一種現(xiàn)場(chǎng)電磁環(huán)境信號(hào)實(shí)時(shí)分析與威脅評(píng)估方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種現(xiàn)場(chǎng)電磁環(huán)境信號(hào)實(shí)時(shí)分析與威脅評(píng)估方法，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的電磁環(huán)境信號(hào)威脅評(píng)估與分析。
【背景技術(shù)】
[0002]電磁環(huán)境信號(hào)分析通常是通過對(duì)非配合無線電磁信號(hào)進(jìn)行搜索、檢測(cè)、截獲、測(cè)量來獲取信號(hào)的特征參數(shù)進(jìn)行分析與識(shí)別，獲取的特征參數(shù)通常包括電磁信號(hào)頻率、電磁信號(hào)帶寬、信號(hào)形式(連續(xù)波或電磁脈沖)、調(diào)制特性等，并為無線電信號(hào)的監(jiān)管和反制提供依據(jù)。
[0003]對(duì)于涉密活動(dòng)場(chǎng)所或重要人物住所通常都需要定期進(jìn)行無線竊聽、竊視信號(hào)等威脅信號(hào)的檢查，一些涉密會(huì)議還需要對(duì)手機(jī)等特定常規(guī)無線通信信號(hào)進(jìn)行管制。目前國(guó)內(nèi)在此類應(yīng)用場(chǎng)景中進(jìn)行無線電磁信號(hào)分析的手段主要是借助于頻譜分析儀來對(duì)環(huán)境中電磁信號(hào)的有無及信號(hào)的頻率、帶寬等少量參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，并據(jù)此及使用者的專業(yè)背景知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)對(duì)信號(hào)種類進(jìn)行識(shí)別及威脅性評(píng)估。這種方法中測(cè)量?jī)x器僅提供頻譜信息，信號(hào)分析與評(píng)估的主要工作由操作人員人工處理，對(duì)從業(yè)人員的專業(yè)技能要求非常高。且在復(fù)雜電磁環(huán)境中，靠人力進(jìn)行信號(hào)分析識(shí)別與評(píng)估效率低下，可靠性差。市面上雖有些軟件方法可以提供信號(hào)參數(shù)的自動(dòng)測(cè)量分析，免去了靠人力從頻譜分析儀中讀取識(shí)別信號(hào)參數(shù)測(cè)量結(jié)果的低效繁瑣工作，但功能仍然不完善:一些方法提供的信號(hào)檢測(cè)參數(shù)較多，但如信號(hào)調(diào)制樣式等參數(shù)的計(jì)算工作量大，對(duì)計(jì)算資源的需求高，實(shí)時(shí)性差，且僅僅提供相關(guān)參數(shù)信息，識(shí)別信號(hào)類型(如手機(jī)3G(第三代移動(dòng)通信)、wifi(無線保真)信號(hào)等類型)的工作仍需要人工基于信號(hào)參數(shù)進(jìn)行判別；另一些方法，如北京交通大學(xué)2009年周華生的碩士學(xué)位論文《復(fù)雜電磁環(huán)境信號(hào)自動(dòng)監(jiān)測(cè)和識(shí)別系統(tǒng)的開發(fā)》中提出的信號(hào)分析方法，雖時(shí)效性高，但僅能提供少量簡(jiǎn)單參數(shù)，難以有效支撐后續(xù)信號(hào)類型分析及威脅評(píng)估。在后一類方法中，若利用先驗(yàn)知識(shí)構(gòu)建信號(hào)數(shù)據(jù)庫(kù)，即可通過少量簡(jiǎn)單參數(shù)在數(shù)據(jù)庫(kù)中查詢出對(duì)應(yīng)電磁信號(hào)的完備參數(shù)，但如何構(gòu)建出記錄豐富全面，且可不斷進(jìn)行知識(shí)積累擴(kuò)充的信號(hào)特征數(shù)據(jù)庫(kù)，仍是一個(gè)未決問題。在信號(hào)威脅評(píng)估方面，目前還沒有既結(jié)合密級(jí)場(chǎng)景信息又顧及用戶實(shí)際操作中靈活的定制需求而進(jìn)行電磁信號(hào)威脅性量化度量的有效方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的現(xiàn)場(chǎng)電磁環(huán)境信號(hào)實(shí)時(shí)分析與威脅評(píng)估方法存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明公開了一種現(xiàn)場(chǎng)電磁環(huán)境信號(hào)實(shí)時(shí)分析與威脅評(píng)估方法。