空管无线电数据分析处理系统的设计

潘云飞 张俊青

（中国民用航空华北地区空中交通管理局内蒙古分局 内蒙古自治区呼和浩特市 010070）

1 系统概述

空管无线电数据分析处理系统结合地理信息技术及空间频谱信号预算技术，可以预算出已知台站的电磁幅射情况。通过台站标称数据与不同时间的历史数据、不同位置的空间数据的比对，掌握台站空管设备性能变化趋势，排除设备自身异常造成的干扰定位，缩短空管自身设备故障定位时间。同时，针对民航空管的外界无线电干扰排查，从事后排查向预防性分析数据转变，主动监测，及时发现实时干扰和潜在干扰。民航空管频谱资源不仅是频域的一维度资源，而是频域、时域及地域的三维度资源。频谱资源结合区域、时间进行合理的多维复用将有效的提升频谱资源的利用率。本系统利用监测设备对关注区域高密度电磁信息采集，通过信号定位、数据融合展示，可以更加真实直观的分析频谱在频域、时域及地域的分布情况，为空管无线电管理部门在频率规划和设台方面提供有效的参考数据。

空管无线电数据分析处理系统由空管无线电数据分析处理软件、空管专用电子地理信息软件和空管无线电专用数据库软件三部分组成。该三项软件融为一体，实现良好的信息交互和资源共享。其中空管无线电数据分析处理软件是系统的核心软件，基于该平台的框架体系和数据总线，空管无线电数据分析处理软件可向空管专用电子地理信息软件推送原始、过程或结果数据并在其上进行数据分析和直观展示；可高效地访问空管无线电专用数据库系统，实现数据的存储和提取；同时，电子地理信息系统也可从数据库系统中提取和存储数据信息。空管无线电数据分析处理系统的总体架构及模块如图1所示。

2 空管无线电数据分析处理软件

2.1 软件体系结构

空管无线电数据分析处理软件是空管无线电数据分析处理系统的核心部分，其主要职能是通过对由各种监测测向设备在不同时间、地点获取的多维度的实时或历史无线电台站发射信号测量、频率/时间占用度统计、干扰监测等数据与空管台站标称数据的融合、比较分析处理，实现对空管频率资源使用效率和有效性的评估、对空管台站监管核查和对空管干扰的统计分析；在地理信息系统（Geographic Information System, GIS）平台上展示空管无线台站信号信息、周边电磁环境及频谱态势信息，输出高价值的评估数据，包括多种空管无线电台站射频工作状态、质量和频率资源使用效率等的评估数据和报告、空管台站周边电磁环境干扰及潜在干扰威胁评估数据和报告等；生成多种空管无线电统计报表，包括空管台站信号测量统计表、空管台站信号（某频道）监测统计表、空管专用频段（某类型）干扰信号监测统计表、空管干扰信号（某频点）监测统计表、空管专用频段（某类型）底噪监测统计表。空管无线电数据分析处理软件系统的功能模块图如图2所示。

2.2 主要功能

空管无线电数据分析处理软件系统的主要功能包括：

2.2.1 对空管无线电台站基础数据进行查询、统计和展现功能

基于GIS平台和数据库，对在数据库系统中录入和存储管理的空管无线电台站（包括地空台、航向信标台、航向下滑台、测距仪、一次雷达、二次雷达等）的标称基础数据进行查询、统计和信息展现，实现对空管无线电发射台站的监管核查，便于管理人员掌握空管台站无线电最新基本情况和变化趋势，为开展设备维保提供电磁数据支持。

2.2.2 对空管台站周边的FM广播、电视台站基础数据进行查询、统计和展现功能

基于GIS平台和数据库，对在数据库系统中录入和存储管理的周边区域的FM广播、电视台站的标称基础数据进行查询、统计和信息展现，便于管理人员掌握和干扰排查时参考应用。

2.2.3 对空管无线电台站监测数据进行查询、统计和展现功能

基于GIS平台和数据库，对由监测仪器获取并导入、在系统中存储管理的无线电台站（包括地空台、航向信标台、航向下滑台、测距仪、一次雷达、二次雷达等）监测数据库进行查询、统计和信息展现，应用实时采集获取的连续监测数据或频率/时间占用度统计数据，实现对空管频率资源使用效率和有效性的评估，便于管理人员掌握空管台站无线电和空管频率资源实际应用情况和变化趋势。

2.2.4 对空管无线电干扰监测数据进行查询、统计和展现功能

基于GIS平台和数据库，对由监测仪器获取并导入、在系统中存储管理的空管无线电干扰监测数据和告警信息进行查询、统计和信息展现，获知空管无线电干扰最新情况和发展趋势，便于管理人员掌握空管台站受扰情况和原因分析，便于制定空管干扰预防措施。

2.2.5 空管无线电台站电磁环境及频谱态势展示和评估功能

具备电磁频谱态势分析功能，能够利用长期积累的历史电磁数据，对监测区域内台站的电磁态势、信号场强覆盖情况进行分析，并结合电子地图进行可视化展示。

2.2.6 空管无线电台站发射参数测量和干扰监测统计报表生成功能

通过查询和数据统计，获知空管无线电台站射频工作状态、质量评估信息和空管台站周边电磁环境干扰及潜在干扰威胁评估信息，生成多种空管无线电统计报表，包括空管台站信号测量统计表、空管台站信号（某频道）监测统计表、空管专用频段（某类型）干扰信号监测统计表、空管干扰信号（某频点）监测统计表、空管专用频段（某类型）底噪监测统计表。

