电磁频谱监测系统设计及算法研究

基于无线传感器网络电磁频谱监测系统的数据融合算法性能分
析
无线传感器网络作为“新一代宽带无线移动通信网络”的有机补充和末梢网络，是近年来在无线自组织网络技术的基础上提出的一种新型分布式信息获取系统。

通过将大量的具有通信与计算能力的微小传感器节点，以人工布设、空投、火炮投射等方法设置在预定监控区域，构成的“智能”自治监控网络系统，以达到协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息的目的。

但由于传感器节点的电池能量、处理能力、存储容量以及通信带宽等资源十分有限，而传感器网络技术的一个特点就是要快速处理大量的采集数据，因此，面对大量的信号数据和大量的数据处理任务，必须对传感器网络采集到的数据进行融合处理。

论文首先对无线传感器网络电磁频谱监测系统及节点设计方案进行了介绍，然后对无线传感器网络中关键技术之一的数据融合技术进行了分析和研究，在此基础上针对无线传感器网络电磁频谱监测系统中的不同应用，提出了不同数据融合方案与算法，包括LZW数据无损压缩算法，检测融合算法，定位融合算法及频谱显示融合算法等，并在方案设计过程中将节点的硬件平台特点予以考虑。

最后，对提出的数据融合算法进行了仿真和分析，仿真结果显示数据融合算法对提高无线传感器网络能量利用率及数据精确度有良好的
性能，因而在实际应用中具有一定的实用价值。

