一种遥测频谱感知管理方法及设备与流程

本发明一种遥测频谱感知管理方法及设备，属于遥测频谱感知管理技术领域。

背景技术：

航天航空遥测技术起源于20世纪30年代和40年代，随着通信技术、半导体技术和软件无线电技术的发展，遥测技术在调制体制、传输距离、数据容量、测量精度以及设备小型化等方面更加完善和灵活，目前安装在飞行器上的遥测发射机在调制体制、频谱资源占用多种多样，遥测发射机使用特定的码率、特定功率以及特定频点将采集遥测数据通过天线发射出去，专用遥测地面站将根据规划好的参数对空中的无线电进行接收、解调以及存储；遥测地面站在使用时将根据遥测作用区域，对本区域内所有的遥测发射机收发信号进行统一规划管理，确定各个遥测发射机占用频点资源、发射功率以及数据码率等参数，遥测地面接收站根据遥测发射机数量、工作参数以及工作时间等信息进行交叉布站，确保空中射频信号无重叠干扰，遥测数据顺利接收。

但在使用过程中发现，地面接收站很难提供单一遥测发射机单独工作的区域，一般存在多个遥测发射机在同一遥测区域内工作，使用现有的遥测系统需要提前对遥测区域内的遥测装置统一规划以及现场协调，避免出现频谱资源重叠，无线电信号干扰等问题，而这些工作大部分需要人工调控来完成，工作量大，调控效率低，很难再适应新的使用要求。

技术实现要素：

本发明为了克服现有技术中存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种遥测频谱感知管理方法及设备硬件结构的改进。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种遥测频谱感知管理方法，包括如下步骤：

步骤一：在遥测区域内设置一个频谱管理装置和多个遥测装置，所述遥测装置设置在相应的遥测目标上；

步骤二：定义频谱管理装置中的频谱资源分为9种状态：

状态1为未被任何遥测装置占用的频谱资源；

状态2为分配成功且正在使用的频谱资源；

状态3为分配成功且已使用完成被回收的频谱资源，该状态频谱资源在状态1频谱资源使用完成后可以继续进行分配；

状态4为已分配给遥测装置，但未分配成功；

状态5为已分配给遥测装置，但未收到分配成功应答命令；

状态6为本次任务已规划的遥测装置，该状态频谱资源不再参与分配；

状态7为未分配但遥测空域中存在的预设频谱资源；

状态8为遥测空域中存在的预设以外频谱资源；

状态9为挂起状态的频谱资源，本次任务不再参与分配，包括状态6、状态7和状态8频谱资源；

步骤三：对频谱管理装置进行无线通信参数设置：

步骤310：频谱管理装置向遥测装置发送无线通信命令；

步骤320：遥测装置收到命令后，向频谱管理装置反馈应答命令，进入通信状态；

步骤330：频谱管理装置停止发送无线通信命令，根据需求设置参数；

步骤340：频谱管理装置为遥测装置配置的参数发送至遥测装置；

步骤350：遥测装置根据配置协议更改参数并存储；

步骤360：遥测装置向频谱管理装置反馈配置已修改完成的信息；

步骤四：所述频谱管理装置对频谱进行识别管理分配：

步骤410：所述频谱管理装置内部设置的频谱管理单元向频谱感知单元发送预设频谱资源；

步骤411：所述频谱感知单元周期性扫描遥测空域内的频谱资源占用情况；

步骤412：所述频谱感知单元将频谱资源占用情况信息反馈回频谱管理单元；

步骤413：频谱管理单元收到资源占用情况反馈后，更新自身预设的频谱资源信息；

步骤414：频谱管理单元向各遥测装置发送组网广播指令；

步骤415：遥测装置向频谱管理单元反馈携带身份标志符的组网广播应答命令；

步骤416：频谱管理单元存储身份标志符信息，根据频谱资源占用情况，分配相应的工作频点和工作模式；

步骤417：频谱管理单元向遥测装置发送携带工作频点和工作模式信息的组网命令；

步骤418：遥测装置根据接收到的工作频点和工作模式信息进行配置，进入工作状态；

步骤419：配置完毕后，遥测装置向频谱管理单元反馈组网成功的应答命令；

步骤420：频谱管理单元更新频谱资源占用情况；

步骤421：控制频谱感知单元向频谱管理单元发送携带有频谱资源占用、回收状态的反馈信息。

所述步骤四中频谱管理装置具体的工作流程为：

所述频谱管理装置实时对遥测空域中的频谱资源进行探测和感知，根据探测结果更新预设频谱资源信息状态，将空中存在的预设频点标志定义为状态7，将预设频谱资源范围外的频点标记定义为状态8，所述状态7和状态8的频谱均为挂起状态，本次任务不再参与分配；

所述频谱管理装置循环发送等间隔发送组网广播命令，收到反馈信号后根据信号中的遥测装置身份标志符发送组网命令，命令中携带分配频点和工作模式等信息，分配频点为状态1的频点，在收到组网反馈信号后将该频点标记为状态2，若未收到反馈信号将该频点标记为状态4；根据探测结果，状态2频点使用完成后更新为状态3；

