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稱為短信號格式,主要用于監(jiān)視,112bit稱為長信號格式,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格式,其碼速率為4MHz。應(yīng)答下行信號如圖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號格式用于ACAS系統(tǒng),17、18、19號格式用于ADS-B,其中19號格式為軍用。在二次監(jiān)視雷達(dá)使用的幾種格式中,11號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號和5號格式主要用于監(jiān)視,以替代傳統(tǒng)的A/C模式,4號格式傳輸高度信息,5號格式傳輸編號信息,20、21號格式主要用于數(shù)據(jù)傳輸,同時(shí)具有監(jiān)視功能,24號格式主要用于擴(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號格式主要用于通信A,下行20、21主要用于通信B,上行24號格式用于通信C,下行24號格式用于通信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模式信號進(jìn)行了改進(jìn),增加了P4脈沖,如圖5的信號格式稱為組合詢問信號格式,對于傳統(tǒng)的A/C模式應(yīng)答機(jī)只識別P1~P3脈沖,并按識別的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)接收到該信號不應(yīng)答。但在實(shí)際使用中,人們更喜歡采用UF11號僅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)詢問識別符(Ⅱ碼)和監(jiān)視識別符(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)對信號的監(jiān)測包括合法用戶信號的識別和干擾、非法用戶信號的監(jiān)測識別。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，其信號為唯一合法的信號。通常該頻段授權(quán)信號的發(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)信號的識別甚至可以簡單地通過判別監(jiān)測頻段是否存在信號即可。使用認(rèn)知無線電技術(shù)，某一頻段上的合法信號不止是授權(quán)用戶的信號，正常接入的認(rèn)知用戶信號也是合法信號，認(rèn)知信號的參數(shù)和出現(xiàn)的時(shí)間都是可變的，對監(jiān)測信號不能簡單地通過判定頻段上信號的有無來確定該信號是否為授權(quán)用戶信號。在認(rèn)知無線電環(huán)境下，干擾信號的來源更加多樣化，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)不能對非法信號和認(rèn)知信號進(jìn)行有效的區(qū)分，會把授權(quán)信號以外的其他信號作為非法信號處理，所以，必須采用新的監(jiān)測技術(shù)對違法的信號和認(rèn)知信號進(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)前頻段會與授權(quán)信號發(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)知信號和干擾評估結(jié)果的對比，可以粗略地判別出認(rèn)知信號是否已經(jīng)造成了干擾。在干擾識別過程中，通過頻譜分析、信號分類、信號估計(jì)提取等步驟，逐步將信號歸類，最終識別信號歸屬。具體的識別過程見圖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。信號特征數(shù)據(jù)庫用于對信號特征的描述，便于與監(jiān)測信號對比，識別合法信號和發(fā)現(xiàn)不明信號。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，完成聯(lián)網(wǎng)信號的采集。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1、信號2和信號3為信號序列長度為500的隨機(jī)信號，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1的測向結(jié)果為10.23毅，信號2的測向結(jié)果為30.17毅，信號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)的信號中有相干信號，那么理論上其空間相關(guān)矩陣的秩就會比實(shí)際到達(dá)的信號數(shù)小，這樣，觀察到的譜峰數(shù)與到達(dá)的信號數(shù)不相等。因此，對于相干信號，MUSIC方法就不再適合。而ESPRIT算法是直接以輸入信號的參數(shù)進(jìn)行估值，在實(shí)際情況中會受到噪聲的影響，結(jié)果可能會受到影響。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)能夠在信號識別、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。