一種基于iq數(shù)據(jù)的無線電信號監(jiān)測分析系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于無線電監(jiān)測領(lǐng)域和測試測量技術(shù)領(lǐng)域中的無線電信號分析處理和數(shù)據(jù)采集技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于IQ數(shù)據(jù)的無線電信號監(jiān)測分析記錄系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]無線電頻譜是不可再生的重要國家資源，為合理有效地使用無線電頻譜資源，無線電監(jiān)管部門需要監(jiān)測和分析無線電信號的實(shí)際情況，確?？罩须姴ㄖ刃蚝皖l譜利用率，因此具備無線電信號監(jiān)測、分析和記錄功能的系統(tǒng)是必不可少的無線電監(jiān)管技術(shù)設(shè)施。
[0003]在無線電信號監(jiān)測和分析領(lǐng)域，現(xiàn)階段常用的監(jiān)測和分析方法為，使用外部接口控制接收機(jī)或頻譜儀進(jìn)行頻段掃描或中頻分析，無線電信號經(jīng)接收機(jī)的中頻數(shù)字信號處理后，輸出某頻率在特定FFT帶寬內(nèi)的頻率數(shù)值和電平值，測量時間為計算機(jī)當(dāng)前時間。根據(jù)頻率、電平值和測量時間，可開展頻譜分析、頻率和頻段時間占用度分析等業(yè)務(wù)工作。在信號解調(diào)方面，現(xiàn)階段通常根據(jù)數(shù)字接收機(jī)內(nèi)置的解調(diào)類型，在中頻分析或固定頻率測量功能中，輸出信號解調(diào)內(nèi)容。在信號分析處理方面，由于受到設(shè)備成本和處理能力的限制，數(shù)字接收機(jī)在對模擬中頻信號的數(shù)模轉(zhuǎn)換后，使用了固定了數(shù)字信號處理方式，因此只能提供給使用者有限的信號處理分析功能，例如無法調(diào)整模數(shù)轉(zhuǎn)換參數(shù)、無法調(diào)整FFT點(diǎn)數(shù)、無法改變IQ數(shù)據(jù)輸出帶寬、無法增加信號解調(diào)類型等。傳統(tǒng)接收機(jī)件結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括射頻變頻模塊1、基本信號處理單元2和無線電信號輸入端3。此種監(jiān)測技術(shù)體系，只能提供信號的頻譜、時間、幅度和特定解調(diào)信息，存儲這些信息無法還原無線電信號的全部特征值，無法實(shí)現(xiàn)信號的分析、解調(diào)解碼和識別的監(jiān)管需求。再者，由于系統(tǒng)內(nèi)固化了數(shù)字信號處理方式，相關(guān)信號監(jiān)測分析業(yè)務(wù)被局限在特定的FFT帶寬內(nèi)，無法充分發(fā)揮接收機(jī)的前端射頻性能和模擬帶寬，降低了監(jiān)測的效率和實(shí)時性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]鑒于傳統(tǒng)無線電信號監(jiān)測分析系統(tǒng)的上述不足，本實(shí)用新型的目的在于提供一種基于IQ數(shù)據(jù)的無線電信號監(jiān)測分析記錄系統(tǒng)。所述裝置在已有接收機(jī)和計算機(jī)投資的基礎(chǔ)上，通過中頻數(shù)字化設(shè)備采集并數(shù)字化接收機(jī)輸出的模擬中頻信號，將其轉(zhuǎn)換為IQ數(shù)據(jù)，在通過增加IQ記錄設(shè)備和時間同步設(shè)備，對無線電信號全部特征進(jìn)行實(shí)時記錄。再通過FPGA或其它硬件功能模塊，根據(jù)實(shí)際需求開展數(shù)字信號處理，可實(shí)現(xiàn)如下信號監(jiān)測和分析功能:
[0005]1.信號頻譜分析。根據(jù)信號特征調(diào)整數(shù)字信號處理參數(shù)，實(shí)現(xiàn)信號頻率、帶寬、調(diào)制等參數(shù)的分析和測量。
[0006]2.頻段和頻率時間占用度分析。通過設(shè)置特定的駐留時間，使用已有接收機(jī)前端模擬帶寬采集信號，使用時間同步設(shè)備添加時間戳，使用IQ記錄設(shè)備實(shí)時記錄特定頻段在特定駐留時間的IQ數(shù)據(jù)。完成需求時間的測量后，使用客制化的功能模塊可在任意FFT帶寬和數(shù)字信號處理方式下，測算頻段和頻率時間占用度，大幅減小回掃時間，提高測量準(zhǔn)確性。
[0007]3.信號識別和解調(diào)解碼功能?？稍谝延涗浀腎Q數(shù)據(jù)中，對任意時間的任意信號進(jìn)行識別和解調(diào)解碼，由于直接采集了接收機(jī)的模擬中頻信號，使得IQ數(shù)據(jù)的信號帶寬大幅增加，可覆蓋大部分?jǐn)?shù)字調(diào)制信號的分析帶寬。
