无线电磁环境监测综述

宋章瑜

摘要：随着科技的发展，无线电事业迅速发展起来，这给人们的生活带来了极大的方便，同时也使人们处于极大的复杂的电磁环境之中，电磁环境严重地影响到了人们的生活。在此背景之下，通过对电磁环境监测及其技术的初步探索，增强人们的相关知识。

关键词：电磁环境；检测技术；电磁环境监测；电磁辐射；综述

中图分类号：TB97 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）33-0154-03

Overview of Wireless Electromagnetic Environment Monitoring

SONG Zhang-yu

（Fuyang Radio Monitoring Station of Anhui Province， Fuyang 236000， China）

Abstract：With the development of science and technology， the rapid development of the radio industry， which has brought great convenience to people's life， but also makes people in a large complex electromagnetic environment， electromagnetic environment has seriously affected people's lives. Under this background， this paper attempts to enhance people's knowledge of the electromagnetic environment monitoring and its technology.

Key words： electromagnetic environment； detection technology； electromagnetic environment monitoring； electromagnetic radiation； overview.

1 概述

电磁环境 （Electromagnetic Environment，简称EME）是由存在给定场所所有电磁现象的总和，它包括自然的和人为的，有源的（直射波）和无源的（反射波），静态和动态，它是由不同频率（F）的电场（E）和磁场（H）组成[1]。变化的电磁与磁场交替在空间传播，当频率大于100kHz时，电磁波离开导体通过空间传播，这种在空间中传播的电磁能量即为电磁辐射。随着科学技术的发展和社会进步，人们在生产和生活中使用的电器及电子设备的数量越来越多，致使我们面临的电磁环境越来越恶劣，对人们的生产和生活造成严重的危害， 主要有四个方面， 对无线电信号和通讯系统的干扰、对武器装备的危害、泄露国家机密、对人体的危害。电磁环境的好坏直接影响到无线电设备的工作效率，恶劣的电磁环境往往容易对无线电设备造成噪音干扰，使无线电设备信息中断。如今，随着科技的发展，无线电事业也不断取得新成就，这主要表现在无线电通讯技术上的日新月异和无线电台数量的急剧增多等方面。然而由于电台数量的增多，使得卫星轨道和电台频率的资源变得紧张，电磁干扰增加，电磁环境受到污染也随之日益恶化。电磁环境污染有两种表现形式，其一是两种无线电业务之间的干扰，即电磁干扰。还有一种就是因电磁波的应用使一些频段出现大量的背景噪音，严重者将会影响到整个频段的电磁环境。造成电磁环境污染的电磁污染源有些是天然的，有些是人为的。比如，火山喷发、雷电现象产生的电磁辐射就是自然的。人为的电磁污染源包括人制造的一切电子设备和电器。按其频段的差异这些电磁辐射又可分为射频辐射和工频辐射而射频辐射是目前主要的污染电磁环境的因素。

2 电磁环境监测设备

电磁环境的监测通常需要专用的设备[2]来完成。电磁环境的监测设备的要求不同于通信接收机，通信接收机是用于再现一个信号，在接收这种信号中灵敏度和速度起着重要的作用。电磁环境监测设备是用来测试电磁噪声和无线电信号的电平和频率等指标，所测量的可能是干扰源，也可能是无线电信号。因此，对它的要求是测量精度。

