4.3S模式鏈路管理

　　S模式地面二次監(jiān)視雷達(dá)為S模式地-空數(shù)據(jù)鏈提供物理層和部分鏈路層的服務(wù),S模式數(shù)據(jù)鏈功能主要包括通信A、廣播通信A、GICB(Ground-in-itiatedComm-B)和AICB(Air-initiatedComm-B)等多種形式,實(shí)現(xiàn)這些數(shù)據(jù)鏈功能需要與地面數(shù)據(jù)鏈處理器(GDLP)和機(jī)載數(shù)據(jù)鏈處理器(ADLP)配合工作,如圖9所示。對于進(jìn)入地面二次監(jiān)視雷達(dá)覆蓋區(qū)的空中目標(biāo),地面二次監(jiān)視雷達(dá)是靠定向天線實(shí)現(xiàn)與指定目標(biāo)的通信,對一特定的飛機(jī),每次掃描的波束駐留時(shí)間只有幾十毫秒,對于飛機(jī)密度較大的區(qū)域,如果通信任務(wù)較多,勢必有些目標(biāo)的通信任務(wù)不能在一次掃描完成,需要多次掃描,如何有序地實(shí)現(xiàn)與空中目標(biāo)的通信,在天線指向目標(biāo)前將具有通信任務(wù)的目標(biāo)和任務(wù)種類提供給信道管理器,需要建立一個(gè)活動(dòng)信息列表,這個(gè)活動(dòng)信息列表是對地面二次雷達(dá)覆蓋區(qū)域內(nèi)的所有S模式目標(biāo)列表,對新跟蹤的目標(biāo)需要及時(shí)加入活動(dòng)列表,并建立與GDLP的鏈路連接,對飛出覆蓋區(qū)的目標(biāo)及時(shí)終止與GDLP的鏈接,并從活動(dòng)信息列表中剔除,二次雷達(dá)只從GDLP接收在覆蓋區(qū)內(nèi)目標(biāo)的通信任務(wù),對活動(dòng)列表中具有通信任務(wù)的目標(biāo)進(jìn)行長格式詢問,對沒有通信任務(wù)的進(jìn)行監(jiān)視詢問(短格式詢問),在活動(dòng)信息列表的建立中,詢問機(jī)需要將通過監(jiān)視獲得的目標(biāo)位置信息與通過GDLP獲得的通信任務(wù)進(jìn)行配對,并分類進(jìn)行管理,對未完成的通信任務(wù)進(jìn)行更新。圖10是GICB鏈路管理實(shí)例。

　　4.4S模式目標(biāo)的捕獲

　　S模式二次監(jiān)視雷達(dá)主要采用選址詢問方式進(jìn)行工作,但這只是在建立了目標(biāo)跟蹤的情況下,在對目標(biāo)跟蹤之前,需要對目標(biāo)進(jìn)行捕獲、鎖定,以最大限度地減少系統(tǒng)的異步干擾。一旦被捕獲,S模式飛機(jī)對隨后的S模式全呼叫詢問進(jìn)行閉鎖,此閉鎖條件由S模式地面站通過S模式選址詢問控制,如果因任何原因致使一架飛機(jī)在18s左右沒有接收到地面站的閉鎖命令選址詢問,將自動(dòng)解鎖,以便普通S模式捕獲可重新捕獲飛機(jī)。如何快速捕獲S模式目標(biāo),可以采用多種捕獲技術(shù),包括多站捕獲與閉鎖、非選擇性捕獲與閉鎖、集群詢問機(jī)捕獲與閉鎖,以及隨機(jī)捕獲等多種方式。S模式為每個(gè)具有共同覆蓋區(qū)的地面詢問機(jī)分配了了一個(gè)詢問識(shí)別符(Ⅱ碼)和監(jiān)視識(shí)別符(SI碼),并要求應(yīng)答機(jī)能夠根據(jù)Ⅱ碼和SI碼具有多站閉鎖,針對不同的Ⅱ碼和SI碼鎖,對應(yīng)多達(dá)78個(gè)地面詢問機(jī)的全呼捕獲詢問;非選擇捕獲與閉鎖,是建立在Ⅱ=0的基礎(chǔ)上,與S模式子網(wǎng)協(xié)議不兼容,不能用于普通的S模式捕獲;集群詢問機(jī)捕獲與閉鎖,是地面使用相同詢問標(biāo)識(shí)符的詢問機(jī)通過地面網(wǎng)路協(xié)調(diào)它們的監(jiān)視和通信任務(wù),不需要每個(gè)詢問機(jī)都去捕獲目標(biāo);隨機(jī)捕獲,S模式地面站用一個(gè)特殊全呼叫詢問命令進(jìn)行詢問,此命令指示飛機(jī)用一個(gè)特定的小于1的應(yīng)答概率進(jìn)行應(yīng)答,由此降低的應(yīng)答率意味著有些全呼叫應(yīng)答被正確接收,并且這些飛機(jī)將被捕獲。一旦一架飛機(jī)被捕獲,它就被閉鎖,就不會(huì)再干擾其他尚未被捕獲飛機(jī)的全呼叫應(yīng)答,這一過程一直重復(fù),直到所有的飛機(jī)被捕獲,這種捕獲文獻(xiàn)[3]中已有詳細(xì)介紹。

