专利名称：短波频率搜索设备及其控制方法
技术领域：
本发明涉及通信领域，具体地，涉及ー种短波频率搜索设备及其控制方法。
背景技术：
长期以来，短波频段的通信频率选择存在着较大的困难，一方面短波信道存在着由于太阳活动的变化而造成的时变性，另ー方面，由于短波信道全球共用而造成的用户拥挤，可用频率资源日益减小。实时地跟踪短波信道的变化、为通信组织提供最佳可用频率以保障短波通信的畅通一直缺少较为有效的监测与控制手段。未来短波可用信道的发展需要解决的重点问题是短波信道快速捜索与建链，尤其是在短波天波通信方面。本发明的目的在于通过短波信道空闲分析、非线性可用频段快速捜索技木，为人防系统的短波通信提供可靠的频率优选手段。
发明内容
根据本发明的ー个方面，提供ー种短波频率搜索设备，其特征在于包含以下组成部分宽带接收单元，其包括天线隔离器和短波宽带接收模块；天线隔离器用于实现天线到电台与天线到短波宽带接收模块的切換，以及在短波电台发射信号时，实现短波宽带接收模块与短波电台发射信号的隔离；数字下变频模块，用于对宽带接收単元提供的中频信号进行采集；数字信号处理模块，用于完成可用频率搜索与频率优选；通过对设定频段内的频谱感知，选择空闲信道作为本地的优选频率，并通过对天波信道的最低及最高可用频率进行估计，选择天波可用频段；主控模块，用于对系统进行控制，并显示短波频率搜索设备的工作状态、可用频段、优选频率和频谱能量；预设通信频段或预设通信频率；实现人机交互以及对外部设备控制；接ロ模块，用于提供音频接ロ、遥控接ロ、数据通信接ロ、GPS接ロ及网络接ロ ；电源模块，用于为设备内各模块、装置和単元提供直流电源；所述主控模块进一歩包含主板、显示装置、输入控制装置、存储装置、内部通信装置和外部通信装置；其中显示装置用于显示工作状态、可用频段、优选频率和频谱能量；输入控制装置用于实现通信频段或通信频率的预设、设备自检、对宽带接收単元的控制；内部通信装置用于实现主控模块与数字信号处理模块的数据通信及与GPS模块的时间、地理位置信息交互；外部通信模块用于进行数据通信及协议传输；所述数字信号处理模块进一歩包含内部通信装置，空闲分析装置以及频率捜索装置以及自动增益控制(AGC)模块和GPS模块；其中内部通信装置用于通过主控模块的内部通信装置与主控模块进行通信，以及与GPS模块进行时间信息交互；AGC模块按照有源探測要求控制前端接收机工作于自动或人工AGC方式；GPS模块完成精确的授时和定位功能；GPS模块提供的高精度时钟，为频率搜索提供时间基准；GPS模块提供的地理位置数据为频率捜索和对天波信道的最低及最高可用频率进行估计提供辅助信息；空闲分析装置，用于完成本地频谱的捜索与频率优选，通过对设定频段内的频谱感知，选择空闲信道作为本地的优选频率；频率搜索装置，用于对天波信道的最低及最高可用频率进行估计，选择天波可用 频段。优选地，短波频率搜索设备与短波电台之间通过遥控接ロ、数据通信接ロ以及音频接ロ相连接，所述短波频率搜索设备还通过网络接ロ与人防多网系融合系统相连，以及进ー步通过人防多网系融合系统与公共互联网相通信。优选地，所述显示装置为液晶显示屏，所述输入控制装置为触摸屏，所述存储装置为硬盘。优选地，所述触摸屏为4线或5线类型，与所述主板通过USB接ロ相连；或者采用带有触摸屏的エ业平板电脑或通用笔记本电脑作为主控模块；或者采用嵌入式エ业计算机集成液晶屏和触摸屏构成主控模块。