2.1监测接收机

由于在电磁环境测量中，经常出现具有不同带宽特性的信号，所以对监测接收机的互调特性也有严格的要求。为适应各种调制形式信号的测量，除可接收正弦波信号外，更常用于接收脉冲干扰信号[2]。因此，监测接收机应具有平均值检波、峰值检波和准峰值检波功能，依据不同的测量对象，选择检波方式。实际测量的信号基本可以分为三类：连续波、脉冲波和随机噪声。连续波干扰（如：载波、电源谐波和本振）是窄带干扰，在无调制的情况下用峰值、有效值或平均值检波器均可以检测出来，且测量的幅度相同。对于脉冲干扰信号，峰值检波器可以很好地反映脉冲的最大值，但反映不出脉冲重复频率的变化。这时，使用准峰值检波器最为合适，其加权系数随脉冲信号重复频率的变化而改变，重复频率低的脉冲信号引起的干扰小，反之加权系数大。而用平均值、有效值检波器测量脉冲信号，其读数也与脉冲重复的频率有关。随机干扰的来源有热噪声、雷达目标反射以及自然噪声等，这时，主要分析平稳随机过程干扰信号的测量，通常使用有效值和平均值检波器来测量。利用检波器的特性，通过比较信号在不同检波方式下的响应，就可以判别所测未知信号的类型，确定干扰信号的性质。例如，用峰值检波器来测量某一干扰信号，改为平均值或有效值检波时幅度不变，则该信号是窄带信号。若幅度发生变化，则该信号可能是宽带信号（即频谱超过接收机分辩带宽的信号，如脉冲信号）。

2.2 监测天线

各省（区、市）监测站拥有最多的是覆盖30MHz～3000MHz频段的监测设备，同时该频段也是关注程度最高的频段[2]。在此频段进行监测时，要求有覆盖30MHz～3000MHz频段的监测天线，监测天线应具有水平和垂直两种极化方式，无方向性，以便更为详尽地监测电磁环境。使用定向天线时，要有尽可能低的方向性，在360°不同方向的增益变化不大于6dB。监测天线的高度以能够消除地表面反射波的影响为基本要求，一般监测天线高度距地表面（或房顶面）不低于6米。

3 电磁环境检测及工作原理

在无线电事业迅速发展的今天，影响电磁环境形成的电磁源十分广泛。它可以是自然界的雷电噪音，也可以是我们所使用的各种电子设备和电器发出的干扰噪音。因此在我们肉眼看不到的空间范围内，电磁波用它所特有的方式在广阔的大地上形成了一个复杂的网络系统。这个网络跨过了山川、河流，遍布到乡村、城市的各个角落。这使得我们在使用电子设备和电器时进行电磁环境的检测变得十分必要。同时电磁环境监测是重要的。电磁环境监测是电磁环境构建体系的重要组成部分。实行电磁环境监测有助于为电磁环境的调节提供准确的数字和依据，有助于电磁环境的检测和评估。电磁环境监测体系是由电磁环境的监测仪及用户终端共同组成。它的工作原理是：在实际的工作中，由电磁环境的监测仪进行电磁环境检测，迅速测量出短波的波段频谱，然后结合干扰电的平时测量值以及信道的占有率进行一些必要的计算和登记，如干扰的重心段的计算，安静频率的记载，最终把监测结果存入到电磁环境的数据库。这样，用户端对电磁环境的检测仪可以实现遥控操作。并通过此种方式，用户端可以修改检测仪的监测参数，获得监测结果，同时还可以随时查询数据库中的一些历史数据。在无线电的测量方法上，要注意对监测频段的扫描速率以及对测量的精确性的把握。比如：用HR-12监测与测向设备对电磁环境进行测量。首先，要启动新信号的搜索功能，设置相对应的设备参数以及统计参数，包括选择灵敏度、步进等参数。然后，再根据所要求精度要求和噪声温度设定统计的次数，记录全过程监测的数据作为分析的基本原始数据。最后，分析处理原始数据得出我们所需要的信息。

4 检测方法

4.1外环境监测

城市电磁辐射环境监测和典型电磁辐射环境监测均属外环境电磁辐射监测[3]。前者是在城市范围内按区域划分许多监测点，逐点测量其电磁辐射振幅与频率特性，以便了解该区域的电磁辐射电平和频谱分布，为建立城市电磁背景噪声数据库和拟合城市电波传播校型提供原始数据。后者是针对特定发生源（如大型无线电和微波台站发射天线），测量其辐射衰减特性，为评价和预测强功率发生源对周围环境影响提供依据。

