基于无源监测的NVIS快速选频系统及其方法技术方案

本发明专利技术提供了一种基于无源监测的NVIS快速选频系统及其方法，包括NVIS天线、天线共用器、通信设备以及频谱实时监测模块，频谱实时监测模块与通信设备通过天线共用器共用NVIS天线，当通信设备空闲时，频谱实时监测模块通过NVIS天线接收射频信号并分析其频谱特征，当通信设备工作时，天线共用器将NVIS天线切换至通信设备连接状态，从而实现选频与通信设备的一体化，本发明专利技术在不发射无线电探测信号的前提下，通过接收外界电离层反射信号来跟踪电离层F

【技术实现步骤摘要】
基于无源监测的NVIS快速选频系统及其方法
本专利技术涉及短波通信
，具体涉及一种基于无源监测的NVIS快速选频系统及其方法。
技术介绍
天波与地波是高频通信的两种基本传播途径。理论条件下，地波传播距离通常不会超过80km(在实际应用中这一距离受地形限制会更短，甚至只有几公里)，而天波的传播距离通常不会低于200km。因此，距离发射点约80～200km的区域是短波电波无法覆盖的，称之为“盲区”(寂静区)，如图1所示。NVIS(Near-VerticalIncidenceSky-wave，近垂直入射天波)是一种使用高仰角天线的传播模式，如图2所示，通过采用近90°的发射仰角并选择低于临界频率的适合频率，可建立半径为0～500公里左右的有效通信，是目前解决短波“盲区”效应的重点研究领域。但NVIS系统的有效性与选频密切相关，且与普通短波通信相比较，对选频具有更高的要求，因此选频的可靠性与时效性一直是制约NVIS系统发展的瓶颈问题之一。按照国际惯例，NVIS的工作频率通常选择低于F2层临界频率(f0F2)10％～15％附近的频谱空穴位置。而电离层信道属于典型的时变色散信道，f0F2和频谱空穴随时都处于变化之中，因此动态的捕获f0F2和频谱空穴并实时推送给NVIS系统对其工作的有效性至关重要。目前对这两个数据的获取采用的方法及存在问题如下：(1)临界频率①实时探测。采用电离层脉冲探测、Chirp探测等方式获取当前电离层参数状态。优点是可以准确地获得整个频段的信道质量状况，具有较高的选频性能。但该类选频系统通常比较复杂庞大，频繁的发送探测信号，在战场环境下对设备和人员都会带来极大的安全隐患。且通信和探测彼此分离，通信终端用户往往难以实时获得该类选频系统的发布结果，导致其时效性大大降低。②互联网获取。分布在全球范围内的电离层探测站会将本站的探测数据周期性的发布在互联网上，通过对这些数据进行插值换算可获取本地的f0F2值。该方法精度相对较高，但需要以接入互联网为前提，军事应用的安全性较低。且从互联网上所获取的探测数据通常不是实时数据，许多站点的数据是隔日的，因此更准确的说法是“准实时”数据。③基于统计规律的长期预报。该方法简便易行，可方便地应用到机动工作台站，但精度较低，应用到具体某一线路时往往不能取得理想的效果。(2)频谱空穴对短波频谱空穴的位置追踪通常采用全频段快速扫频的方式来实现，只要扫频速度足够快，就可以实现对全频段频谱空穴的快速锁定和跟踪。但此类频谱监测设备通常比较复杂庞大，且与用频设备相互分离，机动台站(尤其是背负式台站)无法实时获取监测台站数据，因此难以满足实际工作需要。由此可见，有效解决目前NVIS系统的选频问题，需要重点解决选频精度与时效性相统一的难题。即在保证选频可靠性的同时，尽量缩短选频与用频之间的时差。
技术实现思路
本申请通过提供一种基于无源监测的NVIS快速选频系统及其方法，在不发射无线电探测信号的前提下，通过接收外界电离层反射信号来跟踪电离层F2层临界频率f0F2的变化趋势，实现了在通信间隙对“频谱空穴”快速捕捉，并实时对通信频率进行调整，以解决现有技术中一直制约NVIS系统发展的选频可靠性和时效性的技术问题。为解决上述技术问题，本申请采用以下技术方案予以实现：一种基于无源监测的NVIS快速选频系统，包括NVIS天线、天线共用器、通信设备以及频谱实时监测模块，所述频谱实时监测模块与所述通信设备通过所述天线共用器共用所述NVIS天线，当所述通信设备空闲时，所述频谱实时监测模块通过所述NVIS天线接收射频信号并分析其频谱特征，当所述通信设备工作时，所述天线共用器将所述NVIS天线切换至所述通信设备连接状态，其中，所述频谱实时监测模块包括放大滤波单元、A/D采样器、数字下变频单元以及微处理器，射频信号经过所述放大滤波单元的放大滤波处理及所述A/D采样器的采样处理后得到采样信号，该采样信号同时输入到所述数字下变频单元以及所述微处理器，所述数字下变频单元对该采样信号进行数字下变频处理后，将输出的中频数字信号输入到所述微处理器，由微处理器筛选并分发最终工作频率集到所述通信设备，从而实现选频与通信设备的一体化。进一步地，本专利技术对天线具有良好的兼容性，适用于低架双极天线、倒V天线、斜天线几种常用的NVIS通信天线。一种基于无源监测的NVIS快速选频系统的选频方法，包括如下步骤：S1：对接收到的射频信号进行放大滤波、A/D采样及FFT变换后,计算干扰重心频率ICF，具体为：S11：对射频信号进行放大滤波、A/D采样及FFT变换后，输出短波全频段的干扰能量值；S12：依据人为噪声系数中值与频率关系曲线，修正干扰能量值，滤除人为噪声影响；S13：设置能量门限值，剔除突发性干扰和临近台站的强信号干扰；S14：计算干扰重心频率式中，Fi为第i个频率，D(Fi)为Fi的干扰能量值，n为频率点个数；S2：通过电离层F2层临界频率f0F2与干扰重心频率ICF的映射关系：f0F2＝f(a*ICF+b)，输出临界频率f0F2，其中，关联系数a、b是通过对不同天线选型下临界频率f0F2测量的样本数据进行统计分析，采用最小均方差的准则来确定的；S3：根据中纬度地区的电离层可反射的最高垂直入射频率fxF2与电离层F2层临界频率f0F2的映射关系：或者fxF2-f0F2≈fH/2，计算fxF2,式中,fH为地磁频率，是f0F2的平方，是fxF2的平方，计算fxF2；S4：代入NVIS天线的发射仰角，计算出最大斜向入射频率值fobl；S5：取(fobl-2,fobl)MHz为最佳工作频段，即NVIS通信窗口；S6：输出带宽内的各点能量值；S7：判断输出的各点能量值是否低于设置的能量门限值，如果是，则进入步骤S8，否则，丢弃；S8：将(fobl-2,fobl)内安静的频率点加入最终功率频率集，所述频率实时监测模块输出最终工作频率集到所述通信设备。进一步地，步骤S1中的FFT变换是65536/N点的FFT变换，N为整数，可根据系统需求调整。进一步地，所述数字下变频带宽设定为2MHz。与现有技术相比，本申请提供的技术方案，具有的技术效果或优点是：(1)在通信间隙快速捕捉短波“频谱空穴”，并实时调整通信频率，具有选频精度高、速度快、隐蔽性强等特点；(2)基于无源监测的跟踪技术可以在不发射无线电探测信号的前提下，通过接收外界电离层反射信号来跟踪电离层F2层临界频率f0F2的变化趋势，极大地提高了通信的隐蔽性和抗毁性，且设备简单，易于集成，在快速隐蔽的军事通信中有重要的意义。附图说明图1为短波通信盲区示意图；图2为NVIS传播示意图；图3为NVIS快速选频系统结构示意图；图4为频谱实时监测模块框图；图5为短波全频段实时频谱图；图6为NVIS快速选频方法流程图；图7(a)为电离层F2层临界频率f0F2对比图1；图7(b)为电离层F2层临界频率f0F2对比图2；图8(a)为倒V天线测量的ICF分布图；图8(b)为双极天线测量的ICF分布图；图8(c)为15米斜天线测量的ICF分布图；图9为本地电离层F2层临界频率f0F2的实时估算值对比图。具体实施方式本申请实施例通过提供一种基于无源监测的NVIS快速选频系统及其方法，在不发射无线电探本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于无源监测的NVIS快速选频系统，其特征在于，包括NVIS天线、天线共用器、通信设备以及频谱实时监测模块，所述频谱实时监测模块与所述通信设备通过所述天线共用器共用所述NVIS天线，当所述通信设备空闲时，所述频谱实时监测模块通过所述NVIS天线接收射频信号并分析其频谱特征，当所述通信设备工作时，所述天线共用器将所述NVIS天线切换至所述通信设备连接状态，其中，所述频谱实时监测模块包括放大滤波单元、A/D采样器、数字下变频单元以及微处理器，射频信号经过所述放大滤波单元的放大滤波处理及所述A/D采样器的采样处理后得到采样信号，该采样信号同时输入到所述数字下变频单元以及所述微处理器，所述数字下变频单元对该采样信号进行数字下变频处理后，将输出的中频数字信号输入到所述微处理器，由微处理器筛选并分发最终工作频率集到所述通信设备，从而实现选频与通信设备的一体化。

