一种电磁辐射预警系统的制作方法

本发明涉及辐射预警、物联网和大数据处理领域，特别涉及电磁辐射敏感区域中电磁辐射测量的设备和系统。

背景技术：

智能手机的出现较大的改变了人们的生活方式，手机已经成为一个集通信、信息处理、工作和休闲娱乐为一体的重要工具。但是在某些特殊场合，考虑到安全等问题，希望某个频段的电磁辐射尽可能的小，以免影响一些重要仪器设备的使用。例如，根据国际惯例，在飞机飞行过程中，包括手机、笔记本电脑、iPad、MP3、游戏机等便携式电子设备不允许在1万英尺以下的高空使用，而当飞机到达1万英尺之上时，除手机之外，其他的电子设备都可以使用。在飞行时，手机等电磁辐射容易对飞行导航或者飞机上的其它电子设备产生电磁辐射干扰，由于飞机机载测距设备(DME)和空中防碰撞系统(TCAS)使用的频段是960-1215MHz，与GSM 900使用890-960MHz的使用频率比较接近，因此，手机的不恰当使用还是会对飞行安全产生影响。

在另外的一些地方，例如，加油站等电磁辐射敏感区域，某些频率段过量的电磁辐射可能会引起火灾。

针对上述问题，理想情况是人人都能够自觉遵守相关规定，但是这些特殊场合，难以期望所有的人都能够按照要求使用手机等无线通信设备，因此，需要采用特殊的技术，来防止电磁辐射敏感区域中无线设备的不当使用，以此来减少灾害的发生。

技术实现要素：
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本发明提出了一种可以进行辐射敏感区域的辐射预警系统，即发现辐射位置和辐射功率等参数的系统。该系统可以结合辐射测量节点测量得到的射频辐射数据和电磁辐射传播模型及相关参数数据，利用物联网技术和大数据处理技术发现非法射频源的位置和辐射功率等信息。

本发明提出的电磁辐射敏感区域的辐射预警系统，如图1所示，包括如下构成：中心辐射监控单元(101)，用来收集各个节点的辐射测量数据，并根据收集到某个频段的辐射测量数据和电磁辐射传播模型及相关模型参数，推测出辐射源的位置和辐射功率，得到辐射源的位置和辐射功率信息后，则可以采取相关措施，制止这些非法的辐射源；光纤链路(102)，用来连接中心辐射监控单元和第一类位置固定辐射测量节点，构成低延时的通信系统；第一类位置固定辐射测量节点(103)，用于测量所在位置的辐射，并通过光纤链路连接中心辐射监控单元，将所测量电磁辐射数据发送到中心辐射监控单元；电磁辐射传播模型(104)，用来表征某个频段的电磁波在该区域的基本传播规律。

上述的辐射预警系统，是一种最简单的结构，在实际的应用中，光纤网络节点的数目可能受到限制，为了增加测量的准确性，或者减少整个系统的成本，可以在第一类位置固定辐射测量节点外，根据应用需要增加如下两类节点：

a)第二类位置固定辐射测量节点(105)，用于测量所在位置的辐射，并通过可见光通信方式连接第一类位置固定辐射测量节点，将辐射的测量结果，通过第一类位置固定辐射测量节点传送至中心辐射监控单元；

b)位置可变辐射测量节点(106)，按照某个固定的规律改变位置，用于测量所在位置的辐射，并通过可见光通信方式连接第一类位置固定辐射测量节点，将辐射的测量结果，通过第一类位置固定辐射测量节点传送至中心辐射监控单元。

增加上述两类辐射测量节点后，系统的结构图如图2所示。在上述两种节点通信方式的选择上，采用了可见光通信方式，主要原因在于要减小射频辐射，满足射频辐射敏感环境下的通信要求。

在本发明中，第一类位置固定辐射测量节点(103)、第二类位置固定辐射测量节点(105)和位置可变辐射测量节点(106)，可以根据需要选择包含一个频段的射频设备，或者多个频段的射频设备，或者一个可调谐频段的射频设备。这取决于整个预警系统需要针对单一频段预警，还是针对多个频段预警，或者每次针对一个频段预警，但是频段可以调谐。

在本发明中，考虑到电磁辐射传播模型中的相关参数数值可能会随着时间而发生变化，针对此问题，可以在第一类位置固定辐射测量节点、第二类位置固定辐射测量节点和位置可变辐射测量节点中引入待测频段的无线收发设备。考虑到电磁辐射敏感区域要限制电磁辐射的量，因此，该设备在电磁辐射敏感区域的某些时间段可以开启，其它时段必须关闭。这些设备可以用来记录相关频段电磁辐射发射和接收的数值，以此计算出电磁辐射传播模型中的相关参数数值，这种方法可以用来校正电磁辐射传播模型中的相关参数数值。

在本发明中，辐射预警系统包含初始启动阶段、数据平稳阶段和辐射数据更迭阶段；

初始启动阶段为整个系统开始运行阶段，系统中没有任何辐射源数据，系统开始进入到辐射源数据计算阶段；

数据平稳阶段为经过前期的数据处理，已经找到若干辐射源，且各个测量节点的辐射理论值和所述测量节点的辐射测量值的差距在可以容忍的范围内，所述辐射理论值为根据计算得到的辐射源数据，直接代入电磁辐射传播模型的数值结果；

辐射数据更迭阶段为，当检测到各个测量节点的辐射理论值和所述测量节点的辐射测量值的差距超出了可以容忍的范围时，系统重新进入到辐射源数据计算阶段。

本发明的辐射预警系统可以实时的测量空间中电磁辐射的变化情况，根据电磁辐射传播模型和相关参数数值，依靠中心辐射监控单元(101)的较强运算能力，可以挖掘未知的非法辐射源的位置信息和辐射功率信息，由此可以构成电磁辐射的预警系统。该系统不仅仅适用于电磁辐射敏感区域，即电磁辐射较少的区域，同样适用于存在大量电磁辐射的区域。