　　4.5單脈沖技術(shù)

　　S模式二次監(jiān)視雷達(dá)要求一次詢問、應(yīng)答就能獲得目標(biāo)信息,這其中包括目標(biāo)數(shù)據(jù)傳輸信息和監(jiān)視獲得的目標(biāo)位置信息,而傳統(tǒng)的滑窗技術(shù)需要多次詢問才能獲得理想的位置信息,很難滿足S模式的要求,因而對于S模式地面詢問機(jī)必須采用單脈沖技術(shù),其原理如圖11所示。通常二次監(jiān)視雷達(dá)采用比幅單脈沖技術(shù)進(jìn)行測角,根據(jù)接收到的∑、Δ通道的脈沖的幅度值計(jì)算出Δ/∑,由Δ/∑與偏離天線的法向值(OBA)的關(guān)系查表得到OBA值,與實(shí)時(shí)采集的天線指向值相加或相減得到目標(biāo)的方位角,根據(jù)∑、Δ通道的相位超前滯后關(guān)系,判斷目標(biāo)在法線左邊還是右邊,以決定目標(biāo)方位是加OBA值還是減OBA值。此外單脈沖技術(shù)除用于測角外,也用于多目標(biāo)處理。

　　5S模式二次監(jiān)視雷達(dá)接口要求

　　S模式二次監(jiān)視雷達(dá)接口主要分為內(nèi)部接口和外部接口,內(nèi)部接口主要包括地面站詢問機(jī)與詢問天線的接口、詢問機(jī)與本地控制盤的接口、詢問機(jī)與維護(hù)顯示器的接口,與天線的接口包括∑、Δ、Ω三通道射頻接口和天線指向數(shù)據(jù),天線指向信號(hào)采用增量編碼方式,一路方位脈沖,一路正北脈沖;與本地控制盤的接口主要完成本地控制盤對詢問機(jī)的工作參數(shù)進(jìn)行設(shè)置,并實(shí)時(shí)監(jiān)視詢問機(jī)的狀態(tài),采用RS422接口;與本地維護(hù)監(jiān)視器的接口主要對目標(biāo)的航跡進(jìn)行監(jiān)視,采用RS422接口或網(wǎng)絡(luò)接口。與外部設(shè)備的接口包括與空中交通管制中心的接口、與GDLP的接口、與本地用戶的接口、與其他鄰近地面站系統(tǒng)工作接口,實(shí)現(xiàn)S模式數(shù)據(jù)鏈功能與空管中心的監(jiān)視接口和GDLP接口是必需的,與鄰近地面二次監(jiān)視雷達(dá)接口在多站協(xié)同工作時(shí)需要,對外接口都采用雙冗余網(wǎng)絡(luò)接口,如圖12所示。與空中交通管制中心接口,主要向交通管制中心傳輸目標(biāo)點(diǎn)跡/航跡報(bào)文,通常采用網(wǎng)絡(luò)接口。由于我國還沒有相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn),我們參照歐洲航空組織監(jiān)視數(shù)據(jù)交換報(bào)文CAT48《單站雷達(dá)目標(biāo)發(fā)送報(bào)文》[4]執(zhí)行。與地面數(shù)據(jù)鏈處理器GDLP的接口主要與GDLP進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)交換,將從飛機(jī)上提取的數(shù)據(jù)發(fā)送給GDLP,把GDLP傳來的數(shù)據(jù)通過二次監(jiān)視雷達(dá)發(fā)送給飛機(jī),同樣采用網(wǎng)絡(luò)接口,參照歐洲航空組織監(jiān)視數(shù)據(jù)交換報(bào)文CAT18《S模式數(shù)據(jù)交換信息》[5]執(zhí)行。

