浅析电磁频谱数据分析系统

浅析 电磁频谱数据分析 系统

王力 张明俊 罗奇

陆军工程大学通信士官学校   

摘要：频谱数据包括了通信脉冲的图像特征。针对频谱数据结构复杂、计算量大、通过率低等难题，提出了一种根据频谱数据库的电磁频域数据分析系统。在建构标准频谱侦测机能的条件之下，将频谱数据即时储存在数据库之中，以提炼和分析当前精确的数据。

关键字：频谱数据库；信号采集；电磁频谱数据分析

目前，随着无线通信服务的快速发展，对频谱资源的需求量越来越大，中国旧有的频谱资源也越来越多。因此，许可频段被非法征用，严重影响了许可使用者的平稳通讯。目前的频谱侦测装置虽然能即时侦测出某些波段的非常脉冲，但由于储存维度极大，难以即时保存所有频谱数据后期的数据研究和处置。通过对各种频谱侦测方法的分析，建构了对无线脉冲的即时侦测，但频谱数据没有获得精确的储存和监管。以大数据为象征的全新科技，由于其扩展性强、费用高、性能强，可建构高密度的数据处置，从而符合高可靠性的建议。因此，如何充分利用大数据科技建构即时的电磁线程测量成为本行业的主要情节。

1系统设计

1.1信号采集模块

装置的脉冲收集组件是操作系统无线直流（software defined radio，SDR）。操作系统通信主要由接收器、接收器客户端、高速BC和PP滤波器、高速数字信号CPU（Media或FPGA）构成。操作系统通信的软硬件使用开源，具备很强的机动性，方便使用者自行研发。

1.2主控模块

以控制组件为客户端，上位机为服务器。它通过tcpip协定采访控制组件，并向控制组件传送控制指令。控制组件接管到指示之后，通过接口液压操作系统通信组件展开频谱侦测，将收集到的频谱数据储存在本地数据库之中，并将数据展现给服务器展开处置。因此，为了建立多使命脉冲收集，控制组件获取多个线程展开频谱侦测，并将频谱数据储存在数据库之中，以确保对频谱侦测数据和数据的即时采访。同时，侦测数据使用SDR序列号当作唯一的觉别码，使用者可根据适当的识别码采访SDR频谱数据。控制组件的掌控步骤相对平稳，但如果多个线程同时采访同一侦测脚本，就会发生机能重入难题，造成数据异步错误的发生。为了防止这种效应，脉冲LED在线程间被增加，并且结构全自动对齐以保证同一时间只有一个线程字符串。当信号量数值大于0时，线程可调用频域侦测脚本，否则线程将被堵塞。
1.3频谱数据库
1.3.1数据库
数据库是储存在电脑之中的大量数据的集合，由有所不同的用户组分享。频谱数据包括了大量的字符机能。在该装置之中，透过信号量结构了线程建构通讯的示意图。在结构了基本上的频谱侦测变量后，需将收集到的频谱数据保存起来，以便展开之前的数据研究和处置。频谱数据库包括各种常见脉冲样品，如模拟调变、字符调变、常用通信脉冲的傅立叶特征及有关数据；它能根据各种前提及其结合情形对脉冲展开滤波器和搜寻，快速匹配相关的脉冲信息。脉冲特征：数据库易于拓展，使用者可便于地添加全新的取样脉冲及有关数据。干扰信号和失灵除去方式可记录下来供比较和参照。
1.3.2频谱数据库的设计
频谱数据库的设计在装置之中非常关键。设计员工的品质联系到数据检索和处置的困难度。根据谱线数据的特征和先前处置的需，将谱线数据库分成三个功能模块︰数据监管、数据选取和数据处置。为了方便先前数据的选取和处置，数据库之中设立了两种类别的表：用作储存谱线侦测数据的数据表和用作储存谱线侦测数据的数据表。使命表格储存服务器传送的每个频谱侦测指示，包含时间段、起始频率、取样相距、完结电压和指示对应的SDR序列号。当装置开机，服务器不传送命令时，装置可从数据库的使命表格之中采访最终的频域侦测命令，继续执行使命。电磁频谱数据研究需对感应器因特网收集的数据展开处置，数据资源相对稠密。基于大数据的电磁频谱数据研究科技体制构造的效能试验非常关键。因此，机能试验主要在中心站服务的每个结点之上展开，包含有关目的，如从使命交货到建构的时间跨度、系统资源使用率和数据客运量等。
2电磁频谱大数据分析功能测试
2.1电磁数据传输功能测试
为了传达仿真数据的数量，探讨了电磁数据收集的方式。单个数据所装载的数据量是某一频段之内电磁频谱数据的颈部数据，是数据传送之后上千个电磁频点的数据数据。根据武器覆盖范围，步兵师处置的数据源自数百台收集装置。在设立传送的数据GDP（纪录）和每秒传送的数据几（纪录分钟）之后，试验三个目的︰每秒传送的数据量（GB分钟），制造数据的平均值推迟（m/savglance））和制造数据的最大延迟（maximum delay）。数据数量设立为10万、100万和1000万个电磁数据，这三个数据等级的每秒写入纪录设立为2000、5000和10000个纪录。根据试验结论，当读取100000条数据时，每秒读取的数据量为1.91mb，平均值读取推迟为0.54m/s；当读取一百万条数据时，每秒读取的数据量为4.77mb，平均值读取推迟为0.57m/s；当读取1000万条数据时，每秒读取的数据量为9.54MB，平均值读取推迟为0.61m/s。由此可以看出，在这三个试验之中，95%的数据推迟维持在1m/s之内。为了试验Kafka的损耗技能，数据比例设立相似于写影响试验。每秒数据损耗在95MB到165MB间震荡，每秒数据损耗在14W到17.5w间震荡。可找到，随着计算量的下降，机构时间段的数据消耗率趋于稳定。当前机能表明，电磁数据传输技术每秒可传送10万条电磁频谱数据，为了更良好地符合电磁数据传送的需要。