基于电磁参数测量的无线电频谱监测技术研究无线电频谱监测技术是基于电磁参数测量的一种重要的无线通信技术。

它通过对电磁波在空间中传播过程中的参数进行测量和分析，来实现对无线电频谱的监测和管理。

本文将对基于电磁参数测量的无线电频谱监测技术进行研究和分析。

首先，我们需要了解什么是电磁参数测量。

电磁参数测量是指通过测量电磁波的电压、电流、功率、频率、幅度等参数，从而获得有关电磁波特性的信息。

在无线电频谱监测技术中，电磁参数测量的主要目的是获取无线电频谱的占用情况和干扰源的位置和特征等信息。

基于电磁参数测量的无线电频谱监测技术主要包括三个方面的内容：系统架构、测量方法和数据处理。

首先，系统架构是指通过无线电频谱监测设备来实现对电磁参数的测量和分析。

这些设备通常包括接收天线、前端接收器、信号处理单元和数据处理单元等组件。

接收天线用于接收电磁波，并将其传送到前端接收器进行放大和滤波。

信号处理单元负责对接收到的信号进行频率、幅度等参数的测量和分析。

数据处理单元用于对测量结果进行整理和分析。

其次，测量方法是指通过不同的技术手段来实现对电磁参数的测量。

常见的测量方法包括功率测量、频率测量和幅度测量等。

功率测量是指通过测量电磁波的功率来判断频谱的占用情况和干扰源的强度。

频率测量是指通过测量电磁波的频率来识别不同信号源的频谱特征。

幅度测量是指通过测量电磁波的幅度变化来判断信号源的位置和移动情况。

这些测量方法可以根据实际需求进行组合和应用。

最后，数据处理是指对测量结果进行整理和分析。

数据处理的主要任务是对测量结果进行数据清洗、数据压缩和数据可视化等处理。

数据清洗是指对测量结果进行噪声去除和异常值处理。

数据压缩是指对测量结果进行压缩和提取有用信息。

数据可视化是指将测量结果以图形、表格等形式进行展现，以便用户进行分析和决策。

基于电磁参数测量的无线电频谱监测技术在无线通信和电子设备领域具有重要的应用价值。

它可以用于无线电频谱管理、无线电干扰监测、无线电资源优化等方面。

电磁波的频谱分析方法研究电磁波是一种由电场和磁场交替变化而波动传播的能量形式。

在我们日常生活中，电磁波无处不在，从微弱的无线电信号到强烈的太阳辐射，都是电磁波的不同形式。

为了更好地了解和利用电磁波，我们需要对其频谱进行深入的研究和分析。

频谱分析是通过将复杂的信号分解成一系列频率成分的过程。

在电磁学领域，频谱分析方法被广泛应用于研究不同波段的电磁波信号。

下面将介绍几种常见的频谱分析方法及其应用。

首先，傅里叶变换是一种被广泛使用的频谱分析方法。

傅里叶变换可以将时域信号转变为频域信号，将信号在不同频率上的成分展现出来。

利用傅里叶变换，我们可以分析电磁波信号的频率、幅度和相位等特征。

例如，在通信领域，傅里叶变换可以用于解调和分析无线电信号，帮助我们提取有用的信息。

其次，小波变换是一种在时-频域上分析信号的方法。

与傅里叶变换不同，小波变换可以提供更加精确的时间和频率信息。

小波变换将信号分解为不同尺度和频率的小波基函数，使得我们可以同时观察信号的时域和频域特征。

在雷达和无线通信等领域，小波变换被广泛应用于信号检测和故障诊断等任务。

此外，功率谱密度分析是一种用于研究信号能量分布的方法。

功率谱密度描述了信号在不同频率上的能量分布情况，可以帮助我们了解信号的频率特征和能量分布状况。

通过功率谱密度分析，我们可以判断信号的稳定性和周期性，并对电磁干扰问题进行定位和解决。

除了以上提到的方法，频谱分析还可以结合现代计算机技术进行更加精确和高效的处理。

快速傅里叶变换（FFT）算法是一种常用的计算傅里叶变换的方法，可以大大提高计算效率。

另外，自适应信号处理技术和机器学习方法也可以应用于频谱分析，帮助我们从复杂的电磁波信号中提取有用的信息。

最后，频谱分析方法的研究还可以拓展到更广泛的领域。

例如，如何应对电磁波辐射对人体健康的影响是一个备受关注的问题。

通过频谱分析，我们可以研究不同频段的电磁辐射对人体产生的影响，并采取相应的防护措施。

电磁频谱监测自组织通信单元需求分析与设计---李玉林、林键、曾梦君、朱亚坤一、系统分析自组织通信单元是分布式电磁频谱系统侦查的重要组成部分。

在分布式电磁频谱的侦查系统中，多个传感器节点组成无线传感器网络，对电磁频谱区域侦查，侦查的结果以无线传输到无人机。

自组织通信单元需要具备以下功能：(1)动态的分群和sink选举，(2)路由，即建立群首和群首和sink节点之间的路径；(3)媒体接入控制，在多个节点接入信道时以分布式的方式避免冲突；(4)业务信息(指令下达和数据回传)的传输，即将用用户通过地址空间单元向传感器节点下达的采集指令发送到每个传感器节点，将传感器节点采集的数据发送到sink,这些业务均要求可靠的传输；(5)低能耗的无线通信能力。

经分析，整个二、问题分析整个系统主要可以分为如下几个方面，过频通信、突发通信、可靠广播、均衡分群、基于能量的动态本地sink选举。

当然，在这五个方面，目前都有很多相应的算法设计实现，但是，相应的算法都存在一些问题。

比如，对于基于能量的动态本地sink选举，已有的解决办法是PEGASIS算法，所有的节点根据id号轮流作为sink。

然而在实际工作中，sink节点的能耗仅取决于其工作期内实际的数据流量，特别是在随机数据传输的情况下，基于id号的sink选举方法理论十分简单，但是在实际中存在较多问题。

例如，节点随即失效、网络分割等将导致某轮没有sink，从而极大的影响网络性能。

当然，其他的情况的设计方案也都存在或多或少的不足。

在此基础上，我们给出自己的一些想法，当然，不足之处还是很多的。

三、算法设计(1)、总体方案总体方案如图所示，整个系统分成n个群，每个群选择一个群首，另外还定一个sink节点。

群内节点交消息传给群首，群首节点交给sink节点，sink节点再与无人机进行通信。

图一系统总体方案(2)、均衡分群在布好节点后，初始时每个节点想周围相邻节点广播自己的信息，通过不断的广播，最后，每个节点都有所有的网络的拓扑信息。

基于无线电定位技术的全频段电磁频谱监测系统摘要：由于进行全频段电磁频谱监测的过程中，没有对原始电磁频谱信号去噪、归一化预处理，导致系统虚警率较高，为此设计基于无线电定位技术的全频段电磁频谱监测系统。

系统硬件方面对监测器进行了选型与设计；软件方面，对原始电磁频谱信号去噪、归一化预处理，根据预处理结果，提取全频段电磁频谱变化特征，利用无线电定位技术对异常频带定位，以此实现全频段电磁频谱监测。