根据本发明的另ー个方面，提供ー种短波频率搜索设备的控制方法，其特征在于主控模块按如下步骤工作步骤401，开机初始化；步骤402，设备进行自检；步骤403，判断是否存在故障；如果是，则执行步骤404，将判断出的存在故障的模块在显示装置上显示，继续执行步骤405，结束当前操作；如果否，则执行步骤406 ；步骤406，判断是否设置设备參数；如果是，则执行步骤407，设置设备參数，继续执行步骤408，完成对数字信号处理模块及宽带接收単元的控制，回到步骤406，判断是否设置设备參数；如果否，则执行步骤409，判断是否收到数字信号处理模块的数据，如果是，则执行步骤410，对数据类型进行分析及处理，回到步骤406，判断是否设置设备參数；如果否，则执行步骤411 ；步骤411，判断是否接收到GPS时间信息；如果否，则返回继续执行步骤406 ;如果是，则执行步骤412，执行时间校准；并重复回到步骤406，判断是否设置设备參数。优选地，数字信号处理模块按如下步骤工作步骤501，初始化；步骤502,设备參数设置；步骤503，判断电台是否在通信；如果是，则继续执行步骤503;如果否，则执行步骤505，判断是否估计可用频率；如果是，则执行步骤506，对天波可用频率进行估计，并且继续执行步骤507，对本地频谱进行捜索，并生成本地优选频率；如果步骤505中判断结果为否，则也执行步骤507，对本地频谱进行捜索，并生成本地优选频率；继续执行步骤508 ；步骤508，生成可用频率；步骤509，在显示装置上显示本地可用频率以及信道状况；继续执行步骤504，判断是否收到主控模块命令，如果否，则继续执行步骤503 ;如果是，则继续执行步骤502。优选地，在主控模块和/或数字信号处理模块执行上述方法流程期间，主控模块和/或数字信号处理模块能够随时根据指令退出执行当前步骤，从而关机。优选地，空闲分析装置按如下步骤工作步骤601，分析开始；步骤602，根据设置的频段及分析的位置更改分析的频率；
步骤603，判断是否达到预定次数，该预定次数能够根据周围环境预先配置；如果否，则继续执行步骤604，如果是，则执行步骤606 ；步骤604，接收数字下变频数据进行N点FFT运算；继续执行步骤605，计算该频段内的能量并进行累加，转而继续执行步骤603 ；步骤606，对该频段内的能量进行平均计算；继续执行步骤607，判断分析是否完成，如果否，则执行步骤602 ;如果是，则执行步骤608，根据平均功率对各频段的信道质量评估，进行信道质量分级；继续执行步骤609，寻找信道质量等级最高的多个频段作为可用频段或频率；继续执行步骤610，分析结束。优选地，频率搜索装置按如下步骤工作步骤701，搜索开始；步骤702，根据GPS时钟设置/更改发送、接收频率；步骤703，判断当前短波电台是否为主站；如果否，则执行步骤708，如果是，则执行步骤704 ;步骤704，向从站发送特定的波形；步骤705，对于从从站接收的特定波形进行相关检测以及进行误码率分析，执行步骤706 ;步骤708，从站对波形进行相关检测以及进行误码率分析；继续执行步骤709 ;步骤709，向主站发送特定的波形；转而执行步骤706 ；步骤706，判断搜索是否完成；如果是，则执行步骤707，确定天波可用频率以及信道质量，继续执行步骤710，搜索结束；如果否，则执行步骤702 ；优选地，步骤410中对数据类型进行分析及处理，是指根据数据的类型判断是传送给显示装置显示或者是传送给短波电台供发送。
图I为根据本发明ー个实施例的短波频率搜索设备的结构示意图。图2为主控模块的结构示意图。图3为数字信号处理模块组成示意图。图4为主控模块的基本工作流程图。图5为数字信号处理模块的基本工作流程图。图6为空闲分析装置的基本工作流程图。图7为频率搜索装置的基本工作流程图。