4.2内环境监测

内环境监测是在大功率电子设备或发射天线附近作业区内进行，属于近场区强电磁辐射环境监测。强电磁辐射测量，主要是拾取环境中某点的电磁辐射功率密度，并在给定频段内应对各频率分量同时予以响应。因此，必须采用宽频带的专用检测仪器。目前常用的有宽带各向同性场强计和宽带非定向辐射检测仪两种，前者用于射频电磁辐射监测，后者用于微波电磁辐射监测。

4.3测量记录

测量数据的可重复性和可比性，是保证监测质量的重要标志。必须对测量条件、测量状态以及原始测量数据进行完整记录。测量记录的主要内容包括测量地点、日期、时间、使用仪器、测试人员及全部原始测量数据。为便于进行分析，可将有关监测情况列表汇总。

5 数据处理

5.1电磁辐射电平取值

环境电磁辐射监测，应根据不同监测目的对辐射电平进行取值。在内环境电磁辐射监测时，对气体或液体引燃的电磁辐射监测，应取场强或功率密度的峰值；对引爆和影响人体健康的电磁辐射监测，应取场强或功率密度的平均值。在外环境电磁辐射监测时，一般取场强或功率密度的准峰值。对辐射波峰值、准峰值和平均值的响应，主要反映在监测仪器的检波器上，具体表现于充、放电时间常数。对峰值检波，要求充电快（时间常数小）、放电慢（时间常数大）；对准峰值检波，因既要反映辐射波的幅度又要反映其时间分布，其充电时间_常数比峰值检波大而放电时间比之小；对平均值检波，由于是取辐射波包迹在一段时间的平均，其充、放电时间常数由中放带宽确定。

5.2不超过某概率的电磁辐射电平

在电磁环境中，存有大量随机过程辐射信号，其辐射电平是一随机变量，一般用振幅概率分布（A.P.D）来表征其辐射。 处理电磁环境测量数据时，对这类随机过程辐射信号应采用不超过某概率的电平值，例如80%不超过概率电平值或中值（50%不超过值），作为统计阂值。一般来说，为获得不超过某概率的电平值，应根据测量数据求出该辐射的振辐概率分布，由此得出与某概率相应的辐射电平。也可采用分区间逐步逼近法在计算机上进行。

5.3剔除异常数据

在所采集的大量数据中，可能混入一些异常数据，若不剔除，将会歪曲测量结果。另外，对一了些误差较大但尚能客观反映随机波动的离散性数据，如主观地误认为是异常数据予以剔除，也会影响测量结果的正确性。因此，需采用数理统计方法来剔除异常数据。给定某一置信概率或置信度，并确定一个置信限，对超过该限值的误差，认为不属于随机误差，应予以剔除。

5.4数据拟合

为了从测量数据中求出辐射波传播特性，需对数据进行拟合。众所周知，大部分电波传播均符合以下规律：

E=k/dn （1）

式中，k为常数，n为自变量幂数（任意整数或分数），上式可改写为

20lgE=k-20nlgd （2）

显然， lgd为自变量，lgE为变量，上式为一元线性方程。因此，将测量数据略加处理，就可用线性回归方法对测量数据进行拟合。

电磁环境的监测、控制和预测，是解决电磁环境兼容性的三个重要环节。其中，监测是基础。因此，必须大力开展电磁环境辐射监测技术的研究。目前，有很多电气、电子和电力设备辐射出的电磁波，具有十分复杂的统计性质，需要加强对典型发生源的监测。从高质量监测数据中，抽出其本质，建立数学模型，在城市电磁环境监测基础上，逐步建立、健全城市背景噪声数据库，以便能动地对电磁环境进行协调和预测。

6 结束语

本文对电磁环境监测及其技术进行了探索，首先描述了环境监测设备，接着阐述了电磁环境监测的工作原理，并探索了电磁环境监测的方法，最后给出了电磁监测的数据处理算法。

参考文献：

[1] 王琨. 电磁环境监测及其技术探析[J]. 科技资讯，2011 （15）： 156-156.

[2] 夏跃兵. 无线电磁环境监测与分析[J]. 中国无线电， 2006 （6）： 47-52.

[3] 叶宗林. 电磁环境监测的质量保证[J]. 核电子学与探测技术，1986（1）：71-81.