考場非法電臺監測系統設計

謝芳娟 胡蓉

摘要：無線電的發展為人們的生活帶來了很多的方便，但同樣的，也有少數不法分子使用無線電設備進行的非法活動，尤其是利用無線電作弊的行為日益猖獗。近年來，各種考試中利用無線電作弊的手段越來越多，規模越來越大，同時也越來越隱蔽。作弊行為嚴重破壞了考試的公平和公正，給社會安全和穩定帶來很大的負面影響。本文針對考場環境設計一套快速、方便、經濟的非法電臺監測系統。該系統能夠檢測識別考場非法電臺信號并應用自適應定向干擾屏蔽等技術阻斷非法電臺傳播。

關鍵詞：非法電臺；無線電監測；信號檢測；定向干擾

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：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，無線電技術發展得越來越快。在便利人們的生活的同時也衍生了很多問題，無線電作弊就是其中之一。在市場的驅動下，無線電作弊手段日益翻新，規模越來越大，隱蔽性也越來越強。如何有效防范高科技作弊手段并打擊犯罪團伙是各部門急需解決的問題。目前使用比較廣泛的是廣播電視移動監測車利用雙通道相關干涉儀來對付非法電臺，每臺車造價往往幾百萬元，而且使用效率不高[1-2]。監測車一般是采用流動監測形式，對于考場范圍大，考點分布比較廣的考試有一定的局限性，普及度并不高，只有在一些國家級的重要考試中才有可能使用，且使用范圍并不廣泛。因此開發研究出一套快速、方便、經濟的，針對考場非法電臺無線電信號特點的無線電信號監測和定位系統具有重要的現實意義。

1 考場非法電臺信號特征

根據信號傳輸的形式不同，無線電作弊有音頻和數據傳輸兩類。音頻傳輸通過語音方式向考生傳輸答案，而數據傳輸設備通過數據傳輸的方式向考生傳輸答案。前者具有隱蔽性強的特點，而后者具有發射功率大，傳輸速度快、發送時間短的特點。根據統計，近年來常用的考試作弊信號頻率主要集中在400～470MHz、500～520MHz、600～630MHz三段頻率中，其他頻段如150MHz、230MHz、330MHz和350MHz也有所發現，但相對較少[3]。

音頻傳輸方式一般采用FM調頻信號，作弊終端可以將信號解調并形成含有答案的語音信號；數據傳輸方式的一般采用FSK、PSK或MSK等數字調制方式，作弊終端將信號進行解調后用直接用中英文字符或者將數字信號轉換成的語音后來表示答案。

無線電作弊技術具有體質多樣性、使用頻段范圍寬的特點，這些因素大大增加了反作弊的工作難度。如何快速捕獲空中信號、識別信號體制、分析判斷信號是否非法并定位干擾信號，保證考試的正常進行，是系統設計的關鍵。

2 考場非法電臺的監測

2.1 非法電臺信號的識別

為了避開現有的防作弊技術，降低被發現的風險，作弊集團通常采用的發射頻率混雜在考場環境中的正常通信信號中，如何識別這些作弊信號并針對性的屏蔽定位這些信號時系統的首要任務。

受相關管理部門設備、環境保護、人力配備等多條件限制，不可能對發現的每個信號進行實時的分析，因此前期需要通過頻段掃描和數據對比來發現異常信號，對異常信號進行參數估計、解調并識別判斷作弊信號，對作弊信號做出針對性處理。異常信號判斷流程如圖1所示。

2.2信號參數估計

判斷信號為異常信號后需要進一步分析判斷該信號是否為作弊信號，這就需要對異常信號進行參數估計并解調信號。信號參數估計包括調制方式的識別、載波估計、碼率估計和帶寬估計等，本文僅針對調制方式識別做詳細介紹。

針對作弊信號的特點，針對FM、FSK、PSK和MSK信號，采用決策樹法進行識別，具體流程如圖2所示。

相關參數說明如下：

（1）譜峰個數Cn

對于FM、FSK、PSK和MSK信號，只有FSK信號具有多個譜峰，因此檢測信號的譜峰個數可以對FSK信號進行區分。

（2）零中心歸一化瞬時幅度譜密度的最大值γmax

[γmax]參數是反映信號幅度包絡變化情況的一個參數，具體定義如下[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）]為瞬時幅度的平均值，[Ns]為采樣點數，FFT表示信號的快速傅立葉變換。

PSK信號一般會進行基帶成型處理，故PSK信號的幅度包絡變化變大，因此可以利用這一特征對PSK信號進行區分。

（3）瞬時頻率分布統計參數KFD

若FD為信號瞬時頻率的統計向量，則定義信號瞬時頻率分布統計參數KFD為FD的最大值和平均值的比值。FM信號瞬時頻率是連續變化的，整個統計區間相對來說分布較均勻，因此其統計向量的最大值和最小值之間的比值一般較小；而MFSK信號的瞬時頻率則是M個電平的階梯狀分布，瞬時頻率分布比較集中，最小值一般為零或接近于零，因此其統計向量最大值和最小值之間的比值會較大，這樣就可以利用這一參數將FM信號與MFSK信號區分。

2.3 非法電臺信號的定向干擾和屏蔽

現有的考場屏蔽設備都是針對常用頻段進行覆蓋式屏蔽和干擾，在阻斷非法作弊信號的同時也會影響考場的正常信號的通信，而且也會對考場附近的正常通信信號造成一定影響。因此，根據非法電臺發射頻率和方位針對性地進行屏蔽和干擾是很有必要的。對非法電臺信號進行測向和定位可以更有針對性地對信號進行屏蔽和干擾，同時也能獲得非法電臺的位置，為更好地打擊犯罪集團提供幫助。

針對考場環境，采用基于TDOA的無線電測向和定位技術。TDOA 的定位思想是時間差，通過測量信號到達監測站的時間來實現對信號的定位。通過比較信號到達多個監測站的時間差，就能做出以監測站為焦點、距離差為長軸的雙曲線，雙曲線的交點就是信號的位置[6]，如圖3所示。

TDOA 是基于多站點的定位系統，因此要對信號進行定位必須有至少3 個以上的監測站進行同時測量。而每個監測站的組成則相對比較簡單，主要包括接收機，天線和時間同步模塊。

TDOA 不存在相位模糊的問題，測向基線可以不受限制，同時TDOA 系統還具有復雜度低、定位精度高的特點。

3 結束語

本文通過信號自動識別、測向定位、定向干擾和屏蔽技術，針對考場環境下的非法作弊信號設計了一套快速、方便、經濟的非法電臺監測系統。該系統能夠檢測識別考場非法電臺信號并應用自適應定向干擾屏蔽等技術阻斷非法電臺傳播。

參考文獻：

[1] 李釗.非法電臺自動監控系統設計[J].電聲技術，2016，40（2）：72-75.

[2] 陳愛青.非法調頻廣播自動監測系統設計與實現[J].電聲技術，2017，41（6）：87-91.

[3] 孫信群.關于考試保障中ESMB/EB200頻譜掃描參數設置的探討[J].中國無線電，2009（6）：49-50.

[4] 范海波，楊志俊，曹志剛.衛星通信常用調制方式的自動識別[J].通信學報，2004，25（1）.

[5] 謝芳娟，許仙明，朱淑云.基于譜分析的信號分類算法研究[J].科技廣場，2012（3）：85-87.

[6] 俞一鳴，姚遠，程學虎.TDOA定位技術和實際應用簡介[J].中國無線電，2013（11）：57-58.

【通聯編輯：唐一東】