一种基于网格化的小型电磁频谱智能感知系统的制作方法

本发明属于频谱监测，尤其涉及一种基于网格化的小型电磁频谱智能感知系统。

背景技术：

1、监测定位是对无线电信号进行监测、识别、测向和定位。通过多个小型化分布式节点利用无线通信的方式实现对目标信号的多点定位，能够实时获取到目标信号的运动轨迹，对目标信号进一步实施监测和干扰。这其中涉及小型化低功耗一体化采集处理技术、集群式单芯片信号处理技术、多点协同定位技术、多种方式无线通信处理技术、基于ftp的标准文件系统的数据存储与回放等关键技术。

2、当前，公开文献中国内外学者对于此领域的研究主要集中在比较大型，功耗较高的设备或者采用多个板卡组合且有线的方式实现多节点间监测及协同定位的功能，研究内容较为单一。尚未见到集小型化低功耗一体化采集处理技术、集群式单芯片信号处理技术、多点同步协同定位技术、多种方式无线通信处理技术、基于ftp的标准文件系统的数据存储与回放技术与一体的集群式的小型化网格化监测定位系统。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种基于网格化的小型电磁频谱智能感知系统，其具有设备小型化、低功耗、可扩展、多种无线通信方式、集群化协同处理、定位精度高、集采集、处理、存储和回放于一体等优点。

2、为实现上述技术目标，本发明采用的技术方案为：

3、一种基于网格化的小型电磁频谱智能感知系统，包括多个分布式节点以及1个中心节点；

4、分布式节点用于对目标信号进行信号采集、频谱监视、信号检测、分析和存储处理，将信号检测和分析结果无线传输至中心节点；

5、中心节点用于对各个分布式节点上报数据进行汇总，显示各个分布式节点的信号检测分析结果，并完成对目标信号的实时定位。

6、进一步的，分布式节点包括小圆锥天线和小型化监测定位接收机，小型化监测定位接收机包括采样时钟单元、数字处理单元、存储单元、无线通信单元和gps时统单元；

7、小圆锥天线用于接收外界的信号，将接收的信号传输到小型化监测定位接收机的采样时钟单元；

8、采样时钟单元用于将接收信号进行变频，输出零中频信号至数字处理单元；

9、数字处理单元用于对零中频信号进行a/d采样、数字采样滤波、数字信道化和傅里叶变换后，利用gps北斗信息对目标信号进行同步采集、监视、数字信号检测和分析，将处理结果存入存储单元，并通过无线通信单元传输至中心节点；

10、gps时统单元用于接收gps北斗信息，将gps北斗信息传输至数字处理单元。

11、进一步的，中心节点包括1台服务器和1个操作席位；

12、服务器用于对各个分布式节点上报数据进行汇总、存储和备份，将汇总数据传输至操作席位；

13、操作席位用于显示各个分布式节点的信号检测分析结果，并最终完成对目标信号的实时定位。

14、进一步的，小型化监测定位接收机中：

15、小圆锥天线为tp-a812型超短波双锥天线，工作频率范围覆盖到20mhz～8ghz；

16、采样时钟单元由1个多通道ad采样模块和1个时钟模块组成，采样模块型号为ad9009，接收工作频率范围为70mhz到6ghz，最大通道带宽为200mhz，对应的采样率为245.76msps，噪声系数为2db，采样时钟为30.72mhz；

17、数字处理单元选用型号为xczu15eg的芯片，由pl和ps两部分组成，pl上运行fpga程序，ps端运行锐华实时操作系统，二者之间通过axi高速总线互联，实现pio和dma两种模式的数据交互；其中，在pl上进行a/d采样、数字滤波、数字信道化和傅里叶变换，并完成数字信号检测和频谱扫描监测，ps端进行功能控制、资源管理、信号分析、文件创建、gps北斗信息解析、同步采集和数据收发；数字处理模块同时完成2路宽带信号和4路窄带信号的实时处理；

18、存储单元由2个nvme高速ssd盘组成，与数字处理单元的pl端通过pcie x42.0总线连接，最高存储速率为2.5gb/s；

19、无线通信单元由wifi模块和4g模块组成；其中wifi模块和4g模块分别通过串口与sdio与数字处理单元的ps端互联，ps端实现对wifi模块和4g模块的驱动设置和客户端配置，采用tcp/ip的网络协议传输模式，完成分布式节点与中心节点间的指令及数据的通信；

20、gps时统单元选用北斗星空的um982芯片，通过串口和i2c的方式与数字处理单元的pl互联，将gps北斗信息实时传送到数字处理单元，并在数字处理单元的ps端完成对gps北斗信息的解析。

21、进一步的，分布式节点还包括馈电器、放大器和二次电源；

22、馈电器和放大器依次连接在小圆锥天线和采样时钟单元之间，馈电器用于去除线缆上的电流，放大器用于对接收到的信号进行放大。

23、本发明相比背景技术的有益效果在于：

24、(1)本发明监测定位接收机尺寸为22cm*17cm*5cm，功耗仅为20w左右，具有小型化、低功耗的特点；

25、(2)本发明监测定位接收机利用单一芯片实现信号采集、处理、存储、回放等多个功能；

26、(3)本发明分布式节点设备可以无限扩展，最终实现集群式的数据处理，能够更加准确，覆盖范围更广的对目标物体进行跟踪监测；

27、(4)本发明分布式节点设备与中心节点可通过wifi和4g两种模式实现通信，可根据目标物体的距离及当时无线信号的地理环境选择合适的传输方式；

28、(5)本发明小型化监测定位接收机利用高精度gps获取到各个节点数据时间，实现多个分布式节点设备同步处理，最终达到高精度的时差定位的目的。

29、(6)本发明可根据实际应用情况对分布式节点数目进行灵活配置，有效节约实施成本。

技术特征：

1.一种基于网格化的小型电磁频谱智能感知系统，其特征在于，包括多个分布式节点以及1个中心节点；

2.根据权利要求1所述的一种基于网格化的小型电磁频谱智能感知系统，其特征在于，分布式节点包括小圆锥天线和小型化监测定位接收机，小型化监测定位接收机包括采样时钟单元、数字处理单元、存储单元、无线通信单元和gps时统单元；

3.根据权利要求1所述的一种基于网格化的小型电磁频谱智能感知系统，其特征在于，中心节点包括1台服务器和1个操作席位；

4.根据权利要求2所述的一种基于网格化的小型电磁频谱智能感知系统，其特征在于，小型化监测定位接收机中：

5.根据权利要求2所述的一种基于网格化的小型电磁频谱智能感知系统，其特征在于，分布式节点还包括馈电器、放大器和二次电源；

技术总结
本发明涉及一种基于网格化的小型电磁频谱智能感知系统，属于频谱监测技术领域。本发明目的在于提供一种基于集群式的小型化网格化监测定位系统，包括多个分布式节点以及1个中心节点；分布式节点用于对目标信号进行信号采集、频谱监视、信号检测、分析和存储处理，将信号检测和分析结果无线传输至中心节点；中心节点用于对各个分布式节点上报数据进行汇总，显示各个分布式节点的信号检测分析结果，并完成对目标信号的实时定位。本发明具有设备小型化、低功耗、可扩展、多种无线通信方式、集群化协同处理、定位精度高、集采集、处理、存储和回放于一体等优点。

技术研发人员：吕鹏,杜宇峰,苗峻,周存,王春燕
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第五十四研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16