[0008]4.信號TDOA定位。由于通過時間同步設(shè)備對IQ數(shù)據(jù)添加了時間戳，可使用短時傅里葉變換算法處理不同固定監(jiān)測分站接收機(jī)獲得的IQ數(shù)據(jù)，并通過手動操作確定各固定監(jiān)測站收到某信號的精確時間，從而實(shí)現(xiàn)對所記錄信號的達(dá)到時間差定位。
[0009]因此，本實(shí)用新型可在現(xiàn)有監(jiān)測技術(shù)設(shè)施的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對所監(jiān)測無線電信號信息的全方位存儲，并實(shí)現(xiàn)對信號信息的挖掘、處理和分析，解決了傳統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)的諸多不足。
[0010]本實(shí)用新型在現(xiàn)有的接收機(jī)系統(tǒng)中增加中頻數(shù)字化設(shè)備、數(shù)據(jù)庫和高級信號處理分析模塊，實(shí)現(xiàn)IQ數(shù)據(jù)的捕獲和記錄，并且基于記錄的IQ數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)上述功能。
[0011]本實(shí)用新型提出的基于IQ數(shù)據(jù)的無線電信號監(jiān)測分析記錄系統(tǒng)，包括射頻變頻模塊1、基本信號處理單元2、無線電信號輸入端3、中頻信號輸出端4、中頻數(shù)字化設(shè)備5、數(shù)據(jù)庫模塊6和高級信號處理模塊7，射頻變頻模塊I的一端連接無線電信號輸入端3，射頻變頻模塊I的另一端通過中頻信號輸出端4連接基本信號處理單元2 ;中頻信號輸出端4和中頻數(shù)字化設(shè)備5的信號輸入端相連，中頻數(shù)字化設(shè)備5的IQ信號輸出端連接數(shù)據(jù)庫模塊6的輸入端，所述數(shù)據(jù)庫6的輸出端連接高級信號處理模塊7，中頻數(shù)字化設(shè)備5將采集到的IQ信號直接存入數(shù)據(jù)庫6中，高級信號處理模塊7從數(shù)據(jù)庫模塊6中讀取IQ信號，進(jìn)行定制化的數(shù)據(jù)分析和信息挖掘。
[0012]本實(shí)用新型中，所述高級信號處理模塊7包括IQ數(shù)據(jù)回放模塊8、頻譜分析模塊
9、占用度分析模塊10，解調(diào)回放模塊11、時頻分析模塊12、TDOA定位模塊13以及信號處理擴(kuò)展接口 14，IQ數(shù)據(jù)回放模塊8的輸入端連接數(shù)據(jù)庫模塊6的輸出端，IQ數(shù)據(jù)回放模塊8的輸出端分別連接頻譜分析模塊9、占用度分析模塊10，解調(diào)回放模塊11、時頻分析模塊
12、TDOA定位模塊13以及信號處理擴(kuò)展接口 14，所述信號處理擴(kuò)展接口 14連接第三方的數(shù)據(jù)處理單元；所述IQ數(shù)據(jù)回放模塊8直接從數(shù)據(jù)庫模塊6中讀取存儲的中頻IQ信號，頻譜分析模塊9、占用度分析模塊10，解調(diào)回放模塊11、時頻分析模塊12和TDOA定位模塊13通過IQ數(shù)據(jù)回放模塊8獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)定制化的信號分析，信號處理擴(kuò)展接口 14將IQ數(shù)據(jù)回放模塊8中的IQ數(shù)據(jù)提供給第三方的數(shù)據(jù)處理單元。
[0013]本實(shí)用新型通過中頻數(shù)字化設(shè)備獲取了信號的原始IQ，可以通過各種不同的方法對信號進(jìn)行分析，從而豐富對信號分析手段。由于不同的分析方法采用的同一個原始IQ數(shù)據(jù)，避免由于不同接收機(jī)系統(tǒng)因?yàn)樘炀€，信號鏈路，以及各種其他因素造成的分析誤差，提高了系統(tǒng)的可靠性。另一方面，信號的原始IQ存貯于數(shù)據(jù)庫中，當(dāng)有新的分析處理方法時，可以直接用數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，避免的重復(fù)采集信號時間。同時，當(dāng)分析找到干擾信號時，可根據(jù)數(shù)據(jù)庫中多個監(jiān)測站的原始信號可以進(jìn)行回放解調(diào)和TDOA定位。
[0014]本實(shí)用新型的具體工作步驟如下:
[0015](I)設(shè)置接收機(jī)工作參數(shù)，設(shè)置接收機(jī)中頻輸出，啟動接收機(jī)采集；
[0016](2)啟動中頻數(shù)字化設(shè)備，記錄IQ中頻信號并且保留到數(shù)據(jù)庫中；
[0017](3)啟動IQ回放模塊，讀取數(shù)據(jù)庫中紀(jì)錄的IQ中頻文件；
[0018](4)選擇相應(yīng)的信號分析模塊，如頻譜分析，對回放的IQ信號進(jìn)行頻譜分析；
[00