频谱感知单元若未感知到状态4的频点，则状态4频点被挂起，本次任务不再使用，若感知到状态4的频点，则将频点状态更新为状态5，待使用完成后将频点更新为状态3。

一种遥测频谱感知管理设备，包括设置在地面站点内的频谱管理装置，所述频谱管理装置内部设置有参数管理单元、频谱管理单元、无线通信单元、频谱感知单元，所述参数管理单元通过导线与频谱管理单元双向连接，所述频谱管理单元通过导线与无线通信单元双向连接，所述频谱感知单元的输入端外接通信天线，所述频谱感知单元的输出端与频谱管理单元相连；

所述无线通信单元外接遥测天线。

本发明相对于现有技术具备的有益效果为：本发明提供的动态频谱管理的方法包括无线通信链路协议、频谱管理方法和平台，该方法用于遥测区域内频谱资源的管理和控制，以无线电为平台兼容不同的无线通讯协议，可以有效提高遥测系统的工作效率和频谱资源占用率，同时克服遥测系统频点冲突、实时性差、系统组成复杂、任务调度效率低等缺陷。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步说明：

图1为本发明使用状态示意图；

图2为本发明频谱管理装置的结构示意图；

图3为本发明无线通信参数设置步骤流程图；

图4为本发明频谱识别管理分配步骤流程图；

图5为本发明定义的频谱资源状态控制关系图。

具体实施方式

本发明涉及软件无线电使用方法、频谱动态管理方法以及无线通信策略，可以根据频谱资源的占用信息，确定遥测发射机的配置参数和工作参数等信息。

如图2所示，本发明提供的遥测频谱管理系统主要由频谱感知单元204、参数管理单元201、频谱管理单元202、无线通信单元203、遥测天线205和通信天线206组成，其中频谱管理设置的主要内容如下：

本发明提供的对遥测空域内频谱资源管理的方法和系统，可以根据遥测空域的频谱资源使用情况和允许使用的频率资源，动态为遥测装置分配工作频点，并实时对空域内频谱资源进行扫描感知，回收已完成的频谱资源。

系统中设置的频谱感知单元204，该单元工作流程图如图4所示，可以对遥测空域内的遥测频带进行实时频谱探测，获取预设频率资源的使用情况，探测方法包括按步进探测（探测步进可设置）或按预设频谱资源进行探测，并根据探测结果将频谱资源使用情况告知频谱管理单元202；频谱感知结果包括正在被占用的分配频谱资源，使用被回收的回收频谱资源，以及预设范围外的其他频谱资源；所述频谱感知单元204通过设置可以对遥测空域中的某一频点信号进行接收，并实时传输到pc机。

所述参数管理单元201对系统中的全部所需参数进行管理和存储，参数由pc机通过通信接口进行设置，设置参数包括该系统的身份标识符、指令发送功率、通信频点、组网广播指令发送周期、分配频点；该设备还可读取已分配频点的遥测装置身份标志符，工作流程如图3所示；

如图4所示，具体为所述频谱管理单元202的频谱识别管理分配流程图，该单元对遥测空域内的频谱资源进行管理，当空域内的遥测装置均处于静默状态时，所有工作由频谱感知管理设备控制，频谱管理单元202按照时分复用原则对空域内的遥测发射机分配工作频点和工作模式；

本发明提供的管理设备等间隔循环发送组网广播命令，根据组网广播应答指令中的遥测发射机标志符，分配工作频点和工作模式，分配工作频点为处于状态1的预设频点；分配工作模式为参数管理设置中默认工作模式；

本发明提供的频谱管理设备中的频谱资源分为9种状态，如图5所示，具体为频谱资源状态控制图：图中状态1为未被任何遥测发射机占用的频谱资源；

状态2为分配成功且正在使用的频谱资源；

状态3为分配成功且已使用完成被回收的频谱资源，该状态频谱资源在状态1频谱资源使用完成后可以继续进行分配；

状态4为已分配给遥测发射机，但未分配成功；

状态5为已分配给遥测发射机，但未收到分配成功应答命令；

状态6为本次任务已规划的无通信功能的发射机（图1中106），该状态频谱资源不再参与分配；

状态7为未分配但遥测空域中存在的预设频谱资源；

状态8为遥测空域中存在的预设以外频谱资源；

状态9为挂起状态的频谱资源，本次任务不再参与分配，包括状态6、状态7和状态8频谱资源；

本发明对遥测发射机身份标识符有记忆功能，若系统中不存在频谱感知单元204，遥测发射机再次上电后分配第一次分配的频谱资源，若系统中存在频谱感知单元204，遥测装置身份标识符在其所占用频点被回收后清除记忆，遥测装置再次上电后重新分配频谱资源；