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0006]本發(fā)明公開了一種現(xiàn)場(chǎng)電磁環(huán)境信號(hào)實(shí)時(shí)分析與威脅評(píng)估方法，其具體包括以下的步驟:步驟一、根據(jù)各種信號(hào)的特征參數(shù)，構(gòu)建信號(hào)特征數(shù)據(jù)庫(kù);步驟二、采集現(xiàn)場(chǎng)電磁環(huán)境信號(hào)，將采集到的信號(hào)進(jìn)行處理后得到信號(hào)的頻率、帶寬、功率和持續(xù)時(shí)間四個(gè)基本參數(shù)，將基本參數(shù)輸入到信號(hào)特征數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行匹配，得到信號(hào)的調(diào)制樣式以及類型；步驟三、結(jié)合應(yīng)用場(chǎng)景信息、用戶定制需求以及步驟三的信號(hào)查詢匹配結(jié)果，利用信號(hào)威脅度評(píng)估模型，進(jìn)行信號(hào)在特定應(yīng)用場(chǎng)景下的威脅度判定。
[0007]更進(jìn)一步地，上述信號(hào)特征數(shù)據(jù)庫(kù)采用半自動(dòng)化學(xué)習(xí)方式、不斷完善擴(kuò)充。
[0008]更進(jìn)一步地，上述信號(hào)特征數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建具體包括以下的步驟:在信號(hào)特征數(shù)據(jù)庫(kù)中，制定兩類信號(hào)特征數(shù)據(jù)表，一類是專家預(yù)定義表，另一類是用戶自定義表;專家預(yù)定義表是信號(hào)分析專家，依據(jù)先驗(yàn)知識(shí)經(jīng)驗(yàn)制定的信號(hào)記錄表，是進(jìn)行信號(hào)分析與威脅評(píng)估的主要依據(jù)；用戶自定義表的數(shù)據(jù)內(nèi)容由用戶定義，在用戶實(shí)際操作中遇到的未能在專家預(yù)定義表中匹配到的信號(hào)，由用戶選擇是否依據(jù)其工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)信號(hào)的描述特征進(jìn)行定義并添加到用戶自定義表中；用戶自定義表中的信號(hào)特征數(shù)據(jù)記錄定期由專家進(jìn)行鑒別認(rèn)證，并擴(kuò)充到專家預(yù)定義表中，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)特征數(shù)據(jù)庫(kù)的迭代更新和升級(jí)。
[0009]更進(jìn)一步地，當(dāng)四個(gè)基本參數(shù)和信號(hào)特征數(shù)據(jù)庫(kù)中的記錄完全匹配時(shí)，直接讀取數(shù)據(jù)庫(kù)中記錄的威脅評(píng)分，乘以場(chǎng)景系數(shù)得到信號(hào)的最終威脅度量化評(píng)分。
[0010]更進(jìn)一步地，上述信號(hào)威脅度評(píng)估模型中威脅度量化評(píng)估公式具體為:T= a*(i3F+γΑ+δΒ+εΜ);其中T為電磁信號(hào)的威脅度量化評(píng)分，α為信號(hào)出現(xiàn)的場(chǎng)景威脅評(píng)估系數(shù)，β為頻率威脅度評(píng)估權(quán)重，γ為信號(hào)強(qiáng)度評(píng)估權(quán)重，δ為信號(hào)帶寬威脅評(píng)估權(quán)重，ε為調(diào)制樣式威脅評(píng)估權(quán)重;α為[0-1]之間的值，β+ γ +δ+ε = 1 ;F為信號(hào)所處頻段威脅評(píng)估系數(shù)，Α為信號(hào)強(qiáng)度威脅評(píng)估系數(shù)，B為信號(hào)帶寬威脅評(píng)估系數(shù)，Μ為信號(hào)調(diào)制樣式威脅評(píng)估系數(shù)，F(xiàn)、A、B、M分別取[0-100]之間的值。
[0011]更進(jìn)一步地，當(dāng)信號(hào)類型被列入到黑名單中時(shí)，為了得到較高的威脅評(píng)估分值，各項(xiàng)系數(shù)均直接按照與黑名單匹配處理。
[0012]更進(jìn)一步地，當(dāng)四個(gè)基本參數(shù)和數(shù)據(jù)庫(kù)記錄僅部分匹配時(shí)，在僅按照頻率匹配查詢得到的候選記錄中若有隸屬于威脅信號(hào)特征數(shù)據(jù)表或黑名單記錄的則頻率威脅評(píng)估系數(shù)F取值按照與黑名單匹配處理，若無則按照信號(hào)頻率實(shí)際所處的威脅頻段或空白頻段對(duì)F進(jìn)行取值，其次檢查信號(hào)帶寬與候選記錄中是否有匹配項(xiàng)，若無，則與常規(guī)信號(hào)不同，B按照與常規(guī)信號(hào)不同進(jìn)行取值處理，若有，則按照匹配項(xiàng)中有無屬于威脅信號(hào)特征數(shù)據(jù)表或黑名單記錄的情況對(duì)B賦值，Μ取值的方法同B，A按信號(hào)強(qiáng)度超過閾值的實(shí)際情況進(jìn)行取值，將各項(xiàng)系數(shù)和權(quán)重值帶入信號(hào)威脅度量化評(píng)估公式計(jì)算獲得信號(hào)威脅度量化值T。
