考场非法电台监测系统设计

谢芳娟 胡蓉

摘要：无线电的发展为人们的生活带来了很多的方便，但同样的，也有少数不法分子使用无线电设备进行的非法活动，尤其是利用无线电作弊的行为日益猖獗。近年来，各种考试中利用无线电作弊的手段越来越多，规模越来越大，同时也越来越隐蔽。作弊行为严重破坏了考试的公平和公正，给社会安全和稳定带来很大的负面影响。本文针对考场环境设计一套快速、方便、经济的非法电台监测系统。该系统能够检测识别考场非法电台信号并应用自适应定向干扰屏蔽等技术阻断非法电台传播。

关键词：非法电台；无线电监测；信号检测；定向干扰

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2019）05-0206-02

Monitoring System Design of Illegal Radio on Examination Hall

XIE Fang-juan1.2， HU Rong1

（1.Jiangxi Industry Polytechnic College， Nanchang 330095，China；2.Nanchang University College of Science and Technology， Nanchang 330029， China）

Abstract： The development of radio has brought a lot of convenience to people's lives. However， there are also a few lawbreakers carried out illegal activities by using radio equipment， especially radio cheating. In recent years， the instrumentality of radio cheating in various examinations has been continuously refurbished and becoming more and more hidden and the scale is getting bigger. It has seriously damaged the fairness and integrity of examinations .It has brought about a great negative impact on social security and stability. This paper designs a monitoring system of illegal radio for the examination room environment， the system has the characteristics of fast， convenient and economical. The system can detect and recognize the signals of illegal radio station，and interfere the illegal radio signals automatically by adaptive directional jamming and screen technology.

Key words： illegal radio； radio monitoring； signal detection； directional interference

近些年，無线电技术发展得越来越快。在便利人们的生活的同时也衍生了很多问题，无线电作弊就是其中之一。在市场的驱动下，无线电作弊手段日益翻新，规模越来越大，隐蔽性也越来越强。如何有效防范高科技作弊手段并打击犯罪团伙是各部门急需解决的问题。目前使用比较广泛的是广播电视移动监测车利用双通道相关干涉仪来对付非法电台，每台车造价往往几百万元，而且使用效率不高[1-2]。监测车一般是采用流动监测形式，对于考场范围大，考点分布比较广的考试有一定的局限性，普及度并不高，只有在一些国家级的重要考试中才有可能使用，且使用范围并不广泛。因此开发研究出一套快速、方便、经济的，针对考场非法电台无线电信号特点的无线电信号监测和定位系统具有重要的现实意义。

1 考场非法电台信号特征

根据信号传输的形式不同，无线电作弊有音频和数据传输两类。音频传输通过语音方式向考生传输答案，而数据传输设备通过数据传输的方式向考生传输答案。前者具有隐蔽性强的特点，而后者具有发射功率大，传输速度快、发送时间短的特点。根据统计，近年来常用的考试作弊信号频率主要集中在400～470MHz、500～520MHz、600～630MHz三段频率中，其他频段如150MHz、230MHz、330MHz和350MHz也有所发现，但相对较少[3]。

音频传输方式一般采用FM调频信号，作弊终端可以将信号解调并形成含有答案的语音信号；数据传输方式的一般采用FSK、PSK或MSK等数字调制方式，作弊终端将信号进行解调后用直接用中英文字符或者将数字信号转换成的语音后来表示答案。

无线电作弊技术具有体质多样性、使用频段范围宽的特点，这些因素大大增加了反作弊的工作难度。如何快速捕获空中信号、识别信号体制、分析判断信号是否非法并定位干扰信号，保证考试的正常进行，是系统设计的关键。

2 考场非法电台的监测

2.1 非法电台信号的识别

为了避开现有的防作弊技术，降低被发现的风险，作弊集团通常采用的发射频率混杂在考场环境中的正常通信信号中，如何识别这些作弊信号并针对性的屏蔽定位这些信号时系统的首要任务。

受相关管理部门设备、环境保护、人力配备等多条件限制，不可能对发现的每个信号进行实时的分析，因此前期需要通过频段扫描和数据对比来发现异常信号，对异常信号进行参数估计、解调并识别判断作弊信号，对作弊信号做出针对性处理。异常信号判断流程如图1所示。

