快速偵測(cè)式無線信號(hào)跟蹤屏蔽器

婁嘉馨 文偉璐 李金栗

摘 要：針對(duì)市面上大功率信號(hào)屏蔽器的電磁輻射問題，一種新型偵測(cè)式無線信號(hào)跟蹤屏蔽器通過分段偵測(cè)+間隙干擾的工作模式，對(duì)周邊范圍內(nèi)的無線信號(hào)進(jìn)行智能跟蹤干擾，從而降低無意義的功率消耗，并降低設(shè)備成本。

關(guān)鍵詞：信號(hào)屏蔽；分段偵測(cè)；跟蹤干擾

隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的飛速發(fā)展，信息的傳遞愈加方便快捷，以手機(jī)為代表的現(xiàn)代通訊工具在傳遞信息方面的便捷性越來越被人們所依賴；而相對(duì)應(yīng)的，在一些特定場(chǎng)合，屏蔽此種信息傳遞手段的需求也顯現(xiàn)出來，如在重要會(huì)議等場(chǎng)合需禁止信息外泄、大型考試需防止與外界通信的作弊手段。

由于這些需求，信號(hào)屏蔽器這類電子設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生。

然而當(dāng)今市面上大多數(shù)的信號(hào)屏蔽器在所需屏蔽的頻段內(nèi)連續(xù)發(fā)射大功率射頻干擾信號(hào)，通過此種手段干擾手機(jī)與基站之間的通信。一方面，連續(xù)的電磁波發(fā)射使得屏蔽范圍的人員長(zhǎng)時(shí)間受到大功率射頻輻射，引起了廣泛的爭(zhēng)議；另一方面，當(dāng)屏蔽范圍內(nèi)沒有通信設(shè)備在進(jìn)行通訊時(shí)，屏蔽器依然維持大功率射頻信號(hào)發(fā)射的工作方式，這是對(duì)能源的浪費(fèi)。因此，一種以快速偵測(cè)方式實(shí)現(xiàn)的能量跟蹤型無線信號(hào)屏蔽器能有效應(yīng)對(duì)以上兩個(gè)問題。

1 設(shè)計(jì)理念

1.1分段偵測(cè)

快速偵測(cè)式無線信號(hào)屏蔽器利用前端頻率變換器實(shí)現(xiàn)二次變頻、分段掃描。將較大的待偵測(cè)頻段范圍分為數(shù)個(gè)帶寬較窄的頻段，利用第一次變頻將某一頻率波段降頻至指定頻段，然后通過第二次變頻對(duì)該指定頻段進(jìn)行快速掃頻，檢測(cè)是否存在無線信號(hào)。通過這種分段偵測(cè)的方式，一方面擴(kuò)大了可偵測(cè)頻段的帶寬范圍，降低了對(duì)掃頻設(shè)備的要求，另一方面也可靈活指定想要偵測(cè)的無線頻段。

1.2 信號(hào)跟蹤

新型信號(hào)屏蔽器開啟后進(jìn)行信號(hào)偵測(cè)，在沒有檢測(cè)到無線信號(hào)的期間，信號(hào)屏蔽器的干擾發(fā)射器處于關(guān)閉狀態(tài)，設(shè)備只進(jìn)行低功耗的信號(hào)偵測(cè)；而當(dāng)檢測(cè)到超過設(shè)定閾值的能量信號(hào)時(shí)，信號(hào)屏蔽器將利用內(nèi)置算法精確計(jì)算出偵測(cè)到的信號(hào)頻率，繼而控制干擾發(fā)射器間斷性地發(fā)送相同頻率的無線干擾信號(hào)，擾亂對(duì)方通信的正常工作，達(dá)到無線通信屏蔽的效果。