2.2.7 基础数据与监测数据、最新与历史监测数据的比对分析、IQ数据分析功能

图1：空管无线电数据分析处理系统的总体架构及模块组成图

将数据库系统中的空管无线电台站的基础（标称）数据与同一台站的最新发射信号测量数据进行比较，将最新测量获知的台站发射信号测量数据与同一台站任一历史时期测量数据进行比较，掌握其变化情况，判断台站发射设备工作状态。对监测记录的IQ数据进行处理，可回放动态的时频信息，播放地空通信解调语音信息，从而掌握更完整、直观、细致的信号频域、时域和调制域特征，当存在受扰或参数偏离情况，通过该过程回放和分析，可得到进一步的确认。

2.2.8 空管无线电监测设备状态监控功能

基于GIS平台和数据库，对导入并在数据库系统中存储管理的监测设备信息（包括工作日志信息、工作位置/时间信息、温湿度变化信息及故障告警信息等）进行查询和回放展现，便于管理人员掌握空管无线电监测设备状态信息。

3 空管无线电专用数据库软件

3.1 软件体系结构

空管无线电专用数据库软件包括数据库平台软件和空管无线电专用数据库管理软件两部分，是空管无线电数据分析处理平台的重要支撑软件。其主要职能是对空管各类无线电台站基础数据、无线电台站监测数据（包括频段、信号、解调和IQ等类型数据）、FM广播和电视频段监测数据（包括频段、信号和IQ等类型数据）进行存储、查询访问和维护管理。数据库平台软件拟采用Oracle大型关系数据库，以便系统未来的规模化发展应用。所有监测数据均含有时间戳、位置戳，以便融合处理和应用。空管无线电专用数据库软件的体系架构如图3所示。

3.2 主要功能

空管无线电专用数据库软件系统的主要功能包括：

3.2.1 无线电台站基础数据的存储和管理

对空管无线电台站（包括地空台、航向信标台、航向下滑台、测距仪、一次雷达、二次雷达等空管无线电台站）基础标称数据进行输入、查询、修改和显示等。

3.2.2 FM广播、电视台站基础数据的存储和管理

对空管台站周边区域的FM广播、电视台站数据进行输入、查询、修改和显示等。

3.2.3 无线电台站监测数据库的存储和管理

对空管无线电台站（包括地空台、航向信标台、航向下滑台、测距仪、一次雷达、二次雷达等空管无线电台站）监测数据进行存储、查询和显示等。

3.2.4 无线电干扰监测数据的存储和管理

对空管无线电台站受扰信息及干扰告警、分析查找结果信息进行存储、查询和显示。

3.2.5 数据库导入、导出、删除等维护功能

对数据库各表单进行数据导入、导出和删除清空等操作，实现对数据库的日常维护管理。

4 空管专用电子地理信息系统软件

4.1 软件体系结构

空管专用电子地理信息系统包括电子地图平台软件和空管专用电子地理信息应用软件两部分，是空管无线电数据分析处理平台的重要支撑软件之一，其主要职能是在电子地图平台上展示空管无线电台站、空管无线电监测站的位置信息，并基于台站、监测仪器位置关联查询和展示台站基础信息、台站工作状态信息、台站发射测量参数信息、电磁环境信息和干扰监测信息等。

电子地图平台软件采用MapInfo或国家地理信息公共服务平台“天地图”等其他新发展的GIS平台软件。电子地图平台中使用的电子地图文件来源于开源的中国电子地图文件，更高精度的电子地图文件及专用航路地图信息。地图包括内蒙古全区地图与航迹图的有机结合，地图级数为15级以上。本系统设备选用的是民用级GPS接收机，采用GPS码定位方式，在采用DGPS差分校正时定位精度可达1～5m，授时同步精度达毫秒级。空管专用电子地理信息系统软件的体系架构如图4所示。

4.2 主要功能

空管专用电子地理信息系统的主要功能包括：

4.2.1 空管无线电台站地理位置及基础数据、测量数据展现功能

在GIS上按照不同类别显示和标注空管各类无线电台站，可关联显示其基础标称数据、最新测量数据信息，并可关联转入到台站信息查询、统计、报表生成等工作页面。

4.2.2 FM广播、电视台站地理位置及基础数据展现功能

在GIS上按照不同类别显示和标注空管台站周边区域的FM广播、电视台站，可关联显示其基础标称数据信息，并可关联转入到周边区域的FM广播、电视台站信息查询、统计、报表生成等工作页面。

4.2.3 空管无线电干扰位置及数据展现功能

在GIS上按照不同类别显示和标注受扰的空管无线电台站、无线电干扰源（干扰发射台站等）及干扰信息，可关联显示干扰监测详细信息，并可关联转入到干扰监测统计、分析等工作页面。

4.2.4 空管台站周边电磁环境信息和频谱态势信息展现功能

在GIS上显示电磁频谱态势分析结果和频谱态势图，支持空管无线电数据分析系统的空管无线电台站电磁环境及频谱态势展示和评估等基本功能的实现。

4.2.5 航迹信息展现功能

在GIS上显示航迹数据中的航迹信息，支持用户添加修改航迹信息的功能实现。

4.2.6 GIS基本操作功能，包括地图放大、缩小、漫游、距离和面积测量等

具备对GIS地图的基本操作和管理功能，包括地图放大、缩小、漫游、测量及图层、网格设置操作等功能。

5 结语

通过无线电监测设备的监测数据，利用设计的空管无线电数据分析处理系统，建成一个以大数据分析为核心的高度智能化的CNS（Communication、Navigation、Surveillance，通信、导航、监视）监测平台，将通用化监测和民航空管专业化监测相结合，建设完善的空管无线电数据库应用系统，基于大数据思想的智能化分析判断，为预防性干扰排查提供大量数据支持，提升民航空管无线电干扰排查效率。

图2：空管无线电数据分析处理系统的功能模块图

图3：空管无线电专用数据库软件的体系架构图

图4：空管专用电子地理信息系统软件的体系架构图