信號監(jiān)測主要是對空中的無線電波進行測量，對感興趣的信號 (The signal of interest - SOI）進行測量，收集信號的特征：如頻率、功率、帶寬、出現(xiàn)的時間、出現(xiàn)的次數(shù)以及攜帶的信息，頻率或頻道利用率，干擾信號的識別與定位。所以信號監(jiān)測是一系列功能和過程的組合。

在軍事領(lǐng)域，陸、海、空各軍兵種使用的地面、車載、艦載、機載以及星載的無線電通信及雷達(dá)發(fā)射臺（站）。

在民用領(lǐng)域，信號監(jiān)測的對象主要是廣播、電視、尋呼、對講機、移動通信、無線調(diào)度系統(tǒng)、衛(wèi)星以及無線電愛好者等的發(fā)射臺（站），比如各地市局無委所做的工作。

（軍事領(lǐng)域）陸、海、空各軍兵種使用的地面、車載、艦載、機載以及星載的無線電通信及雷達(dá)發(fā)射臺（站）。

在民用領(lǐng)域，信號監(jiān)測的對象主要是廣播、電視、尋呼、對講機、移動通信、無線調(diào)度系統(tǒng)、衛(wèi)星以及無線電愛好者等的發(fā)射臺（站），比如各地市局無委所做的工作。

發(fā)射信號監(jiān)測的難點

? 擁擠的頻譜，電磁譜環(huán)境不可控。

? 1,000à10,000à100,000個發(fā)射機(可能只有2個或3個是SOI)

? SOI未知頻率,幅度和發(fā)射信號的時間

? 復(fù)雜的調(diào)制方式和分址技術(shù)導(dǎo)致很難得到穩(wěn)定的頻譜

? 短的持續(xù)信號（burst信號、瞬態(tài)信號）很難用頻譜儀定位

信號監(jiān)測對設(shè)備的要求

?DC~光的頻率覆蓋范圍

?高的頻率分辨率（uHz）

?高的動態(tài)范圍（200dB)

?實時（所有時間所有頻譜）

?識別、記錄和解調(diào)所有信號

?尺寸小、輕便和可靠

信號監(jiān)測對信號監(jiān)測設(shè)備也有一定的要求。其中最終要的是信號監(jiān)測設(shè)備的測量速度，反映到一個信號監(jiān)測領(lǐng)域常用的概念，即截獲概率 Probability of intercept - POI。POI是搜索系統(tǒng)能夠檢測到感興趣的信號(SOI)的概率。

信號偵測的過程

下圖是經(jīng)典的信號偵測過程：包括五個過程，從粗到細(xì)。

1.首先是對空間信號全部電磁能量的測量過程，我們稱之為寬帶監(jiān)測。

2.然后重點檢測我們感興趣的頻段上有無新的信號能量和異常信號。

3.之后是對新的或感興趣的信號進行收集或?qū)ふ摇⒆R別。

4.對滿足信號特點的信號進行報警或記錄。

5.最后對感興趣的信號進行解調(diào)、監(jiān)聽監(jiān)視和定向等。

各類無線設(shè)備運營商、廠家和測試經(jīng)理以及政府機構(gòu)常常需要監(jiān)測無線環(huán)境中的射頻信號。信號監(jiān)測的應(yīng)用范圍非常廣泛，從檢查使用特定載波發(fā)射信號的一致性，到發(fā)現(xiàn)并鎖定未知或非法發(fā)射機的位置，它都發(fā)揮著重要作用。傳統(tǒng)的信號監(jiān)測方法主要依賴于高性能頻譜分析儀和經(jīng)常作為獨立系統(tǒng)使用的數(shù)字轉(zhuǎn)換器。現(xiàn)在，隨著寬帶網(wǎng)絡(luò)接入的廣泛普及，信號監(jiān)測系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展成為一個使用低成本傳感器構(gòu)成的協(xié)作型網(wǎng)絡(luò)，由這些傳感器共同監(jiān)測大片地理區(qū)域內(nèi)的無線頻譜。