具体实施方式
图I为根据本发明ー个实施例的短波频率搜索设备的结构示意图。如图所示，根据本发明的短波频率搜索设备包括以下几个主要组成部分a)宽带接收单元，其包括天线隔离器和短波宽带接收模块。天线隔离器用于实现天线到电台与天线到短波宽带接收模块的切換，以及在短波电台发射信号时，实现短波宽带接收模块与短波电台发射信号的隔离；b)数字下变频模块，用于对宽带接收単元提供的中频信号进行采集；c)数字信号处理模块，用于完成可用频率搜索与频率优选。通过对设定频段内的频谱感知，选择空闲信道作为本地的优选频率，并通过对天波信道的最低及最高可用频率进行估计，选择天波可用频段；d)主控模块，用于对系统进行控制，并显示系统的多种状态，如短波频率搜索设备的工作状态、可用频段、优选频率和频谱能量；预设通信频段或预设通信频率等；实现人机·交互以及对外部设备控制；e)接ロ模块，用于提供电台接ロ(如图中所示的音频接ロ、遥控接ロ、数据通信接ロ)、GPS接ロ及网络接ロ等；f)电源模块，用于为设备内各模块、装置和単元提供直流电源。短波频率搜索设备与短波电台之间通过遥控接ロ、数据通信接ロ以及音频接ロ相连接，所述短波频率搜索设备还通过网络接ロ与人防多网系融合系统相连，以及进一歩通过人防多网系融合系统与公共互联网相通信。如图2所示的主控模块组成示意图，主控模块包含主板、显示装置、输入控制装置、存储装置、内部通信装置和外部通信装置。其中，显示装置用于显示工作状态、可用频段、优选频率和频谱能量。输入控制装置用于实现通信频段或通信频率的预设、设备自检、对宽带接收单元的控制。内部通信装置用于实现主控模块与数字信号处理模块的数据通信及与GPS模块的时间、地理位置信息交互。外部通信模块用于进行数据通信及协议传输。在本发明的一个实施例中，所述显示装置为液晶显示屏，所述输入控制装置为触摸屏，所述存储装置为硬盘。在本发明的另ー个实施例中，所述触摸屏为4线或5线类型，与所述主板通过USB接ロ相连。在本发明的一个实施例中，采用带有触摸屏的エ业平板电脑或通用笔记本电脑作为主控模块，其优点在于带触摸屏的平板电脑或笔记本主板、液晶屏、触摸屏自成一体。在本发明的另ー个实施例中，采用嵌入式エ业计算机集成液晶屏和触摸屏构成主控模块。如图3所示的数字信号处理模块组成示意图，数字信号处理模块进一歩包含内部通信装置，空闲分析装置以及频率捜索装置以及AGC (自动增益控制)模块和GPS模块。其中的内部通信装置用于通过主控模块的内部通信装置与主控模块进行通信，以及与GPS模块进行时间信息交互。其中AGC模块可以按照有源探測要求控制前端接收机工作于自动或人工AGC方式；GPS模块则完成精确的授时和定位功能。GPS模块提供的高精度时钟，可以为频率搜索提供时间基准；同吋，GPS模块提供的地理位置数据可为频率搜索和对天波信道的最低及最高可用频率进行估计提供辅助信息等。空闲分析装置，用于完成本地频谱的捜索与频率优选。通过对设定频段内的频谱感知，选择空闲信道作为本地的优选频率。频率搜索装置，用于对天波信道的最低及最高可用频率进行估计，选择天波可用频段。频谱感知是指通过信号检测和处理来获取无线网络中频谱使用的信息。图4示出了主控模块的基本工作流程图。