　　6S模式二次監(jiān)視雷達(dá)鏈路計(jì)算

　　S模式二次監(jiān)視雷達(dá)鏈路計(jì)算同樣遵從二次雷達(dá)的計(jì)算公式[6]:式中,Prcc為接收機(jī)輸入口的接收功率,單位W;Ptrd為發(fā)射機(jī)在輸出口的發(fā)射功率,單位W;GA為地面二次監(jiān)視雷達(dá)天線增益;GT為應(yīng)答機(jī)天線增益;LI為二次監(jiān)視雷達(dá)到天線之間電纜損耗和;Lt為應(yīng)答機(jī)到天線之間電纜損耗和;Lat為大氣衰減;λ為波長,單位m;R為地面站和應(yīng)答機(jī)天線之間的距離,單位m。在下行鏈路計(jì)算時(shí),考慮到S模式必須采用單脈沖技術(shù)進(jìn)行測角,系統(tǒng)應(yīng)該留有足夠的余量。

　　7結(jié)束語

　　S模式二次監(jiān)視雷達(dá)具有監(jiān)視、數(shù)據(jù)鏈功能,相比傳統(tǒng)的A/C模式具有很多優(yōu)勢,是國際民航空中交通監(jiān)視技術(shù)的發(fā)展方向,既可以采用單站工作方式也可以采用多站地面協(xié)同工作方式,其控制流程相當(dāng)復(fù)雜。國內(nèi)這方面的文獻(xiàn)很少,國際民航組織也僅僅給出了一些規(guī)范性的要求,對其實(shí)施方式并沒有作詳細(xì)的規(guī)定。隨著我國民用航空事業(yè)的發(fā)展,空中交通密度的增加,在從傳統(tǒng)A/C模式監(jiān)視系統(tǒng)過渡到S模式監(jiān)視系統(tǒng)的過程中,建議針對S模式二次監(jiān)視雷達(dá)的具體特點(diǎn),制定和完善一系列S模式二次監(jiān)視雷達(dá)的實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范,才能逐步推行,這樣才能最大發(fā)揮S模式的效能。

　　計(jì)算機(jī)論文范文二：認(rèn)知無線電對無線電監(jiān)察的影響研討

　　常用的單節(jié)點(diǎn)頻譜感知技術(shù)有匹配濾波、能量檢測和周期性檢測3種[4]。(DSA)DSA是基于頻譜檢測的結(jié)果，在授權(quán)用戶中進(jìn)行可用頻段的分配，以達(dá)到系統(tǒng)的最優(yōu)化。由于CR網(wǎng)絡(luò)中的用戶對帶寬、信道和所處的位置都是隨機(jī)的，傳統(tǒng)的分配算法不能完全適應(yīng)，所以要有一種新的動(dòng)態(tài)頻譜分配算法。目前基于CR的DSA主要是基于頻譜共享池(Spectrumpooling)這一策略，也就是將分配給不同業(yè)務(wù)的頻譜合并成一個(gè)公共的頻譜池，并將其劃分為若干個(gè)子信道，而子信道是頻譜分配的最小單元[5]。頻譜共享池的DSA實(shí)質(zhì)是一個(gè)信道受限的最優(yōu)化問題。在保證相對公平和最小化干擾的情況下，最大化信道的利用率。CR系統(tǒng)中每個(gè)CR用戶的發(fā)射功率是對其他用戶造成干擾的主要原因[6]，所以要對CR系統(tǒng)內(nèi)的用戶進(jìn)行功率控制。功率控制的目標(biāo)是在不對授權(quán)用戶造成有害干擾的前提下，增加認(rèn)知用戶的發(fā)射功率或者是接入更多的認(rèn)知用戶，提高信道利用率和CR網(wǎng)絡(luò)的通信容量。

