CN106911407A - 频谱特征可视化装置及可视化方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了频谱特征可视化装置及可视化方法，以图表的方式从频域、空间和时间等不同的角度展示综合频率和不同行业使用频率的时间占用度和空间占用度、电平/场强的最大值、最小值和平均值。采用泊松分布的数学模型进行频谱占用度测量，可以保证所测量的频谱占用度具有合理的置信区间，并且，在相同置信水平和相对精度的条件下，采样点数量比现有技术的采样点数量少很多，特别是对于大占用的情况。

Description

频谱特征可视化装置及可视化方法

技术领域

本发明涉及无线电领域，具体涉及频谱特征可视化装置及可视化方法。

背景技术

随着全以电磁频谱为基础资源的无线通信产业不断发展，全国各省市的无线电监测测向设备和装置已发展到多种类型，如固定监测站(中心站和无人值守站)、车载移动站、机载监测装置、舰载监测装置和便携式监测装置。但现有的无线电频谱监测装置面对空中日益复杂的电磁环境的挑战，难以准确地了解区域内的电磁势态，当需要将多个监测站甚至多个监测子网组成一个网系时，现有装置对网内各种监测设施的管理、监测测向任务的制定与分发以及监测测向数据进行分析与汇总均难以提供全面的支撑，难以对监测网内各种监测设备、通讯链路的状况提供及时的和动态的把握，易导致测向和定位不准确、分析处理结果偏差大等问题。

无线电频谱资源是不可再生的重要资源，在频谱管理中频谱的有效利用是应当考虑的重要因素之一。频谱占用度是频谱有效利用的体现，频谱占用度的测量结果不仅可以为频谱管理人员提供有关频谱实际使用情况的信息，方便频谱管理人员指配频率，同时还可以为频率主管部门提供频谱使用趋势的信息。频谱占用度测量是日常无线电频谱监测工作中的一项重要内容。

目前，关于频谱占用度的测量方法有很多，大多数的测量方法是在长时间的测量基础上求出占用度的数值。但是这些测量方法有两个问题没有考虑，即一、占用度的可信程度，即置信区间，所测得的占用度的可靠性无法判断；二、占用度的精确程度，即相对精度。对实际监测工作来说，占用度的意义在于在保证一定可信度的情况下，如何用尽可能少的工作去获得尽可能多的频率占用信息。根据统计学原理，国际电联(I TU)提出了关于占用度测量的指导方法，明确了可信程度和精确程度的概念。置信区间、相对精度能让测试人员知道测试的结果可靠程度，在保证一定置信水平和相对精度的条件下，可以大大缩短测量时间，提高设备的使用效益。

发明人在实现本发明的过程中，发现现有技术存在如下不足：

在实际测量中，ITU的测量方法采用泊松分布的数学模型进行频谱占用度测量，有一定的局限性：ITU的测量方法适用于占用度小的情况，对于占用度大的情况，置信区间上限会出现大于100％的不合理情况，并且，采样点的数量较多，使测量过程较为复杂繁锁。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供频谱特征可视化装置及可视化方法。

本发明是以如下技术方案实现的：

频谱特征可视化装置，包括监测服务器和多个监测装置，所述监测服务器和所述多个所述监测装置通讯连接，所述多个监测装置互相连接构成监测网络；

所述监测服务器包括监测模式设置模块、监测目标选择模块、监测参数选择模块、频谱指标可视化控制模块、监测过程控制模块和监测结果显示模块；所述频谱指标可视化控制模块，用于选择对所述频谱指标进行可视化的具体形式；所述监测过程控制模块通过实时监测单元、设备管理单元和频谱分析单元进行监测过程的控制和监测结果的获取；

所述监测装置包括监测天线和监测接收机，在监测接收机和频谱分析单元之间还包括数据分流器以对监测接收机接收到的数据信号进行分流，从而获取预处理数据；在监测天线与监测接收机之间还包括信号放大器，对监测天线接收到的频谱数据进行放大再传送至监测接收机，在信号放大器与监测接收机之间还包括信号滤波器，对放大之后的频谱数据进行滤波。