[0013]更進(jìn)一步地，上述方法還包括根據(jù)信號(hào)威脅度量化值T對(duì)信號(hào)威脅性做出判定結(jié)論，T>90分為高度威脅，90>Τ>80為中度威脅，80>Τ>50為輕度威脅，50>Τ為一般性信號(hào)。
[0014]通過采用以上的技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果為:
[0015]1)采用FPGA(可編程邏輯門陣列)完成信號(hào)截獲和粗測(cè)來引導(dǎo)主機(jī)完成計(jì)算量小的信號(hào)參數(shù)的精測(cè)，并通過查詢信號(hào)特征數(shù)據(jù)庫(kù)獲取信號(hào)類型及調(diào)制樣式等難以測(cè)量或測(cè)量計(jì)算時(shí)間開銷大的信號(hào)參數(shù)，顯著降低了系統(tǒng)計(jì)算復(fù)雜度，提高了信號(hào)分析的實(shí)時(shí)性。
[0016]2)提出的信號(hào)特征數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建方法可構(gòu)建出可以不斷完善的、持續(xù)學(xué)習(xí)擴(kuò)充的信號(hào)特征數(shù)據(jù)庫(kù)，解決了常規(guī)信號(hào)特征數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)記錄難以靈活迭代更新的缺陷。
[0017]3)提出了結(jié)合場(chǎng)景信息及用戶定制需求的信號(hào)威脅性度量化評(píng)估模型，可以得到較為合理的信號(hào)威脅度量化評(píng)估數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)靈活的、自動(dòng)化的電磁環(huán)境信號(hào)威脅評(píng)估與分析。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明現(xiàn)場(chǎng)電磁環(huán)境信號(hào)實(shí)時(shí)分析與威脅評(píng)估方法的原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合說明書附圖，詳細(xì)說明本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
[0020]本發(fā)明提出的基于電磁信號(hào)特征數(shù)據(jù)庫(kù)的密級(jí)、重要人物活動(dòng)場(chǎng)所現(xiàn)場(chǎng)電磁環(huán)境信號(hào)實(shí)時(shí)分析與威脅評(píng)估方法的原理框圖如圖1所示。
[0021]首先經(jīng)天線和數(shù)據(jù)采集板對(duì)環(huán)境電磁信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集(這里“采集”是指對(duì)環(huán)境中電磁信號(hào)進(jìn)行AD采樣，獲取可供信號(hào)分析的原始數(shù)據(jù)，“截獲”是指采集的原始數(shù)據(jù)中包含某一未知待測(cè)信號(hào)的AD采樣數(shù)據(jù)，并且通過針對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行后續(xù)的信號(hào)檢測(cè)分析，發(fā)現(xiàn)該信號(hào))。采集到的信號(hào)量化數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)交數(shù)據(jù)處理板中的FPGA(現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門陣列)程序進(jìn)行處理，檢測(cè)信號(hào)的有無，以及粗測(cè)信號(hào)的頻率、帶寬、功率、持續(xù)時(shí)間(是否是連續(xù)波)四個(gè)參數(shù)，并生成信號(hào)頻譜信息，同時(shí)還要依據(jù)信號(hào)粗測(cè)結(jié)果，濾波獲取截獲信號(hào)頻率附近粗測(cè)帶寬寬度范圍內(nèi)的信號(hào)采樣數(shù)據(jù)，比如:使用信號(hào)粗測(cè)結(jié)果中的“頻率”信息進(jìn)行下變頻處理，將信號(hào)變到零頻附近，使用信號(hào)粗測(cè)結(jié)果中的“帶寬”信息設(shè)定濾波器的寬度。截獲信號(hào)就是在信號(hào)檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)的信號(hào)，粗測(cè)過程給出了該信號(hào)“帶寬”、“頻率”等描述參數(shù)的粗測(cè)結(jié)果。將粗測(cè)檢測(cè)到的信號(hào)之外的信號(hào)盡可能過濾掉，排除其他信號(hào)對(duì)該信號(hào)精測(cè)結(jié)果的干擾。