附图说明：

图1为本发明中包含中心辐射监控单元、通信网络、电磁辐射传播模型和第一类位置固定辐射测量节点的电磁辐射预警系统结构图。

图2为在图1的基础上增加第二类位置固定辐射测量节点和位置可变辐射测量节点的电磁辐射预警系统结构图。

图3为本发明中心辐射监控单元(101)的构成示意图。

图4为本发明的中心辐射监控单元(101)中数据库(303)包含的信息内容图。

具体实施方式：

1辐射预警系统的中心辐射监控单元的构成实施例

中心辐射监控单元(101)，既包含相关的硬件设备(201)，又包含相应的软件(301)，其结构图如图3所示。其中，硬件部分包含通信设备(203)和高性能计算设备(205)；通信设备(203)用来完成与各类辐射测量节点的实时通信，高性能计算设备(205)是整个系统进行大数据分析和计算的硬件基础。软件部分除了包含基础信息处理程序(302)外，还包含数据库(303)；数据库用于存放的信息如图4所示，它用于存放第一类位置固定辐射测量节点地理坐标信息(311)、第二类位置固定辐射测量节点地理坐标信息(312)和位置可变辐射测量节点地理坐标信息(313)，同时存放各个节点之间的电磁辐射传播模型参数(316)信息，在计算的得到辐射源的相关信息后，可以存放辐射源(318)信息，并标明动态信息。

2中心辐射监控单元在初始启动阶段确定辐射源的方法

在本发明所述的辐射预警系统中，中心辐射监控单元，在初始启动阶段可以按照下述方法确定辐射源的位置和辐射功率：

a)实时收集第一类位置固定辐射测量节点、第二类位置固定辐射测量节点和位置可变辐射测量节点这三类节点的辐射数据；

b)结合第一类位置固定辐射测量节点、第二类位置固定辐射测量节点和位置可变辐射测量节点的地理坐标信息，按照中心辐射监控单元中的已有程序，依次假设辐射源的个数为1至N，计算出辐射源的可能位置和辐射功率，其中，N为该系统可以支持的辐射源的最大数目；

c)根据计算得到的辐射源信息，即辐射源的位置和辐射功率，结合已有电磁辐射传播模型，计算出各个测量节点的辐射理论值，若辐射理论值和所述测量节点的辐射测量值的差距较大，继续进行b)的操作，若辐射理论值和所述测量节点的辐射测量值的差距在可以容忍的范围内，停止计算过程，可以认为找到了辐射源的位置和辐射功率。

3中心辐射监控单元在辐射数据更迭阶段寻找新的辐射源的方法

在本发明所述的辐射预警系统中，中心辐射监控单元，在辐射数据更迭阶段可以按照下述方法确定变化的辐射源位置和辐射功率：

a)实时收集第一类位置固定辐射测量节点、第二类位置固定辐射测量节点和位置可变辐射测量节点这三类节点的辐射数据；

b)同时，根据之前计算得到的辐射源信息，即辐射源的位置和辐射功率，结合已有电磁辐射传播模型，计算出各个测量节点的辐射理论值，若辐射理论值和所述a)中测量节点的辐射测量值的差距超出了可以容忍的范围，开启辐射源寻找计算过程；

c)结合第一类位置固定辐射测量节点、第二类位置固定辐射测量节点和位置可变辐射测量节点的地理坐标信息，按照中心辐射监控单元中的已有程序，依次假设辐射源改变的个数为1至M，计算出改变的辐射源的可能位置和辐射功率，其中，M为该系统可以支持的辐射源的最大改变数目；

d)实时计算各个测量节点的辐射理论值，并对照测量值，若辐射理论值和所述测量节点的辐射测量值的差距较大，继续进行c)的操作，若辐射理论值和所述测量节点的辐射测量值的差距在可以容忍的范围内，停止计算过程，可以认为找到了改变的辐射源位置和辐射功率。

4关于位置可变辐射测量节点的运动设计

位置可变辐射测量节点的运动规律是固定的，它可以根据测量对节点数量的要求进行设计，也可以根据整个系统运算量的大小进行设计。

若没有位置可变辐射测量节点，则整个系统的固定节点数目会比较多，如果增加了位置可变辐射测量节点，则可以设计位置可变辐射测量节点按照其运动轨迹覆盖更大的区域。

与此同时，位置可变辐射测量节点的运动轨迹设计原则为尽可能的减少该辐射预警系统的运算量。

5针对飞机应用场景的一个实例

在某架飞机上安置N个联网的位置固定辐射测量节点，N的大小和区域的面积和覆盖情况都有关。这些节点有一部分可以作为第一类位置固定辐射测量节点，另外一部分则可以作为第二类位置固定辐射测量节点。若光纤资源丰富，或者区域较小，则可以都采用第一类位置固定辐射测量节点。

根据需要，还可以选择M个联网的位置可变辐射测量节点，这些节点要支持可见光通信功能，保证不引入额外的辐射。

由于飞机上电子设备的工作频率接近，或者和GSM 900的频率有关，因此，选择2G网络的信号衰减模型，需要考虑电波传播特征，以及信道的具体问题，例如，多径衰落情况。在中心辐射监控单元(101)处，需要提前获取位置固定辐射测量节点的位置信息，融合N个联网的位置固定辐射测量节点和M个联网的位置可变辐射测量节点的辐射测量数据，经过包含该信道模型的程序运算后，可以得到非法的辐射源位置等信息。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤。