1引 言
無線電定位技術(shù)起源于軍事科學(xué)研究,，在軍事應(yīng)用上,，是一種捕獲和分析敵方無線電通訊,、以此了解敵方指揮中心位置,、部隊配置和調(diào)動等情況的重要電子偵察和對抗手段。近年來,，隨著無線電通信技術(shù)的飛速發(fā)展和頻段覆蓋密度的增加,，作為無線電頻率指配程序的重要部分，為無線電管理部門提供頻率規(guī)劃,、指配和協(xié)調(diào)的技術(shù)支持的無線電測向和定位技術(shù),，得到了更深層次的應(yīng)用。尤其在查處未知干擾信號源方面,，無線電測向和定位技術(shù)已成為我國進(jìn)行無線電科學(xué)管理的技術(shù)基礎(chǔ),、維護(hù)空中電波秩序的重要手段,。
全國短波監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由國家無線電監(jiān)測管理中心和分布在各地的多個固定監(jiān)測站及多個移動監(jiān)測站組成。各地的移動監(jiān)測站通過本地的固定監(jiān)測站聯(lián)接到全國短波監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中,，從而實現(xiàn)各地短波監(jiān)測站的全國網(wǎng)絡(luò)化管理及資源的極大共享,。該系統(tǒng)是一個無中心的網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)控制中心授權(quán)后,，網(wǎng)內(nèi)任一監(jiān)測單元均可成為指揮操作控制中心,。全網(wǎng)具有無人值守工作模式下的不間斷工作能力，完成監(jiān)測控制中心下達(dá)的各類監(jiān)測任務(wù),，如信號的記錄,、信號參數(shù)的測量及信號源地址的定位等。為了確定信號源的地理位置,，常用兩個或多個固定測向站聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行測向定位。本文主要涉及信號源定位功能的設(shè)計與實現(xiàn),。
2 技術(shù)背景
2.1 Delphi 7.0和MapX的集成開發(fā)
MapX是MapInfo公司向用戶提供的具有強(qiáng)大地圖分析功能的ActiveX控件產(chǎn)品,，是一個當(dāng)今普遍使用的ComGIS(組件式地理信息系統(tǒng))組件。他是一種基于Windows操作系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)控件,，因而能支持絕大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)的可視化開發(fā)環(huán)境,，如：Visual C++，Visual Basic,，Delphi,，PowerBuilder等。編程人員可以選擇熟悉的開發(fā)環(huán)境,，脫離Maplnfo的軟件平臺運(yùn)行,。MapX采用基于Maplnfo Professional相同的地圖化技術(shù)，可以實現(xiàn)Maplnfo Professional所具有的絕大部分地圖編輯和空間分析功能,。MapX為開發(fā)人員提供了一個快速,、易用、功能強(qiáng)大的地圖化組件,。在Delphi 7.O開發(fā)環(huán)境中,，設(shè)計階段只需將MapX控件嵌入于窗體，并進(jìn)行編程,、設(shè)置屬性,、調(diào)用方法和事件，就可以輕松實現(xiàn)地理空間數(shù)據(jù)的可視化,，完成空間查詢,、地理編碼、專題分析等豐富的地圖信息系統(tǒng)功能,。
本系統(tǒng)是基于Delphi 7.0對MapX進(jìn)行的集成二次開發(fā)系統(tǒng),。系統(tǒng)采用OLE Automation(對象連接嵌入自動化)技術(shù),，用Delphi 7.O開發(fā)前臺可執(zhí)行應(yīng)用程序，以O(shè)LE自動方式啟動GIS工具軟件MapInfo在后臺運(yùn)行,。
2.2 Oracle關(guān)系數(shù)據(jù)庫