　　認(rèn)知無線電帶給無線電監(jiān)測的挑戰(zhàn)

　　認(rèn)知無線電環(huán)境下，無線電站臺(tái)的技術(shù)參數(shù)如發(fā)射功率、調(diào)制方式、編碼方式和傳輸速率等都將隨著環(huán)境的變化而不斷變化，從而提高了無線電監(jiān)測對信號(hào)的跟蹤要求，如靈敏度、動(dòng)態(tài)性[7]等;主用戶、次用戶以及非法用戶等多重使用者身份的出現(xiàn)也使得頻譜的合法性使用分析變得更加復(fù)雜。

　　靜態(tài)的頻譜分配機(jī)制，也就是將某一段固定的頻譜指定給某個(gè)通信業(yè)務(wù)類型的用戶，得到這種授權(quán)的用戶才能使用該頻段，不同類型的授權(quán)用戶之間不能共享。認(rèn)知無線電技術(shù)通過找出不同頻率、不同時(shí)間、不同地理位置的頻譜“空洞”，并實(shí)現(xiàn)頻譜的動(dòng)態(tài)共享，兩種共享方式見圖1。認(rèn)知無線電技術(shù)采用動(dòng)態(tài)頻譜共享的方式顯然能夠大大提高頻譜的利用率，但是，對于無線電管理和無線電監(jiān)測，它也帶來了挑戰(zhàn)。首先，需要對頻譜進(jìn)行重新分配和規(guī)劃，對于已經(jīng)分配的頻率，需要重新評估其合理性，對于不適應(yīng)現(xiàn)有技術(shù)發(fā)展的頻段要重新整合和分配;其次，不同用戶共享頻譜，使得同一頻段內(nèi)用戶類型增多，加之各種接入的認(rèn)知設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)不一，極有可能加大電磁環(huán)境的干擾;最后，對于某一頻段上的頻段數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析也要做相應(yīng)的改變，必須找到更有效的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析方式，來描述特定頻譜整體的使用狀況。

　　無線電監(jiān)測系統(tǒng)對信號(hào)的監(jiān)測包括合法用戶信號(hào)的識(shí)別和干擾、非法用戶信號(hào)的監(jiān)測識(shí)別。對于現(xiàn)有的監(jiān)測系統(tǒng)，被監(jiān)測頻段的唯一使用者即授權(quán)用戶，其信號(hào)為唯一合法的信號(hào)。通常該頻段授權(quán)信號(hào)的發(fā)射功率、能量、出現(xiàn)的時(shí)間以及背景噪音等都有詳細(xì)的記錄，并寫入了監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，對授權(quán)信號(hào)的識(shí)別甚至可以簡單地通過判別監(jiān)測頻段是否存在信號(hào)即可。使用認(rèn)知無線電技術(shù)，某一頻段上的合法信號(hào)不止是授權(quán)用戶的信號(hào)，正常接入的認(rèn)知用戶信號(hào)也是合法信號(hào)，認(rèn)知信號(hào)的參數(shù)和出現(xiàn)的時(shí)間都是可變的，對監(jiān)測信號(hào)不能簡單地通過判定頻段上信號(hào)的有無來確定該信號(hào)是否為授權(quán)用戶信號(hào)。在認(rèn)知無線電環(huán)境下，干擾信號(hào)的來源更加多樣化，由于大量認(rèn)知用戶的接入，即使所有認(rèn)知用戶都是按照自身不對授權(quán)用戶造成干擾的情況進(jìn)行通信，但是從系統(tǒng)的整體來看，還是有可能對授權(quán)用戶造成干擾。無線電監(jiān)測系統(tǒng)必須采用新的機(jī)制對特定頻段的干擾水平進(jìn)行劃分和測定。認(rèn)知信號(hào)在認(rèn)知用戶漏檢以及認(rèn)知用戶異常的情況下有可能造成干擾，對于認(rèn)知用戶造成的干擾必須通過無線電監(jiān)測發(fā)現(xiàn)和糾正。此外，現(xiàn)有系統(tǒng)不能對非法信號(hào)和認(rèn)知信號(hào)進(jìn)行有效的區(qū)分，會(huì)把授權(quán)信號(hào)以外的其他信號(hào)作為非法信號(hào)處理，所以，必須采用新的監(jiān)測技術(shù)對違法的信號(hào)和認(rèn)知信號(hào)進(jìn)行區(qū)分。

