空管無線電數據分析處理系統的設計

潘云飛 張俊青

（中國民用航空華北地區空中交通管理局內蒙古分局 內蒙古自治區呼和浩特市 010070）

1 系統概述

空管無線電數據分析處理系統結合地理信息技術及空間頻譜信號預算技術，可以預算出已知臺站的電磁幅射情況。通過臺站標稱數據與不同時間的歷史數據、不同位置的空間數據的比對，掌握臺站空管設備性能變化趨勢，排除設備自身異常造成的干擾定位，縮短空管自身設備故障定位時間。同時，針對民航空管的外界無線電干擾排查，從事后排查向預防性分析數據轉變，主動監測，及時發現實時干擾和潛在干擾。民航空管頻譜資源不僅是頻域的一維度資源，而是頻域、時域及地域的三維度資源。頻譜資源結合區域、時間進行合理的多維復用將有效的提升頻譜資源的利用率。本系統利用監測設備對關注區域高密度電磁信息采集，通過信號定位、數據融合展示，可以更加真實直觀的分析頻譜在頻域、時域及地域的分布情況，為空管無線電管理部門在頻率規劃和設臺方面提供有效的參考數據。

空管無線電數據分析處理系統由空管無線電數據分析處理軟件、空管專用電子地理信息軟件和空管無線電專用數據庫軟件三部分組成。該三項軟件融為一體，實現良好的信息交互和資源共享。其中空管無線電數據分析處理軟件是系統的核心軟件，基于該平臺的框架體系和數據總線，空管無線電數據分析處理軟件可向空管專用電子地理信息軟件推送原始、過程或結果數據并在其上進行數據分析和直觀展示；可高效地訪問空管無線電專用數據庫系統，實現數據的存儲和提取；同時，電子地理信息系統也可從數據庫系統中提取和存儲數據信息。空管無線電數據分析處理系統的總體架構及模塊如圖1所示。

2 空管無線電數據分析處理軟件

2.1 軟件體系結構

空管無線電數據分析處理軟件是空管無線電數據分析處理系統的核心部分，其主要職能是通過對由各種監測測向設備在不同時間、地點獲取的多維度的實時或歷史無線電臺站發射信號測量、頻率/時間占用度統計、干擾監測等數據與空管臺站標稱數據的融合、比較分析處理，實現對空管頻率資源使用效率和有效性的評估、對空管臺站監管核查和對空管干擾的統計分析；在地理信息系統（Geographic Information System, GIS）平臺上展示空管無線臺站信號信息、周邊電磁環境及頻譜態勢信息，輸出高價值的評估數據，包括多種空管無線電臺站射頻工作狀態、質量和頻率資源使用效率等的評估數據和報告、空管臺站周邊電磁環境干擾及潛在干擾威脅評估數據和報告等；生成多種空管無線電統計報表，包括空管臺站信號測量統計表、空管臺站信號（某頻道）監測統計表、空管專用頻段（某類型）干擾信號監測統計表、空管干擾信號（某頻點）監測統計表、空管專用頻段（某類型）底噪監測統計表。空管無線電數據分析處理軟件系統的功能模塊圖如圖2所示。

2.2 主要功能

空管無線電數據分析處理軟件系統的主要功能包括：

2.2.1 對空管無線電臺站基礎數據進行查詢、統計和展現功能

基于GIS平臺和數據庫，對在數據庫系統中錄入和存儲管理的空管無線電臺站（包括地空臺、航向信標臺、航向下滑臺、測距儀、一次雷達、二次雷達等）的標稱基礎數據進行查詢、統計和信息展現，實現對空管無線電發射臺站的監管核查，便于管理人員掌握空管臺站無線電最新基本情況和變化趨勢，為開展設備維保提供電磁數據支持。

2.2.2 對空管臺站周邊的FM廣播、電視臺站基礎數據進行查詢、統計和展現功能

基于GIS平臺和數據庫，對在數據庫系統中錄入和存儲管理的周邊區域的FM廣播、電視臺站的標稱基礎數據進行查詢、統計和信息展現，便于管理人員掌握和干擾排查時參考應用。