Oracle關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是目前世界上伸縮性最好,，功能最齊全的關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。系統(tǒng)具備更靈活的事務(wù)處理能力,，更加強(qiáng)健完善的數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)以及智能化的內(nèi)容管理和自我管理及嚴(yán)密的安全性機(jī)制,，其分布式數(shù)據(jù)庫管理提供了新的分布式數(shù)據(jù)庫能力。物理上存放于網(wǎng)絡(luò)的多個Oracle數(shù)據(jù)庫,，邏輯上可以看成一個單個的大數(shù)據(jù)庫,，服務(wù)器之間的協(xié)同處理對于工作站用戶及應(yīng)用程序而言是完全透明的。開發(fā)人員無需關(guān)心網(wǎng)絡(luò)的連接細(xì)節(jié),、無需關(guān)心數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中的具體分布情況,、也無需關(guān)心服務(wù)器之間的協(xié)調(diào)工作過程，用戶可通過網(wǎng)絡(luò)較方便地讀寫遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)庫里的數(shù)據(jù),，似乎遠(yuǎn)端的數(shù)據(jù)就在本地,。
基于Oracle的以上多種優(yōu)點(diǎn)，為了保存系統(tǒng)實時的測向數(shù)據(jù),、頻譜數(shù)據(jù),、語音數(shù)據(jù)和實現(xiàn)站內(nèi)、站間各計算機(jī)的數(shù)據(jù)共享及查詢,，本系統(tǒng)采用了大型關(guān)系型數(shù)據(jù)庫Oracle作為系統(tǒng)數(shù)據(jù)保存模塊的后臺支持,。
3 整體構(gòu)架
系統(tǒng)采用Boland公司的Delphi 7.0作為前臺開發(fā)環(huán)境，后臺則采用Oracle 8.O大型關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),，以Maplnfo公司的地理信息系統(tǒng)控件(ActiveX)MapX作為地圖控件,。圖1是交會定位功能的構(gòu)成模塊。
4 模塊功能
4．1 發(fā)送命令,、數(shù)據(jù)接收模塊
發(fā)送命令是中心控制站向監(jiān)測站(可無人值守)發(fā)送包含目標(biāo)發(fā)射源的頻率,、帶寬等參數(shù)的測向命令的過程。整個系統(tǒng)的命令的發(fā)送和數(shù)據(jù)的接收顯示是通過基于Delphi消息系統(tǒng)的消息模塊來實現(xiàn)的,。在實現(xiàn)交會定位任務(wù)時,，由消息模塊把由界面窗口發(fā)出的命令以消息轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)的服務(wù)模塊，同時,，在數(shù)據(jù)返回時,，消息模塊把底層服務(wù)模塊處理的結(jié)果以消息返回到請求方，進(jìn)而實現(xiàn)消息和數(shù)據(jù)的交換,，也即是完成用戶的請求,。為了方便系統(tǒng)消息的管理和設(shè)計，在用戶請求服務(wù)時創(chuàng)建消息，而在用戶要求停止服務(wù)時釋放消息,，為了將請求服務(wù)的消息和停止服務(wù)的消息關(guān)聯(lián)起來,，需要設(shè)置相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來保存消息、設(shè)備編號,、操作等信息,，以便在停止服務(wù)時查找到相應(yīng)的啟動服務(wù)。
4．1．1 創(chuàng)建消息函數(shù)
成功后返回一個TMessage對象,，否則為nil,。同時，界面窗口需要保存消息的標(biāo)志(每個新建的消息都有一個惟一的ID標(biāo)志,，用以區(qū)分不同的消息),。