如图4所示，401，开机初始化；402，设备进行自检；403，判断是否存在故障；如果是，则执行404，将判断出的存在故障的模块在显示装置上显示，继续执行405，结束当前操作；如果否，则执行406，判断是否设置设备參数；如果是，则执行407，设置设备參数，继续执行408，完成对数字信号处理模块及宽带接收单元的控制，回到406，判断是否设置设备參数；如果否，则执行409，判断是否收到数字信号处理模块的数据；如果是，则执行410，对数据类型进行分析及处理；例如根据数据的类型判断是传送给显示装置显示或者是传送给短波电台供发送等；如果否，则执行411，判断是否接收到GPS时间信息；如果否，则返回继续执行406 ;如果是，则执行412，执行时间校准；并重复回到406，判断是否设置设备參数。在主控模块执行上述方法流程期间，主控模块可以随时根据指令退出执行当前步骤，从而关机，为简便起见在图中未示出。图5示出了数字信号处理模块的基本工作流程图。如图5所示，501，初始化；502，设备參数设置；503，判断电台是否在通信；如果是，则继续执行503 ;如果否，则执行505，判断是否估计可用频率；如果是，则执行506，对天波可用频率进行估计，并且继续执行507， 对本地频谱进行捜索，并生成本地优选频率；如果505中判断结果为否，则也执行507，对本地频谱进行搜索，并生成本地优选频率；继续执行508 ;508，生成可用频率；509，在显示装置上显示本地可用频率以及信道状况；继续执行504，判断是否收到主控模块命令，如果否，则继续执行503 ;如果是，则继续执行502。在数字信号处理模块执行上述方法流程期间，数字信号处理模块可以随时根据指令退出执行当前步骤，从而关机，为简便起见在图中未示出。空闲分析装置通过对所设带宽内的所有可分辨的频率进行实时的傅里叶变换方法(FFT)计算，估算接收机的噪声基底、判断带宽内信道的空闲情况，实现对短波信道的本地空闲分析。空闲分析装置分析的基本原理如下傅里叶变换F与其反变换F—1建立了时域信号(x(t))和频域信号(X(f))之间的一対一映射关系。频谱X(f)显示任意频率f包含在信号x(t)内的总强度，但它通常不能提供有关谱分量的时间局域化的信息。如果需要获得谱的时间局域化的信息，则需要在傅里叶分析中引入时间相关性同时又保持线性不变。因此通过一个窗ロ来观察信号，对信号进行傅里叶变换从而获得在窗ロ时间内的信号频谱成分，该信号频谱就包含了信号的时间信息。短时傅里叶变换可由下式表示Λ77<7^' (Lf) = J ,AT)W(T·(丄)式中χ(τ)为时域信号；w( τ -t)为以t为中心的分析窗函数。通常，窗函数《(τ-t)的时窗相当短，等价于取出信号在分析点τ =t附近的一个切片，所以短时傅里叶变换直接是信号Χ( τ )在“分析时间”t附近的局部谱。由于在时间t的STFT是时窗函数w(T-t)预加窗后的信号χ(τ)的乘积，所以位于以时间t为中心的局部窗内的所有信号特性都会在时间t的STFT显示出来。因此，STFT的高时间分辨率要求ー个较短的窗函数w(t)。另ー方面，在频率f处的STFT基本上是信号χ( τ )通过带通滤波器的結果。故在STFT过程中，高的频率分辨率要求ー个窄带滤波器，即ー个长的分析时窗。用Λ t表示STFT的时间分辨率，用Λ f表示STFT的频率分辨率，由海森堡(Heisenberg)不等式
权利要求
1.ー种短波频率搜索设备，其特征在于包含以下组成部分 宽带接收单元，其包括天线隔离器和短波宽带接收模块；天线隔离器用于实现天线到电台与天线到短波宽带接收模块的切換，以及在短波电台发射信号时，实现短波宽带接收模块与短波电台发射信号的隔离； 数字下变频模块，用于对宽带接收単元提供的中频信号进行采集，并转换为基带信号提供给主控模块及数字信号处理模块； 数字信号处理模块，用于完成可用频率搜索与频率优选；通过对设定频段内的频谱感知，选择空闲信道作为本地的优选频率，并通过对天波信道的最低及最高可用频率进行估计，选择天波可用频段； 