经实验证明，设计系统虚警率低于传统系统，具有良好的可行性。

关键词：无线电定位技术；全频段；电磁频谱；监测系统；监测器；中图分类号:TN98文献标识码:A0引言近几年，无线通信技术飞速发展，无线电通信业数量与日倍增，在有限的无线电频段资源下，随着通信数量的增加，使得频谱资源越发拥挤，频段通信环境越发恶劣，受到某些因素的干扰，频段内噪声较高，会直接影响到无线通信质量，因此要采取有效的手段和技术，对频段电磁频谱进行实时监测，开展对用频设备的辐射信号采集、统计分析、异常信号识别以及定位等一系列监测工作，及时发现异常现象，对其采取有效的措施，保障频段无线通信质量和安全。

由于无线电通信设备种类和数量较多，并且电磁环境比较复杂，导致全频段电磁频谱监测具有较高的难度。

此外，国内对于全频段电磁频谱监测系统研发与设计起步比较晚，相关的系统研发技术还不够成熟，现有的系统在实际应用中虚警率较高，经常出现虚假报警，已经无法满足实际需求，为此提出基于无线电定位技术的全频段电磁频谱监测系统。

1全频段电磁频谱监测系统硬件设计系统硬件主要为监测设备，其功能是通过对频段扫描获取到电磁频谱信号。

监测设备主要由天线、侧向天线阵、主机、电缆、GPS、三脚架、功分器以及笔记本电脑组成，下图为系统硬件拓扑图。

图1系统硬件拓扑图如图1所示，根据系统电磁频谱信号采集功能需求，此次选择型号为HFIAG-4646监测器，根据实际情况对监测器进行安装，并按照说明书对监测器各个技术参数进行校准[1]。

基于信号统计特性的频谱检测算法研究的开题报告一、研究背景和意义随着通信技术的不断发展和普及，无线电频谱资源越来越紧缺。

而频谱监测技术是通过对频谱进行监测和分析，以实现频谱管理、频谱分配以及干扰处理等目的的重要手段。

频谱监测技术的发展需要先进的频谱检测算法作为支撑，因此，提高频谱检测算法的准确性、灵敏性和鲁棒性是一个重要的研究方向。

传统的频谱检测算法主要基于能量特性进行检测，但是，随着通信技术的不断更新换代，信号的特性越来越复杂，这种基于能量特性的检测方法已经无法满足对复杂信号的频谱检测需求。

因此，基于信号统计特性的频谱检测算法成为了当前的研究热点。

这种算法可以通过对信号的统计特性（如高斯分布、稀疏性等）进行建模，从而实现对复杂信号的准确检测。

二、研究目标和内容本论文旨在设计基于信号统计特性的频谱检测算法，并探究其在实际应用中的适用性和有效性。

具体的研究内容包括：1. 介绍频谱监测技术的基本原理和应用背景；2. 综述目前频谱检测算法的研究现状和存在问题；3. 设计基于信号统计特性的频谱检测算法，并对其进行模拟分析；4. 对该算法通过实验进行验证，并与其他算法进行对比评估；5. 对该算法在实际应用中的可行性和有效性进行评价。

三、研究方法和技术路线本论文的研究方法主要包括理论分析和实验验证。

其中，理论分析主要采用概率统计、信号处理等理论方法，设计基于信号统计特性的频谱检测算法，并通过计算机模拟进行结果分析和优化。

实验验证阶段主要通过设备实验和仿真实验两种方法进行。

具体的技术路线如下：1. 研究频谱监测技术的基本原理和应用背景；2. 综述目前频谱检测算法的研究现状和存在问题；3. 确定研究对象和实验流程；4. 收集和处理无线电频谱数据；5. 根据信号统计特性设计频谱检测算法，并进行计算机模拟实验；6. 设备实验和仿真实验验证算法的有效性和可行性；7. 分析实验结果，总结结论。

四、论文预期成果本论文预期达到以下成果：1. 设计一种基于信号统计特性的频谱检测算法，并分析其准确性、灵敏性和鲁棒性；2. 对该算法在实验中的表现进行验证，并与其他算法进行比较；3. 探究信号统计特性在频谱检测中的应用价值；4. 提出改进算法的建议和要点，为进一步提高频谱检测算法的准确性和实用性提供参考。