成功后返回1，其他返回表示失敗,。該函數(shù)根據(jù)msg中的dest判斷是本地設(shè)備還是遠(yuǎn)程設(shè)備,，若是本地設(shè)備則發(fā)送到底層驅(qū)動，若是遠(yuǎn)程設(shè)備,，則向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送,。
function BSSendMessage(msg：TBSMessage)：TBSType；
4．1．3 界面窗口接收消息
消息模塊收到底層服務(wù)模塊發(fā)送回的數(shù)據(jù)后,，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為消息轉(zhuǎn)發(fā)給相應(yīng)的界面窗口。界面窗口只處理自己發(fā)送出的消息,，也就是該消息ID與在本窗體中產(chǎn)生的消息的ID一致,，該檢查機(jī)制是通過TBSWindowSessionIDInfo類的CheckSessionId方法完成的。消息傳遞的是數(shù)據(jù)的地址和長度信息,，所以界面窗口收到響應(yīng)的消息后,，需要對消息進(jìn)行解析來獲取數(shù)據(jù)信息，以進(jìn)行處理與顯示,。
在進(jìn)行多站交會定位時，為了克服相近頻率的干擾,，保證各個測向站監(jiān)測的是同個發(fā)射源,，系統(tǒng)加入了實時頻譜顯示和對比實時電臺聲音兩個功能。
在交會中,，主控站發(fā)送交會命令mMeasuring(True,，DeviceId，F(xiàn)LeftId,，F(xiàn)Rightld,，mfDirectionCross)到各監(jiān)測站。各監(jiān)測站收到命令后，分別向底層發(fā)送測向命令mMeasuring(True,，DeviceId,，F(xiàn)LeftId，F(xiàn)RightId,，mfDirectionFind)和頻譜命令mMeasuring(True,，Deviceld，F(xiàn)LeftId,，F(xiàn)RightId,，mfSpectrum)，并將被監(jiān)測信號的測向和頻譜數(shù)據(jù)均返回給主控方,，主控方通過對比頻譜圖來確定目標(biāo)信號的一致性和準(zhǔn)確性,。語音模塊中，系統(tǒng)提供了左右兩個獨(dú)立的聲道,，分別由mMeasuring命令中的FLeftId,，F(xiàn)RightId標(biāo)志。Win32 APIs中有一組被稱成多媒體控制接口(即MCI)的函數(shù),，該接口提供了多媒體編程所需的系統(tǒng)級APIs,，這些函數(shù)也就是Windows多媒體編程的最低層接口，由這些代碼直接操作真實的音頻設(shè)備,。該模塊采用線程技術(shù),，利用Windows API函數(shù)，將音頻操作做成一個服務(wù)AudioServer,。從網(wǎng)絡(luò)接收或本地采集得到音頻數(shù)據(jù),，放入開辟的緩沖區(qū)內(nèi)，通過加入時間標(biāo)簽來保證聲音播放時的連續(xù)性和左右一致性,。該緩沖區(qū)采用循環(huán)存儲和播放的技術(shù),，用戶可以通過左右兩個聲道來同時對比不同監(jiān)測站的目標(biāo)電臺的聲音，以保證目標(biāo)源的一致性,。
數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)采用的是靈活,、安全的Oracle數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)C／S存儲管理模式。其主要有兩個方面的功能,，一個是業(yè)務(wù)管理：支持各個監(jiān)測方式下的測量數(shù)據(jù)實時存儲和回放,；另一方面則是數(shù)據(jù)庫本身的管理：數(shù)據(jù)庫的備份、恢復(fù),、查詢,、刪除、報表管理等,。因此本系統(tǒng)分為兩個邏輯子系統(tǒng)：數(shù)據(jù)庫管理維護(hù)模塊和業(yè)務(wù)支持模塊,，采用多線程及多進(jìn)程工作方式。
4．4 數(shù)據(jù)處理模塊
4．4．1 數(shù)據(jù)同步模塊
