一种电磁环境检测方法、装置和系统与流程

1.本发明属于电磁环境检测技术领域，尤其涉及一种电磁环境检测方法、装置和系统。


背景技术：

2.民航机场电磁环境测试是指对机场地面航空无线电台（站）的电磁环境进行测试，了解拟建的地面航空电台（站）的电磁环境状况。目的是测试周围是否存在干扰信号，若存在干扰信号，则要测出干扰信号的频率、强度、带宽等参量，根据测试结果分析干扰源的性质，正确评估拟建台站与干扰源的电磁兼容关系，为机场地面航空无线电台（站）的新建、迁建、扩建后的安全运行和频率的指配提供依据。因此，电磁环境测试的质量和正确评估所需数据的获取方法直接关系到建站成本与后期通信的质量。
3.电磁环境测试系统主要由天线、接收设备（接收机或频谱仪等）和根据需要选用的辅助设备（衰减器、放大器和滤波器），测试系统通过天线采集环境中的干扰信号，经过低噪声放大后，由接收设备读取干扰信号的强度，读数经过后期的计算后可得出环境中的干扰信号强度（功率或场强）。目前国内很多检测机构根据国家和行业相关要求进行测试和评估，通常采用直接读取接收设备上的测试结果进行计算，这种靠人工读取和判断的结果无法保证测试结果的正确性和准确性，从而影响民航机场电磁环境的安全评估。因此，有必要提供一种民航机场电磁环境安全检测装置及方法解决上述问题，确保拟建民航机场地面无线电台（站）址的电磁环境测试结果的正确性和准确性，确保建成后的航空无线电台（站）能安全运行，从而为民航飞机安全飞行提供保障。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于，为克服现有技术缺陷，提供了一种电磁环境检测方法、装置和系统, 能够确保拟建民航机场地面无线电台（站）址的电磁环境测试结果的正确性和准确性，确保建成后的航空无线电台（站）能安全运行，从而为民航飞机安全飞行提供保障。
5.本发明目的通过下述技术方案来实现：一种电磁环境检测方法，包括以下步骤：获取电磁环境测试所需的测试参数和测试频谱数据；对测试频谱数据融合处理输出综合频谱数据；根据综合频谱数据和测试参数计算背景噪声实际值和干扰信号。
6.进一步的，所述融合处理采用的方法如下：，其中，表示频谱数据s的第u个2行n列的频谱数据矩阵，表示矩阵中第1
行元素组成的矩阵，表示矩阵中第2行元素组成的矩阵，且，，其中u=1,2，
…
m，m和n为正整数；融合后得到综合频谱数据：其中s为m和n的乘积, 和为1到s的正整数，表示h的第 行第列的元素，且，函数表示将矩阵a中的第一行元素按照从小到大的顺序进行排序，第二行元素按照下标与第一行元素相同进行排序。
7.进一步的，所述测试参数包括基准带宽、天线增益、天线因子、射频通道增益和分辨率带宽。
8.进一步的，所述干扰信号的计算方法如下：矩阵初始化，背景噪声，干扰信号，第一转化矩阵，第二转化矩阵，背景噪声均值矩阵，传递矩阵，且，，；其中，为中第i行第j列的元素，为中第i行第j列的元素，表示q中第1行第i列的元素，表示背景噪声均值；计算背景噪声值均值，，其中，t表示矩阵的转置；计算矩阵q，，计算干扰信号和背景噪声，查找矩阵q中所有大于6分贝的元素，若存在索引正整数r使得，则让，然后让，最后得出干扰信号，背景噪声；背景噪声测量值的计算方法如下：，其中，函数max（a）表示求矩阵a所有元素中第一个最大值；所述背景噪声实际值的计算方法如下：当背景噪声测量值的单位为，背景噪声实际值 的单位
为时，；当背景噪声测量值的单位为，背景噪声实际值的单位为时，；当背景噪声测量值的单位为，背景噪声实际值的单位为时，；其中，天线因子af单位为，射频通道增益单位为，天线增益单位为，基准带宽和分辨率带宽的单位为。
9.进一步的，所述测试参数还包括最大允许干扰场强和最大允许干扰功率，将干扰信号和背景噪声实际值与最大允许干扰功率或最大允许干扰场强进行比较，获得测试频段的干扰信号和背景噪声的检测结果。
