基于网格化频谱监测的无线干扰源定位研究

沙犇

摘要：近年来，随着我国无线电通信技术的快速发展，无线电作为一种信息的载体，在国民经济建设中和国防建设中起着越来越重要的作用。目前，随着无线电发射设备使用数目的不断增加，频谱覆盖密度的持续提高，电磁环境的进一步恶化，在有限的无线电频谱资源越来越稀缺的情况下，频谱监管工作显得越来越重要。无线电监测部门为了能够准确地查找和排除干扰源以确保通信畅通，加强对于干扰源或非法电台的查处力度势在必行。

关键词：网格化；频谱监测；无线干扰源；定位研究

1导言

随着我国无线电通信技术的进步和信息产业的兴起，频谱资源日益稀缺，频谱监管越来越重要，加强对干扰源或非法电台的查出力度势在必行，无线电监测部门准确地查找和排除干扰源以确保通信畅通显得尤为重要。传统的定位方法中，无源测向交叉定位技术的核心是测量信号的到达角度，到达时间差算法通过检测目标源发射无线电信号的时间与传感器采集到信号的到达时间之差来对目标源进行定位，目前已广泛应用于无线电定位中。

2二维空间中干扰源的定位算法

2.1电磁波的传播模型

在二维自由空间中，假设信号源的发射功率为Pt，首先确定电磁波在二维自由空间的传播模型为：

其中，Pt为发射功率，以圆辐射；；

λ为工作波长；Gt，Gr分别表示发射天线和接受天线增益；d为发射天线和接受天线间的距离。在二维自由空间中，接收功率Pr与发射天线和接受天线间的距离d2成反比，Gt，Gr，Ar均为已知常量，则电磁波在二维自由空间的传播模型可简化为：其中，k=ArGt。

2.2定位算法

假设在一待测区域中，设有若干个矩阵排列的无线电监测器，构成一个无线电监测网，用于监测该区域的干扰源的信号强度，测出其接收功率的大小，通过对无线电监测器接收功率的大小进行分析，根据无线电监测器测得的干扰源功率的大小，找出相邻4个监测点数据之和最大的小矩形区域，即为干扰源所在的一个小矩形区域。设干扰源坐标为（X0，Y0），发射功率为Pt，干扰源所在矩形区域的4个监测点坐标分别为a1（X1，Y1），a2（X2，Y2），a3（X3，Y3），a4（X4，Y4），在没有噪声干扰的理想环境下，对应监测点测得的接收功率为Pr1，Pr2，Pr3、Pr4，其中X1=X4，X2=X3，Y1=Y2，Y3=Y4，则X1

假设电波在空中传播受到瑞利噪声的影响，随机数R服从方差为c、均值为u的瑞利分布，则在实际中对应监测点测得的接收功率分别为Pn1，Pn2，Pn3，Pn4，其中Pn1=Pr1+R，Pn2=Pr2+R，Pn3=Pr3+R，Pn4=Pr4+R。故由电磁波在含有噪声的二维空间中传播可得：

其中，d为每個式子的误差值，误差值d由相邻传感器的间距确定，经过大量的实验可知，当相邻传感器的间隔为100m时，误差d的取值为100～800；当相邻传感器的间隔为1000m时，误差d的取值为10000～80000，所计算出的干扰源位置才较为合理。所测干扰源位于一个小矩形区域的4个顶点，分别为a1，a2，a3，a4，设定合适的误差值d，X0和Y0在矩形区域内遍历取值，标记出能同时满足式（11）-式（16）中所有式子的坐标点，这些点所在的区域即为干扰源所在的区域。

3验证分析

3.1仿真实验

假设在（600，600）处有一个发射功率为 10W 的干扰源，传播中受到均值为 0、方差为 0.0015 的高斯白噪声的影响。由若干个矩阵排 列 的 无 线 电 监 测 器 构 成 一 个 无 线 电监测网，相邻监 测 器 的 间 隔 为 1000m（见 图 1），用 于 监 测该区域的干扰源 的 信 号 强 度，测出其接收功率的大小，如表1所列。

对无线电监测器接收功率的大小进行分析，根据无线电监测器检测的数据，找出相邻4个监测点数据之和最大的小矩形区域，即为干扰源所在的一个小矩形区域。由表1可知，干扰源所在的小矩形区域的4个顶点对应的接收功率分别为0.013451mW，0.019327mW，0.029683mW，0.020394mW，对应点的 位 置 坐 标 值 为（0，0），（1000，0），（1000，1000），（0，1000）。采用本文提出的算法得到的仿真结果如图 2 所示。

3.2误差分析

图2中得到的点的分布区域，即为推测出的干扰源所在位置。仿真所得到的干扰源可能的位置坐标分别为（600，616），（608，624），（616，632），（560，608），（568，640），（592，592），（624，600），（544，576），（552，568），（576，552），（584，560），（632，584），（640，648），（536，544），（528，656），（648，664）。仿真 得 到 的 点 到 真 实 干 扰 源 位 置 的 平 均 距 离 为48.393m，对干扰源可能的位置坐标取平均得到一个推测的干扰源位置坐标（588，604），此干扰源的位置距真实干扰源的位置偏差约为 12m。相比于现在已有的无线定位方法，本文所采用的定位方法精确度更高，复杂程度更低，实用性更强。从仿真结果以及对于结果的误差分析可知，干扰源被确定在一个很小的区域内，对这些推测点取平均后，所得到的干扰源位置与真实干扰源位置的偏差在一个很小的误差范围内，验证了本文所提出算法的可靠性和有效性。

参考文献：

[1]李金山. 基于网格化频谱监测的无线干扰源定位研究[D].昆明理工大学，2017.

[2]田欣. 基于网格化监测的无线电精细化频谱管理系统的研究[D].西华大学，2016.

[3]陈宇飞. 基于RoF的分布式频谱监测平台设计与实现[D].北京邮电大学，2016.