主控模块，用于监控短波频率搜索设备的工作状态、可用频段、优选频率和频谱能量；预设通信频段或预设通信频率；实现人机交互以及对外部设备控制； 接ロ模块，用于提供音频接ロ、遥控接ロ、数据通信接ロ、GPS接ロ及网络接ロ； 电源模块，用于为设备内各模块、装置和単元提供直流电源； 所述主控模块进一歩包含主板、显示装置、输入控制装置、存储装置、内部通信装置和外部通信装置；其中 显示装置用于显示工作状态、可用频段、优选频率和频谱能量； 输入控制装置用于实现通信频段或通信频率的预设、设备自检、对宽带接收単元的控制； 内部通信装置用于实现主控模块与数字信号处理模块的数据通信及与GPS模块的时间、地理位置信息交互； 外部通信模块用于进行数据通信及协议传输； 所述数字信号处理模块进一歩包含内部通信装置，空闲分析装置以及频率捜索装置以及自动增益控制(AGC)模块和GPS模块；其中 内部通信装置用于通过主控模块的内部通信装置与主控模块进行通信，以及与GPS模块进行时间信息交互； AGC模块控制前端接收机工作于自动或人工AGC方式； GPS模块完成授时和定位功能；GPS模块提供的高精度时钟，为频率搜索提供时间基准；GPS模块提供的地理位置数据为频率捜索和对天波信道的最低及最高可用频率进行估计提供辅助信息； 空闲分析装置，用于完成本地频谱的捜索与频率优选，通过对设定频段内的频谱感知，选择空闲信道作为本地的优选频率； 频率搜索装置，用于对天波信道的最低及最高可用频率进行估计，选择天波可用频段。
2.一种如权利要求I的短波频率搜索设备，其特征在于短波频率搜索设备与短波电台之间通过遥控接ロ、数据通信接ロ以及音频接ロ相连接，所述短波频率搜索设备还通过网络接ロ与人防多网系融合系统相连，以及进ー步通过人防多网系融合系统与公共互联网相通信。
3.—种如权利要求I的短波频率搜索设备，其特征在于 所述显示装置为液晶显示屏，所述输入控制装置为触摸屏，所述存储装置为硬盘。
4.一种如权利要求3的短波频率搜索设备，其特征在于所述触摸屏为4线或5线类型，与所述主板通过USB接ロ相连；或者 采用带有触摸屏的エ业平板电脑或通用笔记本电脑作为主控模块；或者 采用嵌入式エ业计算机集成液晶屏和触摸屏构成主控模块。
5.—种如权利要求I的短波频率搜索设备的控制方法，其特征在于 主控模块按如下步骤工作 步骤401，开机初始化； 步骤402，设备进行自检； 步骤403，判断是否存在故障；如果是，则执行步骤404，将判断出的存在故障的模块在显示装置上显示，继续执行步骤405，结束当前操作；如果否，则执行步骤406 ； 步骤406，判断是否设置设备參数；如果是，则执行步骤407，设置设备參数，继续执行步骤408，完成对数字信号处理模块及宽带接收単元的控制，回到步骤406，判断是否设置设备參数；如果否，则执行步骤409，判断是否收到数字信号处理模块的数据，如果是，则执行步骤410，对数据类型进行分析及处理，回到步骤406，判断是否设置设备參数；如果否，则执行步骤411 ； 步骤411，判断是否接收到GPS时间信息；如果否，则返回继续执行步骤406 ;如果是，则执行步骤412，执行时间校准；回到步骤406，判断是否设置设备參数。