10.进一步的，所述将干扰信号和背景噪声实际值与最大允许干扰功率或最大允许干扰场强进行比较，获得测试频段的干扰信号和背景噪声的检测结果步骤具体包括：比较背景噪声实际值与最大允许干扰功率或最大允许干扰场强的大小；若背景噪声实际值小于最大允许干扰功率或最大允许干扰场强，且干扰信号是零矩阵，检测结果为测试频段没有出现超过最大允许干扰功率或最大允许干扰场强的干扰信号及背景噪声；若背景噪声实际值小于最大允许干扰功率或最大允许干扰场强，且干扰信号是非零矩阵，则列出干扰信号矩阵第一行中非零元素构成的频率点或频段，以及对应的幅度值，检测结果为测试频段内存在干扰信号；若背景噪声实际值大于最大允许干扰功率或最大允许干扰场强，且干扰信号是零矩阵，检测结果为测试频段内背景噪声超出最大允许干扰功率或最大允许干扰场强；若背景噪声实际值大于最大允许干扰功率或最大允许干扰场强，且干扰信号是非零矩阵，则列出干扰信号矩阵第一行中非零元素构成的频率点或频段，以及对应的幅度值，检测结果为测试频段内存在干扰信号且背景噪声超出最大允许干扰功率或最大允许干扰场强。
11.另一方面，本发明还提供了一种电磁环境检测装置，包括输入单元和计算单元，所述输入单元包括频谱数据采集模块和测试参数输入模块，所述计算单元包括数据融合模块和数据处理模块；其中，所述数据融合模块用于对测试频谱数据融合处理输出综合频谱数据，所述数据处理模块用于根据综合频谱数据和测试参数计算背景噪声实际值和干扰信号；所述测试参数输入模块用于输入电磁环境检测所需的测试参数。
12.进一步的，所述频谱数据采集模块包括接收天线，接收天线通过射频电缆和预处理器连接，预处理器通过射频电缆和频谱仪连接，频谱仪与计算单元通讯连接，所述预处理器包括衰减器、低噪声放大器和滤波器。
13.进一步的，还包括测试频段检测模块，用于将干扰信号和背景噪声实际值与最大允许干扰功率或最大允许干扰场强进行比较，获得测试频段的干扰信号和背景噪声的检测结果。
14.另一方面，本发明还提供了一种电磁环境检测系统，包括前述的电磁环境检测装置，其特征在于，电磁环境检测装置还连接有输出单元，所述输出单元包括显示模块、报告生成模块和存储模块；其中，显示模块，用于显示测试频段的检测结果；报告生成模块，用于将检测结果生成统一的报告文档；存储模块，用于存储测试频段的检测结果，能够被拥有访问权限的终端调用进行结果追溯。
15.本发明的有益效果在于：（1）本发明通过采集拟建航空无线电台(站)址周围的电磁环境信号的频谱数据，并对频谱数据进行融合后计算获得拟建航空无线电台(站)址环境的干扰信号与背景噪声实际值，为航空无线电台(站)的新建、迁建、扩建等提供了可靠参考依据。
16.（2）本发明通过对干扰信号、背景噪声实际值与最大允许干扰功率或最大允许干扰场强的比较，检测测试频段的干扰信号和背景噪声是否超过标准，进一步为机场地面航空无线电台（站）的新建、迁建、扩建后的安全运行和频率的指配提供可靠的依据。
附图说明
17.图1是本发明实施例1提供的一种电磁环境检测方法流程框图；图2是本发明实施例2提供的另一种电磁环境检测方法流程框图；图3是本发明实施例3提供的一种电磁环境检测装置频谱数据输入部分的结构示意图；图4是本发明实施例4提供的一种电磁环境检测系统结构示意图。
具体实施方式
18.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
19.基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
20.实施例1如图1所示，是本实施例提供的一种电磁环境检测方法流程框图。该方法具体包括以下步骤：步骤一：获取电磁环境测试所需的测试参数和测试频谱数据。其中，电磁环境测试所需的测试参数包括基准带宽、天线增益、天线因子、射频通道增益和分辨率带宽。测试频谱数据是拟建航空地面无线电台站址周围的电磁环境信号的频谱数据。