进一步地，所述监测服务器还包括：

比较结果序列获取模块，用于获取信号场强，并将检测到的信号场强与门限进行大小比较，获得比较结果序列；

估计模块，用于根据大数中心极限定理，将所述比较结果序列按照服从正态分布规律进行分析，估计频谱占用度及其置信区间和相对精度。

进一步地，监测模式设置模块，用于对监测模式进行设置，所述监测模式基于监测的时间节点进行划分；

监测目标选择模块，用于选择参加监测的监测装置；

监测参数选择模块，用于选择参见选择的参数，所述参数包括占用度、背噪、最小场强、平均场强和/或最大场强；

监测过程控制模块，用于控制监测装置以完成监测过程。

进一步地，所述频谱指标可视化控制模块包括：

柱状图单元，用于以柱状图显示频谱指标；

折线图单元，用于以折线图显示频谱指标；

三维图单元，用于以三维图显示频谱指标。

进一步地，所述监测结果显示模块以独立频谱或综合频谱的形式显示检测结果；

所述综合图谱的显示形式包括将综合显示所有选中监测装置在VHF/UHF整个频段内的占用度、背噪、最小场强、平均场强及最大场强，清晰的查看频段内的频谱；

所述独立频谱的显示形式包括分别显示各监测装置在VHF/UHF整个频段内的占用度、背噪、最小场强、平均场强及最大场强。

进一步地，所述监测结果显示模块包括：

频谱显示单元，用于显示所有信道的业务数据；

焦点频率选择单元：显示频率列表以便于在频率列表中获取频率。

进一步地，所述监测结果显示模块还包括：

频谱数据显示单元，用于以列表的形式显示业务频段的分析结果数据；

频谱图查看单元，用于以图形的方式综合显示同一频谱指标在不同地域的分析结果，以及焦点频率在各监测站点的测量数值曲线。

一种频谱特征可视化方法，所述频谱特征可视化使用上述的频谱特征可视化装置，所述方法包括：

获取监测模式、监测目标、监测参数和可视化的具体形式；

根据监测模式和监测目标从所述监测目标对应的监测装置获取预处理数据；

根据所述预处理数据进行分析以得到监测参数的对应值；

根据所述可视化的具体形式显示所述监测参数的对应值。

进一步地，还包括：

对指定的监测装置进行无线电信号参数的测量和分析，得到监测装置在VHF/UHF整个频段内的占用度、背噪、最小场强、平均场强及最大场强。

进一步地，还包括：

获取信号场强，并将检测到的信号场强与门限进行大小比较，获得比较结果序列；

根据大数中心极限定理，将所述比较结果序列按照服从正态分布规律进行分析，估计频谱占用度及其置信区间和相对精度。

本发明的有益效果是：

本发明提供了频谱特征可视化装置及可视化方法，以图表的方式从频域、空间和时间等不同的角度展示综合频率和不同行业使用频率的时间占用度和空间占用度、电平/场强的最大值、最小值和平均值。采用泊松分布的数学模型进行频谱占用度测量，可以保证所测量的频谱占用度具有合理的置信区间，并且，在相同置信水平和相对精度的条件下，采样点数量比现有技术的采样点数量少很多，特别是对于大占用的情况。

附图说明

图1是发明的一种监测网频谱全景***示意图。

图2是本发明的监测服务器示意图。

图3是本发明监测装置示意图；

图4是本发明监测结果显示模块框图；

图5是本发明频谱特征可视化方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

本发明实施例提供频谱特征可视化装置，如图1所示，包括监测服务器和多个监测装置，所述监测服务器和所述多个所述监测装置通讯连接，所述多个监测装置互相连接构成监测网络；