隨后將頻譜信息、粗測(cè)信號(hào)參數(shù)及信號(hào)原始數(shù)據(jù)三部分(信號(hào)原始數(shù)據(jù)就是采樣后的原始數(shù)據(jù)經(jīng)過變頻、濾波處理后的數(shù)據(jù)。原始采樣數(shù)據(jù)先經(jīng)過FPGA數(shù)字處理板粗測(cè)、變頻、濾波，再上報(bào)PC主機(jī)進(jìn)行精測(cè)處理)數(shù)據(jù)上報(bào)主機(jī)。頻譜數(shù)據(jù)將由主機(jī)用于頻譜顯示，截獲信號(hào)的粗測(cè)參數(shù)及采樣數(shù)據(jù)將被主機(jī)用于截獲信號(hào)參數(shù)的精確測(cè)量，獲取更為精準(zhǔn)的信號(hào)頻率、帶寬、功率、持續(xù)時(shí)間四個(gè)基本參數(shù)。以粗測(cè)參數(shù)為引導(dǎo)，對(duì)采樣數(shù)據(jù)(即為信號(hào)原始數(shù)據(jù)，粗測(cè)處理-變頻、濾波后的原始采樣數(shù)據(jù))通過更大點(diǎn)數(shù)的FFT頻譜分析，對(duì)粗測(cè)參數(shù)進(jìn)行修正，進(jìn)而獲取精確參數(shù)測(cè)量結(jié)果，這些都是信號(hào)檢測(cè)中的常規(guī)方法，此不屬于本發(fā)明的改進(jìn)點(diǎn)，在此不詳細(xì)進(jìn)行描述。
[0022]之后，依據(jù)信號(hào)精測(cè)參數(shù)進(jìn)入到電磁信號(hào)特征數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行信號(hào)的查詢匹配，獲取信號(hào)調(diào)制樣式及類型等難以直接快速計(jì)算獲取的參數(shù)信息。最后，結(jié)合應(yīng)用場(chǎng)景信息(密級(jí))及用戶定制分析需求(信號(hào)黑白名單設(shè)定)及信號(hào)查詢匹配結(jié)果，利用本發(fā)明提出的信號(hào)威脅度評(píng)估模型，實(shí)現(xiàn)信號(hào)在特定應(yīng)用場(chǎng)景下的威脅度判定。本發(fā)明的技術(shù)方案有三個(gè)關(guān)鍵內(nèi)容，其一為信號(hào)特征數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建及迭代更新，其二為信號(hào)威脅度量化評(píng)估模型，其三為結(jié)合信號(hào)特征數(shù)據(jù)庫(kù)及信號(hào)威脅度量化評(píng)估模型進(jìn)行電磁信號(hào)威脅度評(píng)估的具體方法。
[0023]信號(hào)特征數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建首先要選擇描述信號(hào)特征的特征參數(shù)，在本發(fā)明的信號(hào)特征數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建方案中，我們選擇從頻率、帶寬、功率、調(diào)制樣式、連續(xù)波標(biāo)識(shí)(是否是連續(xù)波)、信號(hào)類型、威脅性、量化威脅評(píng)分(0-100分)八個(gè)維度描述一條信號(hào)特征記錄。在信號(hào)特征數(shù)據(jù)庫(kù)中，我們制定了兩類信號(hào)特征數(shù)據(jù)表，一類是專家預(yù)定義表，另一類是用戶自定義表。專家預(yù)定義表是信號(hào)分析專家，依據(jù)先驗(yàn)知識(shí)經(jīng)驗(yàn)制定的信號(hào)記錄表，是進(jìn)行信號(hào)分析與威脅評(píng)估的主要依據(jù)。用戶自定義表的數(shù)據(jù)內(nèi)容由用戶定義，在用戶實(shí)際操作中遇到的未能在專家預(yù)定義表中匹配到的信號(hào)，由用戶選擇是否依據(jù)其工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)信號(hào)的描述特征進(jìn)行定義并添加到用戶自定義表中，用戶自定義表中的信號(hào)特征數(shù)據(jù)記錄可定期由專家進(jìn)行鑒別認(rèn)證，并擴(kuò)充到專家預(yù)定義表中，實(shí)現(xiàn)信號(hào)特征數(shù)據(jù)庫(kù)的迭代更新和升級(jí)。
[0024]專家預(yù)定義表包含兩張信號(hào)特征數(shù)據(jù)表，常規(guī)信號(hào)特征數(shù)據(jù)表和威脅信號(hào)特征數(shù)據(jù)表。常規(guī)信號(hào)特征數(shù)據(jù)表的信號(hào)特征數(shù)據(jù)記錄是依據(jù)《中華人名共和國(guó)無線電頻率劃分規(guī)定》所定義的信號(hào)類型、頻率、帶寬等內(nèi)容進(jìn)行構(gòu)建，包含了國(guó)內(nèi)絕大部分合法