2.2.3 對空管無線電臺站監測數據進行查詢、統計和展現功能

基于GIS平臺和數據庫，對由監測儀器獲取并導入、在系統中存儲管理的無線電臺站（包括地空臺、航向信標臺、航向下滑臺、測距儀、一次雷達、二次雷達等）監測數據庫進行查詢、統計和信息展現，應用實時采集獲取的連續監測數據或頻率/時間占用度統計數據，實現對空管頻率資源使用效率和有效性的評估，便于管理人員掌握空管臺站無線電和空管頻率資源實際應用情況和變化趨勢。

2.2.4 對空管無線電干擾監測數據進行查詢、統計和展現功能

基于GIS平臺和數據庫，對由監測儀器獲取并導入、在系統中存儲管理的空管無線電干擾監測數據和告警信息進行查詢、統計和信息展現，獲知空管無線電干擾最新情況和發展趨勢，便于管理人員掌握空管臺站受擾情況和原因分析，便于制定空管干擾預防措施。

2.2.5 空管無線電臺站電磁環境及頻譜態勢展示和評估功能

具備電磁頻譜態勢分析功能，能夠利用長期積累的歷史電磁數據，對監測區域內臺站的電磁態勢、信號場強覆蓋情況進行分析，并結合電子地圖進行可視化展示。

2.2.6 空管無線電臺站發射參數測量和干擾監測統計報表生成功能

通過查詢和數據統計，獲知空管無線電臺站射頻工作狀態、質量評估信息和空管臺站周邊電磁環境干擾及潛在干擾威脅評估信息，生成多種空管無線電統計報表，包括空管臺站信號測量統計表、空管臺站信號（某頻道）監測統計表、空管專用頻段（某類型）干擾信號監測統計表、空管干擾信號（某頻點）監測統計表、空管專用頻段（某類型）底噪監測統計表。

2.2.7 基礎數據與監測數據、最新與歷史監測數據的比對分析、IQ數據分析功能

圖1：空管無線電數據分析處理系統的總體架構及模塊組成圖

將數據庫系統中的空管無線電臺站的基礎（標稱）數據與同一臺站的最新發射信號測量數據進行比較，將最新測量獲知的臺站發射信號測量數據與同一臺站任一歷史時期測量數據進行比較，掌握其變化情況，判斷臺站發射設備工作狀態。對監測記錄的IQ數據進行處理，可回放動態的時頻信息，播放地空通信解調語音信息，從而掌握更完整、直觀、細致的信號頻域、時域和調制域特征，當存在受擾或參數偏離情況，通過該過程回放和分析，可得到進一步的確認。

2.2.8 空管無線電監測設備狀態監控功能

基于GIS平臺和數據庫，對導入并在數據庫系統中存儲管理的監測設備信息（包括工作日志信息、工作位置/時間信息、溫濕度變化信息及故障告警信息等）進行查詢和回放展現，便于管理人員掌握空管無線電監測設備狀態信息。

3 空管無線電專用數據庫軟件

3.1 軟件體系結構

空管無線電專用數據庫軟件包括數據庫平臺軟件和空管無線電專用數據庫管理軟件兩部分，是空管無線電數據分析處理平臺的重要支撐軟件。其主要職能是對空管各類無線電臺站基礎數據、無線電臺站監測數據（包括頻段、信號、解調和IQ等類型數據）、FM廣播和電視頻段監測數據（包括頻段、信號和IQ等類型數據）進行存儲、查詢訪問和維護管理。數據庫平臺軟件擬采用Oracle大型關系數據庫，以便系統未來的規模化發展應用。所有監測數據均含有時間戳、位置戳，以便融合處理和應用。空管無線電專用數據庫軟件的體系架構如圖3所示。