本发明还包含无线通信单元203，无线通信参数设置流程图如图3所示，该单元为无线指令或组网指令传输平台，可以发送不同的命令给遥测发射机以及转发pc发送的命令；

所述无线通信单元203传输无线指令为pc机与遥测发射机之间的交互，主要完成遥测发射机身份标识符设置、发送频点预设置、发射功率设置、无线通信窗口设置、无线组网周期设置、工作模式设置以及启动指令设置；

所述无线通信单元203传输组网指令为对遥测空域内遥测发射机组态分配频点指令，包括呼叫指令、呼叫应答指令、分配指令以及分配应答指令。

进一步的，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施中的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。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其他实施例，都属于本发明保护范围。

实施例1：本发明提供的频谱感知管理设备作为参数设置功能使用，通过无线方式设置遥测发射机参数。

如图3所示，频谱感知管理设备循环发送无线通信信号，遥测发射机收到无线通信信号后进入通信状态并发送反馈信号，频谱感知管理设备收到反馈信号停止发送无线通信信号，根据上位机指令对遥测发射机参数进行设置，遥测发射机对设置参数进行存储，并实时修改按照新的参数工作；本实施例除了可以对本发明中提到的遥测发射机进行参数设置，同时可以做为传输通道将需要发送的信号通过无线方式发送出去。

实施例2：频谱感知管理设备作为频谱管理功能使用，本实施例频谱感知管理设备包含频谱感知单元204，其可对遥测空域中频谱资源进行管理，并对占用频谱资源的遥测装置身份标志符进行存储。

如图1所示，由多个使用本发明遥测发射机（图中102-105）和普通遥测发射机（图中106）的遥测目标，与频谱感知管理设备101组成遥测系统。

所述频谱感知管理设备101实时对遥测空域中的频谱资源进行探测和感知，根据探测结果更新预设频谱资源状态，将空中存在的预设频点标志定义为状态7（即对图中发射机106），将预设频谱资源范围外的频点标记定义为状态8，所述状态7和状态8频谱均为挂起状态，本次任务不再参与分配。

频谱感知管理设备101循环发送等间隔发送组网广播命令，收到反馈信号后根据信号中的遥测发射机身份标志符发送组网命令，命令中携带分配频点和工作模式等信息，分配频点为状态1的频点；

收到组网反馈信号后将该频点标记为状态2；

若未收到反馈信号将该频点标记为状态4；

根据探测结果，状态2频点使用完成后更新为状态3；

频谱感知单元若未感知到状态4频点，状态4频点被挂起，本次任务不在使用，若感知到状态4频点，将频点状态更新为状态5，待使用完成后将频点更新为状态3；

若遥测空域中存在的遥测发射机大于预设频点数，待状态1频点分配完成，状态3频点可以作为备用频点继续参与分配；

本实施例中，分配频点被回收后，频谱感知管理设备中相应的遥测装置标识符被清除，即分配频点为状态3的遥测装置身份标志符被清除。

实施例3：频谱感知管理设备作为频谱管理功能使用，本实施例频谱感知管理设备不包含频谱感知单元204，其可对遥测空域中频谱资源进行管理，并对占用频谱资源的遥测装置身份标志符进行存储，该遥测装置再次上电后分配同一频谱资源。

本实施例由多个使用本发明遥测发射机102-106、频谱感知管理设备101和计算机109组成遥测系统；频谱感知管理设备工作流程同实施例2，但分配的频点不再进行回收，已分配频点遥测装置的身份标志符存储在频谱感知管理设备中，计算机可以通过有线接口方式对已分配频点遥测装置的身份标志符进行读取，用于判别遥测装置分配的频点；遥测装置再次上电后，分配同一频点。

本实施例中，频谱感知管理设备组网时分配工作频点、工作模式和工作功率，根据使用场景工作模式包括测试模式和静默模式，测试模式为组网成功后立即发送射频信号，静默模式为组网成功后进入静默状态，收到启动信号发送射频信号；为避免空中设备收到无线电信号的干扰，根据工作环境和作用距离分配不同的工作功率。

实施例4：频谱感知管理设备作为数据采集装置使用。

本实施例由遥测发射机102-106、频谱感知管理设备101和计算机109组成遥测系统，频谱感知管理设备根据要求发送启动采集命令，遥测发射机收到命令后采集信号并通过射频信号发送至频谱感知管理设备，射频信号中包括采集数据，帧计数器以及遥测发射机身份标志符，频谱感知管理设备将收到的射频信号解调同步后发送到pc机，由pc机实时显示或存储。

实施例5：频谱感知管理设备作为简易遥测地面站使用。

本实施例由遥测发射机102-106、频谱感知管理设备101和计算机109组成遥测系统，通过设置将频谱感知管理设备设置为地面站模式，根据遥测装置发送射频信号特征（发射频点、同步码、码率）对频谱感知管理设备进行设置，频谱感知管理设备将接收到射频信号实时发送到计算机，由计算机实时显示。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。