所述监测服务器如图2所示，包括监测模式设置模块、监测目标选择模块、监测参数选择模块、频谱指标可视化控制模块、监测过程控制模块和监测结果显示模块；所述频谱指标可视化控制模块，用于选择对所述频谱指标进行可视化的具体形式；所述监测过程控制模块通过实时监测单元、设备管理单元和频谱分析单元进行监测过程的控制和监测结果的获取。

具体地，监测模式设置模块，用于对监测模式进行设置，所述监测模式基于监测的时间节点进行划分；

监测目标选择模块，用于选择参加监测的监测装置；

监测参数选择模块，用于选择参见选择的参数，所述参数包括占用度、背噪、最小场强、平均场强和/或最大场强；

监测过程控制模块，用于控制监测装置以完成监测过程。

所述监测装置如图3所示，包括监测天线和监测接收机，在监测接收机和频谱分析单元之间还包括数据分流器以对监测接收机接收到的数据信号进行分流，从而获取预处理数据；在监测天线与监测接收机之间还包括信号放大器，对监测天线接收到的频谱数据进行放大再传送至监测接收机，在信号放大器与监测接收机之间还包括信号滤波器，对放大之后的频谱数据进行滤波。

监测接收机对监测范围内频段逐一监测，一个监测任务执行完毕后，自行进行下一任务的监测，直到任务全部结束。每次监测任务完毕之后，监测接收机将捕获的模拟信号以数字的形式进行显示，并将信号以数字形式通过网络传输至频谱分析单元。频谱分析单元不仅对占用度、背噪、最小场强、平均场强和/或最大场强进行分析，还可以对干扰信号和不明信号进行频点分析和频段分析；进一步地，频谱分析单元还按照设定的频率对各个选中的监测装置间隔进行扫描，分析各个监测装置的当前场强和时间占用度，并发现未知信号和发现超标电台。

具体地，所述监测服务器还包括：

比较结果序列获取模块，用于获取信号场强，并将检测到的信号场强与门限进行大小比较，获得比较结果序列；

估计模块，用于根据大数中心极限定理，将所述比较结果序列按照服从正态分布规律进行分析，估计频谱占用度及其置信区间和相对精度。

进一步地，所述频谱指标可视化控制模块包括：

柱状图单元，用于以柱状图显示频谱指标；

折线图单元，用于以折线图显示频谱指标；

三维图单元，用于以三维图显示频谱指标。

具体地，所述监测结果显示模块以独立频谱或综合频谱的形式显示检测结果；所述综合图谱的显示形式包括将综合显示所有选中监测装置在VHF/UHF整个频段内的占用度、背噪、最小场强、平均场强及最大场强，清晰的查看频段内的频谱；所述独立频谱的显示形式包括分别显示各监测装置在VHF/UHF整个频段内的占用度、背噪、最小场强、平均场强及最大场强。

具体地，如图4所示，所述监测结果显示模块还包括：

频谱显示单元，用于直接显示所有信道的业务数据；

焦点频率选择单元，用于显示频率列表以便于在频率列表中获取频率。

频谱数据显示单元，用于以列表的形式显示业务频段的分析结果数据；

频谱图查看单元，用于以图形的方式综合显示同一频谱指标在不同地域的分析结果，以及焦点频率在各监测站点的测量数值曲线。

本发明实施例还提供了一种频谱特征可视化方法，所述频谱特征可视化使用上述的频谱特征可视化装置，所述方法如图5所示，包括：

获取监测模式、监测目标、监测参数和可视化的具体形式；

根据监测模式和监测目标从所述监测目标对应的监测装置获取预处理数据；

根据所述预处理数据进行分析以得到监测参数的对应值；

根据所述可视化的具体形式显示所述监测参数的对应值。

进一步地，还可以包括：

对指定的监测装置进行无线电信号参数的测量和分析，得到监测装置在VHF/UHF整个频段内的占用度、背噪、最小场强、平均场强及最大场强。

此外，所述可视化方法还可以包括：

获取信号场强，并将检测到的信号场强与门限进行大小比较，获得比较结果序列；

根据大数中心极限定理，将所述比较结果序列按照服从正态分布规律进行分析，估计频谱占用度及其置信区间和相对精度。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.频谱特征可视化装置，其特征在于，包括监测服务器和多个监测装置，所述监测服务器和所述多个所述监测装置通讯连接，所述多个监测装置互相连接构成监测网络，其特征在于：