　　基于認(rèn)知無線電的新型監(jiān)測系統(tǒng)

　　現(xiàn)有的無線電監(jiān)測系統(tǒng)已經(jīng)不能勝任新環(huán)境下的監(jiān)測要求，必須對現(xiàn)有的無線電監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，形成一個(gè)針對認(rèn)知無線電環(huán)境下的新型無線電監(jiān)測系統(tǒng)以便應(yīng)對上文所述的種種挑戰(zhàn)。新的監(jiān)測系統(tǒng)需要從兩個(gè)方面對現(xiàn)有無線電系監(jiān)測統(tǒng)進(jìn)行升級改進(jìn)：一是完善現(xiàn)有無線電監(jiān)測的不足之處;二是采用認(rèn)知無線電技術(shù)之后，針對原有監(jiān)測系統(tǒng)不能適應(yīng)的地方或做改進(jìn)，或采用新的方法，使其能夠合理地解決新環(huán)境下無線電監(jiān)測的問題。新型監(jiān)測系統(tǒng)模型如圖2所示，該系統(tǒng)是一個(gè)聯(lián)網(wǎng)聯(lián)合監(jiān)測的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湎到y(tǒng)，它由多個(gè)監(jiān)測子系統(tǒng)構(gòu)成，每個(gè)監(jiān)測子系統(tǒng)由天線系統(tǒng)、接收機(jī)系統(tǒng)、監(jiān)測數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和測向定位系統(tǒng)組成。

　　在認(rèn)知用戶與授權(quán)用戶共存的網(wǎng)絡(luò)中，授權(quán)用戶受到潛在的干擾情況可能為：淤認(rèn)知用戶漏檢，錯(cuò)判當(dāng)前頻段可用，接入當(dāng)前頻段會(huì)與授權(quán)信號(hào)發(fā)生“碰撞”，從而干擾授權(quán)用戶的通信;于認(rèn)知用戶異常，如，認(rèn)知設(shè)備受到攻擊或者設(shè)備故障變成異常認(rèn)知設(shè)備，不遵守認(rèn)知無線電接入的規(guī)則，自身不進(jìn)行功率控制，很可能對授權(quán)用戶造成干擾;盂非法信號(hào)占用頻段。新型的無線電監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)該能夠檢測出以上幾種情況。新型監(jiān)測系統(tǒng)首先對監(jiān)測信號(hào)進(jìn)行干擾評估，由此建立授權(quán)用戶可承受認(rèn)知用戶的干擾圖，通過對在監(jiān)測過程中出現(xiàn)的認(rèn)知信號(hào)和干擾評估結(jié)果的對比，可以粗略地判別出認(rèn)知信號(hào)是否已經(jīng)造成了干擾。在干擾識(shí)別過程中，通過頻譜分析、信號(hào)分類、信號(hào)估計(jì)提取等步驟，逐步將信號(hào)歸類，最終識(shí)別信號(hào)歸屬。具體的識(shí)別過程見圖3。

　　監(jiān)測數(shù)據(jù)庫的建設(shè)和管理的好壞直接影響到整個(gè)監(jiān)測系統(tǒng)性能的優(yōu)劣。所以合理的設(shè)計(jì)監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，對無線電監(jiān)測起著重要的作用。新型監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫維護(hù)的重點(diǎn)之一在于建立各種信號(hào)的樣本數(shù)據(jù)庫和統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)庫，如圖4所示。信號(hào)特征數(shù)據(jù)庫用于對信號(hào)特征的描述，便于與監(jiān)測信號(hào)對比，識(shí)別合法信號(hào)和發(fā)現(xiàn)不明信號(hào)。而數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)庫主要是管理頻段的使用情況，如占用度的統(tǒng)計(jì)、電磁環(huán)境的分析等，對于認(rèn)知無線電下的信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，需要更進(jìn)一步細(xì)化步驟。