各種設(shè)備運營商和政府機構(gòu)都需要監(jiān)測無線環(huán)境中的頻譜，以偵測已知和未知的射頻信號。信號監(jiān)測的應(yīng)用范圍包括特定載波的測量、寬帶頻譜搜索和數(shù)據(jù)記錄等。在任何情況下，頻譜或信號監(jiān)測設(shè)備都必須具有一些基本特征，例如寬頻率范圍、高速信道掃描、高頻率分辨率和動態(tài)范圍、數(shù)據(jù)存儲，以及系統(tǒng)在某種程度上的自動化，以便在偵測到感興趣的信號時確定一系列的行動方案。某些應(yīng)用需要進行頻譜監(jiān)測以確保符合當(dāng)?shù)氐谋O(jiān)管要求，而另一些應(yīng)用則需要發(fā)現(xiàn)未知的發(fā)射機。這個發(fā)現(xiàn)過程可能包括確定傳輸?shù)?span style="margin: 0px; padding: 0px; outline: 0px; max-width: 100%; box-sizing: border-box; overflow-wrap: break-word !important; color: rgb(3, 22, 102);">信號類型、出現(xiàn)次數(shù)、載 波頻率、帶寬、調(diào)制類型和發(fā)射機地理位置。

下圖是一個典型的監(jiān)測系統(tǒng)，包括遍布整個地理區(qū)域的固定接收機和移動接收機。有些接收機可能會通過網(wǎng)絡(luò)連接在一起，從而改善整個系統(tǒng)的性能和定位精度。

信號監(jiān)測和監(jiān)視系統(tǒng)

頻率管理

信號監(jiān)測系統(tǒng)經(jīng)過配置，可用于已獲許可或未獲許可頻譜的頻率管理，它們通常通過一組已知的射頻載波頻率和調(diào)制特征來工作。使用這些系統(tǒng)，可以驗證與其他無線系統(tǒng)的 一致性和共存性。通常對頻率管理感興趣的用戶包括政府機構(gòu)、無線服務(wù)提供商(包括 蜂窩運營商、廣播公司)、緊急救援部門、進行導(dǎo)航和通信的運輸機構(gòu)和軍事部門等。 此外，負(fù)責(zé)管理頻譜利用、頒發(fā)許可證和協(xié)調(diào)國內(nèi)和國際頻譜分配的監(jiān)管機構(gòu)常常會建立監(jiān)測站網(wǎng)絡(luò)來覆蓋那些人口眾多的地區(qū)。這些機構(gòu)，例如國際電信聯(lián)盟(ITU)已經(jīng)指定ITU射頻通信(ITU-R)組織負(fù)責(zé)管理全球的射頻頻譜和衛(wèi)星傳輸。國家級/省級監(jiān)管機構(gòu)，例如FCC、NTIA、OFCOM、SRRC和ANFR負(fù)責(zé)管理國家級的頻譜利用情況。這些管理機構(gòu)需要熟悉掌握頻譜利用情況，因為如果利用率太低，這就意味著頒發(fā)的許可證太少，收入上受到損失。他們還需要發(fā)現(xiàn)并減少潛在的系統(tǒng)間干擾。

偵測

信號監(jiān)測系統(tǒng)經(jīng)過配置還可用于偵測未知或惡意的信號傳輸，這需要對短期內(nèi)偶然才出現(xiàn)的信號進行測量，并常常需要提取傳輸信號中包含的情報。在執(zhí)法和監(jiān)獄設(shè)施管 理、邊境和海岸安全和軍事情報等領(lǐng)域，對無線信號進行偵測的行為正在迅速增多。很多應(yīng)用都需要以信號解調(diào)的方式進行竊聽，以提取出關(guān)鍵的情報信息，供軍事、國家安 全部門和執(zhí)法部門使用。這些系統(tǒng)可以監(jiān)測從室內(nèi)或室外發(fā)送的信號。由于我們希望還原信號和獲取發(fā)射機的位置，所以這些類型的系統(tǒng)通常還具有測向 (DF) 和地理定位功 能。 在政府部門和軍事領(lǐng)域，這些傳輸通常被稱為信號情報( Signals Intelligence - SIGINT)。