21.步骤二：对测试频谱数据融合处理输出综合频谱数据。融合处理采用的方法如下：将频谱数据（u为正整数）进行融合处理，并输出综合频谱数据h。
22.，其中，表示频谱数据s的第u个2行n列的频谱数据矩阵，表示矩阵中第1行元素组成的矩阵，表示矩阵中第2行元素组成的矩阵，且，，其中u=1,2，
…
m，m和n为正整数；融合后得到综合频谱数据：其中s为m和n的乘积, 和为1到s的正整数，表示h的第 行第列的元素，且，函数表示将矩阵a中的第一行元素按照从小到大的顺序进行排序，第二行元素按照下标与第一行元素相同进行排序。
23.步骤三：根据综合频谱数据和测试参数计算背景噪声实际值和干扰信号。
24.矩阵初始化，背景噪声，干扰信号，第一转化矩阵，第二转化矩阵，背景噪声均值矩阵，传递矩阵，且，，；其中，为中第i行第j列的元素，为中第i行第j列的元素，表示q中第1行第i列的元素，表示背景噪声均值；计算背景噪声值均值，，其中，t表示矩阵的转置；计算矩阵q，，计算干扰信号和背景噪声，查找矩阵q中所有大于6分贝的元素，若存在索引正整数r使得，则让，然后让，最后得出干扰信号，背景噪声；背景噪声测量值的计算方法如下：
，其中，函数max（a）表示求矩阵a所有元素中第一个最大值；所述背景噪声实际值的计算方法如下：当背景噪声测量值的单位为，背景噪声实际值 的单位为时，；当背景噪声测量值的单位为，背景噪声实际值的单位为时，；当背景噪声测量值的单位为，背景噪声实际值的单位为时，；其中，天线因子af单位为，射频通道增益单位为，天线增益单位为，基准带宽和分辨率带宽的单位为。
25.传统的检测方案，直接读取背景噪声的测量值就开始对拟建航空无线电台(站)址周围的电磁环境进行评估，本实施例提供的电磁环境检测方法的相比传统检测方案的准确率更高。
26.本实施例提供的一种电磁环境检测方法，通过采集拟建航空无线电台(站)址周围的电磁环境信号的频谱数据，并对频谱数据进行融合后计算获得拟建航空无线电台(站)址环境的干扰信号与背景噪声实际值，为航空无线电台(站)的新建、迁建、扩建等提供了可靠参考依据。
27.实施例2如图2所示，是本实施例提供的一种电磁环境检测方法流程框图。该方法相比于前述实施例，增加了对测试频段的干扰信号和背景噪声实际值的进一步检测步骤，检测拟建航空无线电台(站)址周围的电磁环境的干扰信号和背景噪声实际值是否能够满足建站条件。
28.此时还需要输入的测试参数有最大允许干扰场强和最大允许干扰功率，根据干扰信号、背景噪声实际值与最大允许干扰功率或最大允许干扰场强的比较，检测测试频段的干扰信号和背景噪声。
29.具体地，比较背景噪声实际值与最大允许干扰功率或最大允许干扰场强的大小。
30.若背景噪声实际值小于最大允许干扰功率或最大允许干扰场强，且干扰信号是零矩阵，检测结果为测试频段没有出现超过最大允许干扰功率或最大允许干扰场强的干扰信号及背景噪声。在拟建航空无线电台（站）处电磁环境符合要求，具备设台条件。
31.若背景噪声实际值小于最大允许干扰功率或最大允许干扰场强，且干扰信号是非零矩阵，则列出干扰信号矩阵第一行中非零元素构成的频率点或频段，以及对应的幅度值，检测结果为测试频段内存在干扰信号。在拟建航空无线电台（站）处电磁环境符合要求，具
备设台条件。
32.若背景噪声实际值大于最大允许干扰功率或最大允许干扰场强，且干扰信号是零矩阵，检测结果为测试频段内背景噪声超出最大允许干扰功率或最大允许干扰场强。在拟建航空无线电台（站）处电磁环境不符合要求，不具备设台条件。