6.如权利要求5的短波频率搜索设备的控制方法，其特征在于 数字信号处理模块按如下步骤工作 步骤501，初始化； 步骤502，设备參数设置； 步骤503，判断电台是否在通信；如果是，则继续执行步骤503 ;如果否，则执行步骤505，判断是否估计可用频率；如果是，则执行步骤506，对天波可用频率进行估计，并且继续执行步骤507，对本地频谱进行捜索，并生成本地优选频率；如果步骤505中判断结果为否，则也执行步骤507，对本地频谱进行捜索，并生成本地优选频率；继续执行步骤508 ；步骤508，生成可用频率；步骤509，在显示装置上显示本地可用频率以及信道状况；继续执行步骤504，判断是否收到主控模块命令，如果否，则继续执行步骤503 ;如果是，则继续执行步骤502。
7.如权利要求5或6的短波频率搜索设备的控制方法，其中在主控模块和/或数字信号处理模块执行上述方法流程期间，主控模块和/或数字信号处理模块能够随时根据指令退出执行当前步骤。
8.如权利要求7的短波频率搜索设备的控制方法，其中空闲分析装置按如下步骤エ作 步骤601,分析开始； 步骤602，根据设置的频段及分析的位置更改分析的频率； 步骤603，判断是否达到预定次数，该预定次数能够根据周围环境预先配置；如果否，则继续执行步骤604，如果是，则执行步骤606 ； 步骤604，接收数字下变频数据进行N点FFT运算；继续执行步骤605，计算该频段内的能量并进行累加，转而继续执行步骤603 ； 步骤606，对该频段内的能量进行平均计算；继续执行步骤607，判断分析是否完成，如果否，则执行步骤602 ;如果是，则执行步骤608，根据平均功率对各频段的信道质量评估，进行信道质量分级；继续执行步骤609，寻找信道质量等级最高的多个频段作为可用频段或频率；继续执行步骤610，分析結束。
9.如权利要求8的短波频率搜索设备的控制方法，其中频率搜索装置按如下步骤エ作 步骤701，捜索开始； 步骤702，根据GPS时钟设置/更改发送、接收频率； 步骤703，判断当前短波电台是否为主站；如果否，则执行步骤708，如果是，则执行步骤 704 ； 步骤704，向从站发送特定的波形，执行步骤705 ； 步骤705，对于从从站接收的特定波形进行相关检测以及进行误码率分析，执行步骤.706 ； 步骤706，判断搜索是否完成；如果是，则执行步骤707，如果否，则执行步骤702 ； 步骤707，确定天波可用频率以及信道质量；继续执行步骤710 ； 步骤708，从站对波形进行相关检测以及进行误码率分析；继续执行步骤709 ； 步骤709，向主站发送特定的波形；转而执行步骤706 ； 步骤710，搜索结束。
10.如权利要求6-9任一的短波频率搜索设备的控制方法，其中 步骤410中对数据类型进行分析及处理，是指根据数据的类型判断是传送给显示装置显示或者是传送给短波电台供发送。
全文摘要
本发明涉及一种短波频率搜索设备，包括宽带接收单元，其中包括天线隔离器和短波宽带接收模块；数字下变频模块，用于对宽带接收单元提供的中频信号进行采集,并转换为基带信号提供给主控模块及数字信号处理模块；数字信号处理模块，用于完成可用频率搜索与频率优选；通过对设定频段内的频谱感知，选择空闲信道作为本地的优选频率，并通过对天波信道的最低及最高可用频率进行估计，选择天波可用频段；主控模块，用于监控短波频率搜索设备的工作状态、可用频段、优选频率和频谱能量；预设通信频段或预设通信频率；实现人机交互以及对外部设备控制；接口模块，用于提供音频接口、遥控接口、数据通信接口、GPS接口及网络接口；电源模块，用于为设备内各模块、装置和单元提供直流电源。
文档编号H04W48/16GK102843750SQ20121028693
公开日2012年12月26日 申请日期2012年8月13日 优先权日2012年8月13日
发明者彭荣和 申请人:北京盈想东方科技发展有限公司