3.2 主要功能

空管無線電專用數據庫軟件系統的主要功能包括：

3.2.1 無線電臺站基礎數據的存儲和管理

對空管無線電臺站（包括地空臺、航向信標臺、航向下滑臺、測距儀、一次雷達、二次雷達等空管無線電臺站）基礎標稱數據進行輸入、查詢、修改和顯示等。

3.2.2 FM廣播、電視臺站基礎數據的存儲和管理

對空管臺站周邊區域的FM廣播、電視臺站數據進行輸入、查詢、修改和顯示等。

3.2.3 無線電臺站監測數據庫的存儲和管理

對空管無線電臺站（包括地空臺、航向信標臺、航向下滑臺、測距儀、一次雷達、二次雷達等空管無線電臺站）監測數據進行存儲、查詢和顯示等。

3.2.4 無線電干擾監測數據的存儲和管理

對空管無線電臺站受擾信息及干擾告警、分析查找結果信息進行存儲、查詢和顯示。

3.2.5 數據庫導入、導出、刪除等維護功能

對數據庫各表單進行數據導入、導出和刪除清空等操作，實現對數據庫的日常維護管理。

4 空管專用電子地理信息系統軟件

4.1 軟件體系結構

空管專用電子地理信息系統包括電子地圖平臺軟件和空管專用電子地理信息應用軟件兩部分，是空管無線電數據分析處理平臺的重要支撐軟件之一，其主要職能是在電子地圖平臺上展示空管無線電臺站、空管無線電監測站的位置信息，并基于臺站、監測儀器位置關聯查詢和展示臺站基礎信息、臺站工作狀態信息、臺站發射測量參數信息、電磁環境信息和干擾監測信息等。

電子地圖平臺軟件采用MapInfo或國家地理信息公共服務平臺“天地圖”等其他新發展的GIS平臺軟件。電子地圖平臺中使用的電子地圖文件來源于開源的中國電子地圖文件，更高精度的電子地圖文件及專用航路地圖信息。地圖包括內蒙古全區地圖與航跡圖的有機結合，地圖級數為15級以上。本系統設備選用的是民用級GPS接收機，采用GPS碼定位方式，在采用DGPS差分校正時定位精度可達1～5m，授時同步精度達毫秒級。空管專用電子地理信息系統軟件的體系架構如圖4所示。

4.2 主要功能

空管專用電子地理信息系統的主要功能包括：

4.2.1 空管無線電臺站地理位置及基礎數據、測量數據展現功能

在GIS上按照不同類別顯示和標注空管各類無線電臺站，可關聯顯示其基礎標稱數據、最新測量數據信息，并可關聯轉入到臺站信息查詢、統計、報表生成等工作頁面。

4.2.2 FM廣播、電視臺站地理位置及基礎數據展現功能

在GIS上按照不同類別顯示和標注空管臺站周邊區域的FM廣播、電視臺站，可關聯顯示其基礎標稱數據信息，并可關聯轉入到周邊區域的FM廣播、電視臺站信息查詢、統計、報表生成等工作頁面。

4.2.3 空管無線電干擾位置及數據展現功能

在GIS上按照不同類別顯示和標注受擾的空管無線電臺站、無線電干擾源（干擾發射臺站等）及干擾信息，可關聯顯示干擾監測詳細信息，并可關聯轉入到干擾監測統計、分析等工作頁面。

4.2.4 空管臺站周邊電磁環境信息和頻譜態勢信息展現功能

在GIS上顯示電磁頻譜態勢分析結果和頻譜態勢圖，支持空管無線電數據分析系統的空管無線電臺站電磁環境及頻譜態勢展示和評估等基本功能的實現。

4.2.5 航跡信息展現功能

在GIS上顯示航跡數據中的航跡信息，支持用戶添加修改航跡信息的功能實現。

4.2.6 GIS基本操作功能，包括地圖放大、縮小、漫游、距離和面積測量等

具備對GIS地圖的基本操作和管理功能，包括地圖放大、縮小、漫游、測量及圖層、網格設置操作等功能。

5 結語

通過無線電監測設備的監測數據，利用設計的空管無線電數據分析處理系統，建成一個以大數據分析為核心的高度智能化的CNS（Communication、Navigation、Surveillance，通信、導航、監視）監測平臺，將通用化監測和民航空管專業化監測相結合，建設完善的空管無線電數據庫應用系統，基于大數據思想的智能化分析判斷，為預防性干擾排查提供大量數據支持，提升民航空管無線電干擾排查效率。

圖2：空管無線電數據分析處理系統的功能模塊圖

圖3：空管無線電專用數據庫軟件的體系架構圖

圖4：空管專用電子地理信息系統軟件的體系架構圖