如何对射频信号进行现场识别和分析以提高GPS应用设计(二)

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　　结合了所有这四种第一级测量的技术是信号图测试，该测试得到了频谱分析仪的内存中存储的数据库的支持(图4)。图4上方用绿色显示的信号图采用了上述讨论的不同射频过滤单元。可用于选择的信号图基于的是该位置和频率点“应”有的东西。在这些信号图的帮助下，人们就能根据一系列线索对信号作出评估，进而确定其合法性。

　　图的形状是第一条线索。如果信号匹配图的形状，那么这个信号真的就是这样的，是合法的。第二条线索是将这个图放置在所选信号的合法信道的中心，使得任何频率错误或信道化错误外露。信号图测试结合了频率、信道和形状参数以及从其它调查工作收集来的所有信息。在使用信号图形化工具时，如果感兴趣信号或类似信号以前就被扫描过，那么事情就很明显了。信号图形化功能是一种高效的供现场使用的一次通过型过滤工具。

　　如果信号没被过滤掉，那么进一步分析将有助于更好地理解这个信号。例如，数字调制的信号包含有许多周期性信息，如时隙宽度、符号率、芯片速率及跳频。在信号相关密度(SCD)算法支持下，对特定信号来说唯一的周期性特征就可以被抽取、测量，并与参考进行比较，从而分类出感兴趣的特殊信号。根据分析深度的不同，采用SCD算法的测量系统还可以进一步区分同一信号家簇中的不同信号类型。最终结果是信号的数字指纹。

　　SCD算法是在信号的不同频率偏移处对“功率”的测量。周期性频率是某一信号分量距信号中心频率的距离(图5)。信号分量也被称为音调或正弦波。可以静态地测量数字调制信号的周期性分量与特定无线通信标准的匹配程度。期望频偏与测量频偏之间的差异被称为阿尔法误差，用百分比表示。低的阿尔法误差值意味着未知信号与该信号的标准描述有很好地一致性。

　　音调或周期性分量的幅度可以用一致性匹配测量方法进行静态测量，看是否满足期望值。一致性匹配是在指定阿尔法偏移处期望值和实际SCD幅度值之间的差异比例，或在信号内指定频率点的功率指标。一致性匹配功能可以用来测量特殊数字信号的内部速率与期望值之间的一致性程度究竟如何。

　　一旦信号被识别为威胁信号或可疑信号，下一步工作通常是定位信号发射器。此时专为信号搜索设计的宽带频谱分析仪就非常有用了。这种频谱分析仪应包含各种信号搜索工具，如信号强度计、频谱图，最重要的是能映射机载信号，以便于分析更困难的信号搜索任务。

　　带有信号强度计的灵敏型频谱分析仪是信号搜索需要的首款工具之一。该强度计可产生一种能被扬声器或耳机听到的音调，并且音调随信号强度变化而改变。使用这样的仪器是一种经现场验证的方法，能让操作人员在注视环境而不是频谱分析仪显示屏的情况下搜索信号。这种工具还能让操作人员用音调关联天线的指向。他们可以轻松地一边开车或行走一边听音调，目的是寻找更高的音调。遗憾的是，一些信号很难发现。低信号强度、多径效应及其它信号失真等条件要求使用更先进的技术。在这种情况下，映射信号将非常有用，有助于对付复杂的情形。

　　第一种映射涉及在操作人员当前全球定位系统(GPS)获得的位置处的地图上记录踪迹或测量。在信号记录的同时，操作人员可以用红色绘制一个向量，用于表明信号的方位(图6)。这种方法能很快地化解由于反射或障碍带来的复杂性。在数据采集完成后，操作人员当场就可以查看踪迹并分析数据，无需返回到车辆、办公室或实验室。另外一种形式的映射是使用GPS驱动的频谱分析仪在操作人员移动时自动映射和记录信号。在这种情况下，可以从图标颜色看出何时信号接近操作人员设定的极限值。这种方法能在遇到复杂的射频问题时很快找到信号。

　　第三种形式的信号映射在GPS无法工作的室内非常有用。在这种模式下，操作人员可以边走边在建筑底层规划上自动记录信号。这种方法借鉴了驱动器测试仪的技术，但需要获知行走过程的起点和终点，然后在起点和终点之间自动进行测量。所有这些映射技术都能用来在现场收集、分析和归档数据。

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　　当然，并不是每个信号都能在现场识别。新信号、修改过的信号、来自损坏设备的信号以及有时未知或异常信号存在于世界的各个角落。由于修改自标准的信号很有可能成为信号搜索中的怀疑对象，因此在实验室中捕获信号样本供进一步分析是很有必要的。在有足够的捕捉存储器条件下，频谱分析仪可以捕捉一帧或多帧最先进的数字信号。如果采用正确的格式捕捉，那么数据可以通过一些工具进行离线分析，比如个人电脑(PC)版的实时频谱分析仪这样的软件工具(图7)，或The Mathworks公司的Matlab软件这样的分析型工具。

　　随着射频通信系统的发展，更新更高效的技术层出不穷，许多系统采用了更为先进的数字调制格式，因此从合法的通信信号中筛选出可疑信号变得越来越困难。从合法信号中分离出非法射频信号是第一步。由于信号随