33.若背景噪声实际值大于最大允许干扰功率或最大允许干扰场强，且干扰信号是非零矩阵，则列出干扰信号矩阵第一行中非零元素构成的频率点或频段，以及对应的幅度值，检测结果为测试频段内存在干扰信号且背景噪声超出最大允许干扰功率或最大允许干扰场强。在拟建航空无线电台（站）处电磁环境不符合要求，不具备设台条件。
34.本实施例提供的一种电磁环境检测方法，相比于前述实施例，通过对干扰信号、背景噪声实际值与最大允许干扰功率或最大允许干扰场强的比较，检测测试频段的干扰信号和背景噪声是否超过标准，进一步为机场地面航空无线电台（站）的新建、迁建、扩建后的安全运行和频率的指配提供可靠的依据。
35.实施例3如图3所示，是本实施例提供的一种电磁环境检测装置频谱数据输入部分的结构示意图。该装置具体包括测试参数输入部分、频谱数据采集部分和电磁环境检测部分。测试参数输入部分图中未示出，可通过计算机、手机等各种终端连接电磁环境检测部分直接输入。
36.频谱数据采集部分包括接收天线，接收天线通过射频电缆和预处理器连接，预处理器通过射频电缆和频谱仪连接，频谱仪与计算单元通讯连接。其中，接收天线的工作频段应完全包含拟建台站所对应的无线电频段，且极化方式应与拟建台站实际工作的天线极化方式一致；预处理器需要根据实际测试的环境进行选择，其中，衰减器用于保护测试设备不被损坏，低噪声放大器用于提高干扰信号的检测率，滤波器用于过滤非测试频段内的大功率的信号以确保被测频段内信号的准确性。频谱仪用于接收来自接收天线和预处理器通过射频电缆传输的射频信号，然后经过频谱仪处理之后输出频谱数据。频谱仪需要设置正确的测试参数，设置要求：第一，测试频段：即拟建航空地面无线电台站对应的无线电频段，包括民航通信、导航、监视、气象等对应的无线电频段；第二，分辨率带宽：测试采用的分辨率带宽应小于拟建航空地面无线电台站对应的基准带宽的1/2；第三，剑波方式：拟测频段对应的航空地面无线电台站为脉冲工作方式的，应采用峰值或准峰值检波方式，拟测频段对应的航空地面无线电台站为连续波工作方式的，应采用均方根或平均值检波方式；第四，参考电平：背景噪声和干扰信号全部显示。电磁环境计算单元包括数据融合模块和数据处理模块。其中，数据融合模块用于对测试频谱数据融合处理输出综合频谱数据，数据处理模块用于根据综合频谱数据和测试参数计算背景噪声实际值和干扰信号。具体计算方式参见前述实施例提供的电磁环境检测方法，在此不再进行赘述。
37.电磁环境检测装置还包括与计算单元连接的测试频段检测模块，测试频段检测模块用于根据干扰信号、背景噪声实际值与最大允许干扰功率或最大允许干扰场强的比较，检测测试频段的干扰信号和背景噪声。最大允许干扰功率或最大允许干扰场强的输入方式可采用计算机、手机等终端直接输入，最大允许干扰功率或最大允许干扰场强的具体数值根据相关规范或标准确定。
38.本实施例提供的电磁环境检测装置，能够采集拟建航空无线电台(站)址周围的电
磁环境信号的频谱数据，并对频谱数据进行融合后计算获得拟建航空无线电台(站)址环境的干扰信号与背景噪声实际值，为航空无线电台(站)的新建、迁建、扩建等提供了可靠参考依据。
39.实施例4如图4所示，是本实施例提供的一种电磁环境检测系统结构示意图。该系统包括前述实施例提供的电磁环境检测装置，电磁环境检测装置还连接有输出单元，所述输出单元包括显示模块、报告生成模块和存储模块。其中，显示模块，用于显示测试频段的检测结果。报告生成模块，用于将检测结果生成统一的报告文档，报告可打印后进行查阅或存储。存储模块，用于存储测试频段的检测结果，能够被拥有访问权限的终端调用进行结果追溯。
40.本实施例提供的电磁环境检测系统，能够为机场地面航空无线电台（站）的新建、迁建、扩建提供一个可靠的电磁环境检测系统，该系统能够为机场地面航空无线电台（站）的新建、迁建、扩建后的安全运行和频率的指配提供依据。
41.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。