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910156590.X(22)申请日 2019.03.01(71)申请人 成都中星世通电子科技有限公司地址 610041 四川省成都市高新区西部园区百草路81号(72)发明人 伍复哲　胡刚　沈强　张灵珠　凌洪　刘力辉　吴昀海　(74)专利代理机构 成都华风专利事务所(普通合伙) 51223代理人 徐丰　张巨箭(51)Int.Cl.H04B 17/382(2015.01)H04W 24/04(2009.01)H04W 84/18(2009.01)(54)发明名称一种基于无线自组网的电磁频谱监测系统及方法(57)摘要本发明公开了一种基于无线自组网的电磁频谱监测系统及方法，它包括多个用于对监测区域的电磁频谱进行监测的监测节点以及与所述监测节点进行数据交互的控制中心；多个监测节点自组成多跳网络与所述控制中心进行数据交互。

通过采用低成本无线自组网传输，实现监测数据向上级控制中心的传输，解决了对传统监测设备对基础设施依耐性较大的问题；能够有效掌握监测区域的电磁频谱环境，监测系统能够对出现的异常信号进行实时告警，快速定位发生区域，缩小排查范围，给监管人员的日常监测带来了便利。

权利要求书2页 说明书5页 附图2页CN 109818694 A 2019.05.28C N 109818694A权　利　要　求　书1/2页CN 109818694 A1.一种基于无线自组网的电磁频谱监测系统，其特征在于：它包括多个用于对监测区域的电磁频谱进行监测的监测节点以及与所述监测节点进行数据交互的控制中心；多个监测节点自组成多跳网络与所述控制中心进行数据交互。

2.根据权利要求1所述的一种基于无线自组网的电磁频谱监测系统，其特征在于：所述的监测节点安装有集成为一体的监测设备，所述的监测设备内集成有接收天线、接收通道、采集处理模块、自组网模块和通信天线；所述接收天线用于对空间电磁波信号的接收并将电磁波信号转化成所述接收通道可以处理的射频信号；所述接收通道用于对接收到的射频信号进行频率变换，将高频信号转化为中频信号；所述采集处理模块用于实现对所述接收通道转化得到的中频信号的采集，并进行分析处理；所述自组网模块用于将所述采集处理模块传输的信息通过无线自组网络向外发送，以及将所述通信天线接收到外界通过无线自组网传输的信息到所述采集处理模块，完成内外信息的传输交互；所述通信天线用于接收外界通过无线自组网传输的信息并发送到所述自组网模块。

无线电频谱监测技术研究第一章：引言随着信息技术的不断发展，各种无线设备越来越广泛地应用在社会生活中，电磁波也变得越来越重要。

然而，频谱资源是有限的，频谱管理变得越来越重要。

频谱监测技术是如何实现频谱资源的合理使用和管理的重要手段之一。

本文将分析无线电频谱监测技术的研究现状和发展趋势，并介绍主要的频谱监测技术。

第二章：无线电频谱监测技术的概念无线电频谱监测技术是一种通过监测空间中的无线电波信号，对该区域内频谱资源的利用情况进行定量评估和管理的技术。

其实现过程一般包括无线电信号的采集、处理和展示三个步骤。

在这些过程中，需要使用一定的技术手段和设备。

其中，频谱监测中最主要的技术手段为频谱分析技术。

第三章：无线电频谱监测技术的设备和技术手段频谱监测技术的实现需要使用特定的设备和技术手段。

最常用的频谱监测设备是频谱分析仪，它可以用于实时监测、“离线” 分析和回放数据。

目前，市面上的频谱分析仪可以按收集的信号频率、动态范围、功率分辨率、灵敏度、频谱带宽和采样率将其分类。

除了频谱分析仪外，还有另外一类设备，即网关控制台，其功能是对频谱分析仪进行远程控制和管理。

在技术处理方面，主要是采样、着色和处理技术。

采样技术是指将信号数字化，最大程度地减少信号信息的损失。

着色技术是指对不同的信号进行不同的颜色分配，方便观察。

而处理技术主要是对数字化后的信号进行各种算法处理，如峰值搜索和幅度阈值检测等。

第四章：频谱监测技术的应用频谱监测技术的应用广泛，主要可分为国防领域和民用领域。

在国防领域，频谱监测技术被广泛应用在无线电情报、电子对抗、军事通信等方面，以确保国家安全。

在民用领域，频谱监测技术被广泛应用于管制无线电噪声和对共享频段的监控。

它也可用于网络安全检测、优化频率规划、提高广播信号质量和无线电卫星通信。

第五章：频谱监测技术的研究现状当前，随着5G、人工智能、物联网等新技术的发展，频谱监测技术已经成为了重要的研究方向之一。