2.2信号参数估计

判断信号为异常信号后需要进一步分析判断该信号是否为作弊信号，这就需要对异常信号进行参数估计并解调信号。信号参数估计包括调制方式的识别、载波估计、码率估计和带宽估计等，本文仅针对调制方式识别做详细介绍。

针对作弊信号的特点，针对FM、FSK、PSK和MSK信号，采用决策树法进行识别，具体流程如图2所示。

相关参数说明如下：

（1）谱峰个数Cn

对于FM、FSK、PSK和MSK信号，只有FSK信号具有多个谱峰，因此检测信号的谱峰个数可以对FSK信号进行区分。

（2）零中心归一化瞬时幅度谱密度的最大值γmax

[γmax]参数是反映信号幅度包络变化情况的一个参数，具体定义如下[4]：

[γmax=max|FFT[acn（i）]|2/Ns] （1）

其中[acn（i）=an（i）-1]，[an（i）=a（i）ma]，[ma=1Nsi=1Nsa（i）]为瞬时幅度的平均值，[Ns]为采样点数，FFT表示信号的快速傅立叶变换。

PSK信号一般会进行基带成型处理，故PSK信号的幅度包络变化变大，因此可以利用这一特征对PSK信号进行区分。

（3）瞬时频率分布统计参数KFD

若FD为信号瞬时频率的统计向量，则定义信号瞬时频率分布统计参数KFD为FD的最大值和平均值的比值。FM信号瞬时频率是连续变化的，整个统计区间相对来说分布较均匀，因此其统计向量的最大值和最小值之间的比值一般较小；而MFSK信号的瞬时频率则是M个电平的阶梯状分布，瞬时频率分布比较集中，最小值一般为零或接近于零，因此其统计向量最大值和最小值之间的比值会较大，这样就可以利用这一参数将FM信号与MFSK信号区分。

2.3 非法电台信号的定向干扰和屏蔽

现有的考场屏蔽设备都是针对常用频段进行覆盖式屏蔽和干扰，在阻断非法作弊信号的同时也会影响考场的正常信号的通信，而且也会对考场附近的正常通信信号造成一定影响。因此，根据非法电台发射频率和方位针对性地进行屏蔽和干扰是很有必要的。对非法电台信号进行测向和定位可以更有针对性地对信号进行屏蔽和干扰，同时也能获得非法电台的位置，为更好地打击犯罪集团提供帮助。

针对考场环境，采用基于TDOA的无线电测向和定位技术。TDOA 的定位思想是时间差，通过测量信号到达监测站的时间来实现对信号的定位。通过比较信号到达多个监测站的时间差，就能做出以监测站为焦点、距离差为长轴的双曲线，双曲线的交点就是信号的位置[6]，如图3所示。

TDOA 是基于多站点的定位系统，因此要对信号进行定位必须有至少3 个以上的监测站进行同时测量。而每个监测站的组成则相对比较简单，主要包括接收机，天线和时间同步模块。

TDOA 不存在相位模糊的问题，测向基线可以不受限制，同时TDOA 系统还具有复杂度低、定位精度高的特点。

3 结束语

本文通过信号自动识别、测向定位、定向干扰和屏蔽技术，针对考场环境下的非法作弊信号设计了一套快速、方便、经济的非法电台监测系统。该系统能够检测识别考场非法电台信号并应用自适应定向干扰屏蔽等技术阻断非法电台传播。

参考文献：

[1] 李钊.非法电台自动监控系统设计[J].电声技术，2016，40（2）：72-75.

[2] 陈爱青.非法调频广播自动监测系统设计与实现[J].电声技术，2017，41（6）：87-91.

[3] 孙信群.关于考试保障中ESMB/EB200频谱扫描参数设置的探讨[J].中国无线电，2009（6）：49-50.

[4] 范海波，楊志俊，曹志刚.卫星通信常用调制方式的自动识别[J].通信学报，2004，25（1）.

[5] 谢芳娟，许仙明，朱淑云.基于谱分析的信号分类算法研究[J].科技广场，2012（3）：85-87.

[6] 俞一鸣，姚远，程学虎.TDOA定位技术和实际应用简介[J].中国无线电，2013（11）：57-58.

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