在目標(biāo)發(fā)射源移動時,，由于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳遞存在延遲甚至中斷的因素,，為了保證參加交會運(yùn)算時各監(jiān)測站數(shù)據(jù)的同步性，系統(tǒng)加入了數(shù)據(jù)同步模塊,。該模塊以GPS接收機(jī)作為硬件支持,，各監(jiān)測站發(fā)送測向數(shù)據(jù)時加入GPS時間，中心控制站接收數(shù)據(jù)后,，通過比較GPS時間來拋棄延遲數(shù)據(jù),，篩選出有效的同步數(shù)據(jù)組來進(jìn)行交會計算。
短波在反射時,，會因為電離層局部的不均勻性而導(dǎo)致電波的散射,，所以，被測信號是由彼此相互干涉的許多波束構(gòu)成的,，且每一個反射波束一般都伴隨著圓錐形的散射波束,，這使得示向度在很大范圍內(nèi)快速移動，其變化周期從幾分之一秒到5秒或更長,。在軟件中,，校正的具體做法是：在測向時設(shè)定一個足夠長的時間段(該時間段由用戶根據(jù)實際情況設(shè)置，默認(rèn)為5 min),，將其平均,。主要步驟如下：
(1)將測向機(jī)的示向度平均時間設(shè)置為5 s或10 s；
(2)每隔20 s(用戶可設(shè)置)從測向機(jī)讀取一次平均值m和測向質(zhì)量(示向度等級)q,，在5 min(用戶可設(shè)置)內(nèi)共得到15個示向度平均值mi和15個相應(yīng)的測向質(zhì)量qi,；
(3)求5 min平均時間的示向度平均值與方差。由于示向度的范圍是O～360°,，為了避免在0°附近擺動而使計算結(jié)果不準(zhǔn)確，所以采用公式：
為了確定輻射源的位置，除了單站定位,，往往需要兩個以上位置不同的測向站組網(wǎng)測向(在目標(biāo)固定時,，也可用移動測向站，在不同位置依次分時交測),，用各測向站的示向線進(jìn)行交會,。測向站越多，定位越精確。
為了保證定位結(jié)果的精確性,，系統(tǒng)采用了以原有的思想為基礎(chǔ),，但更加完善的多站交會算法。該算法中的兩兩交會部分將各種情況(測向站和輻射源的不同位置關(guān)系)具體表示成了了8種不同的球面定位三角形,，其中一種位置關(guān)系及其相應(yīng)公式如下：
坐標(biāo)經(jīng)度λs：
為了保證定位結(jié)果的精確性，系統(tǒng)采用了以原有的思想為基礎(chǔ),，但更加完善的多站交會算法,。該算法中的兩兩交會部分將各種情況(測向站和輻射源的不同位置關(guān)系)具體表示成了了8種不同的球面定位三角形，其中一種位置關(guān)系及其相應(yīng)公式如下：
坐標(biāo)經(jīng)度λs：
為了保證定位結(jié)果的精確性,，系統(tǒng)采用了以原有的思想為基礎(chǔ)，但更加完善的多站交會算法,。該算法中的兩兩交會部分將各種情況(測向站和輻射源的不同位置關(guān)系)具體表示成了了8種不同的球面定位三角形,，其中一種位置關(guān)系及其相應(yīng)公式如下：
坐標(biāo)經(jīng)度λs：
模塊以MapX作為地圖控件,，嵌入中國地圖2002-2003年數(shù)字化電子地圖版作為系統(tǒng)加載的地圖，取國界,、面省界,、線省界、海岸線,、省會城市5個圖層作為加載圖層,。采用了刷新速度快的動態(tài)圖層(Animation
Layer)技術(shù)的電子地圖除了能實時標(biāo)識測向站，繪畫示向線,，顯示最佳交會點(diǎn)和誤差概率橢圓外,，還能顯示MapInfo格式的地圖數(shù)據(jù)，支持地圖的放大,、縮小,、平移和選擇等操作，圖層的自由控制,，簡單的地理查詢等等,。實例如圖4所示。
5 結(jié)語
全國短波監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采用先進(jìn)的技術(shù)手段和設(shè)施,，通過對聲音信號進(jìn)行監(jiān)聽,，對頻譜進(jìn)行對比來對干擾源進(jìn)行測向定位，查處非法電臺,，從技術(shù)上保證國家無線電管理條例的貫徹執(zhí)行,，防止有害干擾，確保各種無線電設(shè)備正常運(yùn)行,，使有限的頻譜資源得到合理,、科學(xué)、有效的開發(fā)和利用,。