　　新型的無線電監(jiān)測系統(tǒng)則采用聯(lián)網(wǎng)控制，通過融合相鄰監(jiān)測站的監(jiān)測信號(hào)，完成聯(lián)網(wǎng)信號(hào)的采集。各個(gè)監(jiān)測站通過與具有強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理能力的監(jiān)測處理中心相連，完成對信號(hào)的聯(lián)合監(jiān)測，采用一定的模型對不同監(jiān)測站接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，得出與原始信號(hào)最接近的分析結(jié)果。此外，通過聯(lián)網(wǎng)控制，可以對干擾實(shí)施聯(lián)網(wǎng)排查。監(jiān)測中心可以通過網(wǎng)絡(luò)連接控制的監(jiān)測設(shè)備終端，并且終端監(jiān)測設(shè)備不需要具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，只負(fù)責(zé)簡單的信號(hào)采集，降低了終端設(shè)備和人工成本。監(jiān)測數(shù)據(jù)可以實(shí)時(shí)傳輸至監(jiān)測的數(shù)據(jù)處理中心，并快速得到反饋，對干擾信號(hào)的判斷更為精準(zhǔn)。不同的監(jiān)測數(shù)據(jù)中心可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)共享，還可以通過更高一層的監(jiān)測中心進(jìn)行聯(lián)合調(diào)度，實(shí)現(xiàn)更大范圍的聯(lián)合監(jiān)測任務(wù)。

　　監(jiān)測系統(tǒng)測向仿真結(jié)果

　　測向算法是查找信號(hào)源的關(guān)鍵，為后續(xù)處理提供支撐。本節(jié)對目前兩種基于空間譜的高性能測向算法(MUSIC算法[8]和ESPRIT算法[9])進(jìn)行了仿真。仿真參數(shù)為：信號(hào)1、信號(hào)2和信號(hào)3為信號(hào)序列長度為500的隨機(jī)信號(hào)，入射角分別為10毅、30毅和60毅，迭代次數(shù)為360次，輸入信噪比為10dB。MUSIC算法和ESPRIT算法仿真結(jié)果分別如圖5和表1所示。一般來說，信噪比越高，快拍數(shù)越多，精度也就越高。對于MUSIC算法，其中信號(hào)1的測向結(jié)果為10.23毅，信號(hào)2的測向結(jié)果為30.17毅，信號(hào)3的測向結(jié)果為60.23毅。相比之下，ESPRIT算法精度更高。兩種算法也各有其局限性：如果到達(dá)的信號(hào)中有相干信號(hào)，那么理論上其空間相關(guān)矩陣的秩就會(huì)比實(shí)際到達(dá)的信號(hào)數(shù)小，這樣，觀察到的譜峰數(shù)與到達(dá)的信號(hào)數(shù)不相等。因此，對于相干信號(hào)，MUSIC方法就不再適合。而ESPRIT算法是直接以輸入信號(hào)的參數(shù)進(jìn)行估值，在實(shí)際情況中會(huì)受到噪聲的影響，結(jié)果可能會(huì)受到影響。應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況予以選擇。

　　結(jié)語

　　本文完成了對認(rèn)知無線電環(huán)境下新型監(jiān)測系統(tǒng)模型的雛形的設(shè)計(jì)。新型系統(tǒng)能夠在信號(hào)識(shí)別、干擾檢測、數(shù)據(jù)庫維護(hù)、聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測等各方面適應(yīng)認(rèn)知無線電環(huán)境，解決了現(xiàn)有無線電技術(shù)不能適應(yīng)認(rèn)知無線電環(huán)境的難題。盡管只是系統(tǒng)的初步雛形，但對于未來監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有較好的參考價(jià)值。