【技术特征摘要】
1.一种基于无源监测的NVIS快速选频系统，其特征在于，包括NVIS天线、天线共用器、通信设备以及频谱实时监测模块，所述频谱实时监测模块与所述通信设备通过所述天线共用器共用所述NVIS天线，当所述通信设备空闲时，所述频谱实时监测模块通过所述NVIS天线接收射频信号并分析其频谱特征，当所述通信设备工作时，所述天线共用器将所述NVIS天线切换至所述通信设备连接状态，其中，所述频谱实时监测模块包括放大滤波单元、A/D采样器、数字下变频单元以及微处理器，射频信号经过所述放大滤波单元的放大滤波处理及所述A/D采样器的采样处理后得到采样信号，该采样信号同时输入到所述数字下变频单元以及所述微处理器，所述数字下变频单元对该采样信号进行数字下变频处理后，将输出的中频数字信号输入到所述微处理器，由微处理器筛选并分发最终工作频率集到所述通信设备，从而实现选频与通信设备的一体化。2.根据权利要求1所述的基于无源监测的NVIS快速选频系统，其特征在于，所述NVIS天线采用低架双极天线、倒V天线或者斜天线三者中的任一种。3.如权利要求1所述的基于无源监测的NVIS快速选频系统的选频方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：对接收到的射频信号进行放大滤波、A/D采样及FFT变换后,计算干扰重心频率ICF，具体为：S11：对射频信号进行放大滤波、A/D采样及FFT变换后，输出短波全频段的干扰能量值；S12：依据人为噪声系数中值与频率关系曲线，修正干扰能量值，滤除人为噪声影响；S1...

【专利技术属性】
技术研发人员：李国军，何世彪，周晓娜，贾昕杰，李高峰，张德平，王雄，胡明辉，徐小飞，
申请(专利权)人：中国人民解放军重庆通信学院，
类型：发明
国别省市：重庆,50