所述监测服务器包括监测模式设置模块、监测目标选择模块、监测参数选择模块、频谱指标可视化控制模块、监测过程控制模块和监测结果显示模块；所述频谱指标可视化控制模块，用于选择对所述频谱指标进行可视化的具体形式；所述监测过程控制模块通过实时监测单元、设备管理单元和频谱分析单元进行监测过程的控制和监测结果的获取；

所述监测装置包括监测天线和监测接收机，在监测接收机和频谱分析单元之间还包括数据分流器以对监测接收机接收到的数据信号进行分流，从而获取预处理数据；在监测天线与监测接收机之间还包括信号放大器，对监测天线接收到的频谱数据进行放大再传送至监测接收机，在信号放大器与监测接收机之间还包括信号滤波器，对放大之后的频谱数据进行滤波。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述监测服务器还包括：

比较结果序列获取模块，用于获取信号场强，并将检测到的信号场强与门限进行大小比较，获得比较结果序列；

估计模块，用于根据大数中心极限定理，将所述比较结果序列按照服从正态分布规律进行分析，估计频谱占用度及其置信区间和相对精度。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：

监测模式设置模块，用于对监测模式进行设置，所述监测模式基于监测的时间节点进行划分；

监测目标选择模块，用于选择参加监测的监测装置；

监测参数选择模块，用于选择参见选择的参数，所述参数包括占用度、背噪、最小场强、平均场强和/或最大场强；

监测过程控制模块，用于控制监测装置以完成监测过程。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述频谱指标可视化控制模块包括：

柱状图单元，用于以柱状图显示频谱指标；

折线图单元，用于以折线图显示频谱指标；

三维图单元，用于以三维图显示频谱指标。

5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：

所述监测结果显示模块以独立频谱或综合频谱的形式显示检测结果；

所述综合图谱的显示形式包括将综合显示所有选中监测装置在VHF/UHF整个频段内的占用度、背噪、最小场强、平均场强及最大场强，清晰的查看频段内的频谱；

所述独立频谱的显示形式包括分别显示各监测装置在VHF/UHF整个频段内的占用度、背噪、最小场强、平均场强及最大场强。

6.根据权利要求1中所述的装置，其特征在于，所述监测结果显示模块包括：

频谱显示单元，用于直接显示所有信道的业务数据；

焦点频率选择单元，用于显示频率列表以便于在频率列表中获取频率。

7.根据权利要求1中所述的装置，其特征在于，所述监测结果显示模块还包括：

频谱数据显示单元，用于以列表的形式显示业务频段的分析结果数据；

频谱图查看单元，用于以图形的方式综合显示同一频谱指标在不同地域的分析结果，以及焦点频率在各监测站点的测量数值曲线。

8.一种频谱特征可视化方法，所述频谱特征可视化使用权利要求1中所述的频谱特征可视化装置，其特征在于，所述方法包括：

获取监测模式、监测目标、监测参数和可视化的具体形式；

根据监测模式和监测目标从所述监测目标对应的监测装置获取预处理数据；

根据所述预处理数据进行分析以得到监测参数的对应值；

根据所述可视化的具体形式显示所述监测参数的对应值。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括：

对指定的监测装置进行无线电信号参数的测量和分析，得到监测装置在VHF/UHF整个频段内的占用度、背噪、最小场强、平均场强及最大场强。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：还包括：

获取信号场强，并将检测到的信号场强与门限进行大小比较，获得比较结果序列；

根据大数中心极限定理，将所述比较结果序列按照服从正态分布规律进行分析，估计频谱占用度及其置信区间和相对精度。