由于這種工作方式在未偵測(cè)到信號(hào)時(shí)，無需發(fā)射大功率射頻干擾信號(hào)，僅進(jìn)行信號(hào)偵測(cè)；而在偵測(cè)到信號(hào)時(shí)，立刻采用間隙干擾的發(fā)射模式，跟蹤干擾無線信號(hào)，從而顯著降低電磁輻射，得以實(shí)現(xiàn)安全、環(huán)保的通信信號(hào)屏蔽功能。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)以單片機(jī)為控制平臺(tái)，工作模式分為偵測(cè)模式和干擾模式。在偵測(cè)模式下，干擾模塊關(guān)閉，單片機(jī)將周期性地采集周邊范圍內(nèi)指定頻段的射頻功率電平值，進(jìn)行信號(hào)偵測(cè)。假如檢測(cè)到的電平值不超過預(yù)先設(shè)定的背景噪聲門限值，則認(rèn)為偵測(cè)范圍內(nèi)無通信信號(hào)，信號(hào)屏蔽器將持續(xù)工作在低功耗的偵測(cè)模式下；只有當(dāng)采集到的電平值連續(xù)多次超過門限值，證明偵測(cè)范圍內(nèi)確實(shí)有無線信號(hào)在進(jìn)行通信，此時(shí)信號(hào)屏蔽器將轉(zhuǎn)入干擾模式。

在干擾模式下，干擾模塊開啟，單片機(jī)將計(jì)算出檢測(cè)到的信號(hào)頻率，并控制干擾模塊間隙發(fā)射同頻率的射頻干擾信號(hào)，阻礙信號(hào)傳輸。同時(shí)，在發(fā)射干擾的間隙，每隔一段時(shí)間重新進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)，判斷周邊范圍內(nèi)出現(xiàn)的通信信號(hào)頻率是否消失或改變。如果偵測(cè)到通信信號(hào)沒有消失或通信信號(hào)頻率改變，則繼續(xù)維持干擾模式，進(jìn)行信號(hào)屏蔽；如果偵測(cè)到通信信號(hào)消失，則停止干擾模式，重新轉(zhuǎn)入偵測(cè)模式。

2.2 模型設(shè)計(jì)

以快速偵測(cè)式無線信號(hào)屏蔽器的理念設(shè)計(jì)一款實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停Ｐ拖到y(tǒng)采用STM32F4為主控平臺(tái)，控制DDS直接數(shù)字式頻率合成器分別發(fā)送兩路本振信號(hào)，完成二次變頻，從而分頻段偵測(cè)20——170MHZ頻率范圍有無通信信號(hào)。

DDS模塊采用AD9959芯片，混頻器使用抑制載波的AD831雙平衡混頻器，將150M的偵測(cè)頻率帶寬分為三個(gè)頻率段，每段帶寬50MHZ，通過第一混頻器將偵測(cè)頻段依次分段下變頻至指定頻率段10.7MHz——60.7MHZ，輸出信號(hào)送入第二混頻器，第二混頻器的本振信號(hào)則采用50MHZ帶寬的掃頻信號(hào)，將指定頻率段的信號(hào)連續(xù)變頻至中頻10.7MHZ，輸出信號(hào)通過10.7MHZ陶瓷濾波器后，送入偵測(cè)模塊進(jìn)行電平值檢測(cè)。

當(dāng)單片機(jī)通過AD采樣模塊檢測(cè)到外部送入信號(hào)時(shí)，可通過設(shè)定的第一、第二本振的頻率值計(jì)算出檢測(cè)到的外部信號(hào)頻率，并控制DDS間隙發(fā)送一路相同頻率的信號(hào)作為干擾，以達(dá)到偵測(cè)式信號(hào)屏蔽的功能。

3 結(jié)語

快速偵測(cè)式無線信號(hào)屏蔽器的研究由江蘇省大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃支持，主要?jiǎng)?chuàng)新特色在于所采用的快速無線電分段偵察+跟蹤間隙干擾的設(shè)計(jì)。此新型干擾屏蔽設(shè)備大大降低了平均干擾發(fā)射的功率、減少電磁輻射，安全環(huán)保；同時(shí)，也可通過頻段標(biāo)定實(shí)現(xiàn)對(duì)任意無線波段的無線電偵察和干擾，擴(kuò)大了設(shè)備使用范圍，也降低了掃頻設(shè)備的成本和要求。

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作者簡(jiǎn)介：婁嘉馨（1996），女，上海人，漢族，在讀本科大學(xué)生，研究方向：通信。單位：南京郵電大學(xué)通信與信息工程學(xué)院，通信工程專業(yè)；第二作者：文偉璐；第三作者：李金栗。