2.2电磁数据存储功能测试
为了遮蔽更多的数据集对数据库机能试验结论的适用性，选取刚性搜寻之中计算量最大的数据库展开试验。因此，基于刚性搜寻的数据检索科技可在一定的时间段之内以秒为机构掌控发展史数据的检索率，从而建构巨量谱线数据的即时检索和数据库。由于建模组件的数据检索API用作数据库储存在数据库硬盘之中的数据，因此数据库往往成为难题。试验结果表明，电磁频谱数据的平均值储存速率约为0.3m/s，数据分布较为集中。通过一定相距的批量数据储存，单批数据的储存速率远远慢于“相距”，因此库房的机能全然可符合需要。各级数据处置业务都需展开基于硬盘的电磁数据备份。半衰期试验数据读取硬盘文档速率之后，每个电磁数据的平均值写函数约为0.15m/s。假定数据以1000个机构储存，并以单个数据的平均值加载时间段来矢量，则单个储存时间段约为150m/s。硬盘文档写入机能可当作台上业务研发，推迟对储存机能有很大影响。
2.3电磁数据计算能力测试
基于storm的电磁数据测定，从Kafka接管即时数据当作数据源，然后依次加装加工报案螺丝和危险性级别螺丝当作数据处置语义模块。数据测量由两个使命线程构成，40个执行绪同时开启，对应数据库的40个区。为了均衡数据处置的粒度和数据测定的速率，测定基于两个时间跨度：分钟和大时间段。在气旋测量速率试验之中，平均值处理速度为5.62m/s，处置机能大于1m/s。
结论
总之，本文提出的根据频谱数据库的电磁脉冲侦测装置使用操作系统通信当作脉冲收集组件，具备开源性和机动性。同时，使用CS结构建立客户机和服务器之间的交互。它不仅可建立对通信脉冲的即时侦测，而且可将频谱数据储存在数据库之中，便于对通信脉冲特征的研究和精确数据的发掘。然而，由于热检测算法相对复杂，在复杂的自然环境之中也许会导致太多的数据出现错误。今后需对方法展开改进，以确保收集到的谱线数据更加精确。在后期，我们将强化对通信脉冲时频特性的研究，从而更良好地发掘频谱数据之中的有用数据，建构更精确、更适当的传送频谱资源。

参考文献

[1]朱莹.认知无线网络中高效频谱检测关键技术的研究[D].北京：北京邮电大学，2014.

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[3]王欣玉.认知无线电网络中基于能量检测的频谱感知算法研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2016.