干擾管理

信號監(jiān)測系統(tǒng)要想對已知和潛在的有害信號進行干擾管理，需要對各種不同的應(yīng)用進行 專門測量。某些應(yīng)用需要對大片的地理區(qū)域進行監(jiān)測，而一些應(yīng)用的范圍可能會限定在 一座建筑物或一個房間內(nèi)。例如，在測量復(fù)雜系統(tǒng) (例如航空器) 的 EMI 和 EMC 的測試 中，可以使用信號監(jiān)測設(shè)備來了解航空器在激活不同的子系統(tǒng)時所散發(fā)的潛在干擾。在 某些應(yīng)用中，無線信號通常會對一些靈敏的設(shè)備造成干擾，例如醫(yī)院或測試試驗室中安 裝的特殊儀器，此時信號監(jiān)測對確保設(shè)備的正常工作非常重要。例如，醫(yī)生常常禁止在 他們的急救室和特別護理房間內(nèi)使用手機。研究表明，在靠近靈敏設(shè)備的地方，蜂窩設(shè)備所發(fā)射信號可能會妨礙這些設(shè)備的正常工作，例如腦電圖(EEG)。由于很難 防止人們將手機帶入這些特殊場所，因此必須監(jiān)測射頻蜂窩頻譜，在發(fā)現(xiàn)干擾信號發(fā)射時觸發(fā)報警裝置。

發(fā)射機地理定位

確定目標(biāo)發(fā)射機的位置非常重要，尤其是在偵測和干擾管理應(yīng)用中。測向 (DF) 和地理定位方法通常使用安裝在高定向天線上的接收機來完成任務(wù)。使用接收信號強度、三角 測量和/或到達(dá)角 (AOA) 技術(shù)，可以精確地確定發(fā)射機在二維或可能的三維空間中的位置。通過增加監(jiān)測接收機的數(shù)量和添加接收機的 GPS 輔助采樣定時和定位，可以提高定位精度。其他地理定位技術(shù)包括根據(jù)到達(dá)時間差(TDOA)和相關(guān)性，通過對多個接收機同時捕獲到的信號進行數(shù)字處理而獲得定位的方法。這些系統(tǒng)中的多個接收機的定時可使用GPS輔助或IEEE1588網(wǎng)絡(luò)定時協(xié)議(由是德科技提出并在1992年獲得IEEE批準(zhǔn))進行協(xié)調(diào)。

任何信號監(jiān)測系統(tǒng)都面臨著一個難題，即快速偵測、識別并盡可能定位遠(yuǎn)距離的非合作信號。這些信號可能是間歇性的、持續(xù)時間較短和/或接收功率較低。無線通信正在向著數(shù)字調(diào)制機制、更高的載波頻率和更寬的信號帶寬方向發(fā)展。載波頻率越高，目標(biāo)發(fā)射機與監(jiān)測系統(tǒng)之間的路徑損耗就越大，并且由于接收機的信噪比(SNR)較低，所以使信號的恢復(fù)變得更加困難。此外，信號帶寬越寬，接收機上的功率譜密度就越低，使得接收機很難偵測到目標(biāo)信號。在很多情況下，信號監(jiān)測系統(tǒng)在無線環(huán)境中只使用一個測量點可能不足以監(jiān)測這些新興技術(shù)，要想正確地恢復(fù)信號，可能需要將多個接收機和傳感器布置在更接近目標(biāo)發(fā)射機的位置，通過互相協(xié)作才能實現(xiàn)目標(biāo)。