李亚飞，姚慰，杜健
成都国恒空间工程技术有限公司 四川成都 450002
摘要：伴随着通信和电力行业的快速发展和进步，与此同时民众对通信和电力行业带来的环保问题也越来越关注，例如变电站、高压输电线路、移动通信基站等产生的电磁辐射问题已成为公众环保投诉的重要内容之一。因此，加强城市中电磁辐射环境监测，充分了解城市中电磁辐射现状具有重要意义。
关键词：电磁干扰;自动化测量;系统监控
引言
本文对电磁环境自动化监测系统进行了设计，实现了电磁环境场强的宽频带自动化测试，提高了测试效率，论文的思想和实现方法对相关领域的测试自动化具有一定的借鉴意义。
1软件功能需求分析
1.1电磁环境监测系统概述
高灵敏度电磁环境监测系统由升降杆、测试天线、信号分析仪、射频接收模块、云台、电源模块、控制器、计算机、射频线缆及通信线缆等组成，测量系统工作带宽为100MHz～13.6GHz。自动化电磁环境监测需通过计算机控制天线云台、射频接收模块、信号分析仪等实现不同带宽、不同时段、不同方向、不同极化的电磁环境测量，并采用标准噪声源对测试系统微波链路进行校准，提高测量数据的精度，同时，通过校验系统噪声确定系统的性能参数，提高测量数据的可靠性。
射频接收模块是电磁环境监测系统的核心模块，该模块分为0.1～2GHz、2～6GHz、6～13.6GHz3个微波链路，通过低损耗微波开关实现链路切换，如图2。另外，为有效监控射频接收模块的内部温度和环境温度，分析温度对测量不确定度的影响，提高测量数据的校准精度，射频接收模块内安装了2个温度传感器和1个湿度传感器。
1.2软件开发的功能需求
依据上述电磁环境监测系统的要求，以及采用的准实时电磁环境测量方法，考虑测量数据的可靠性，电磁环境监测系统软件开发需实现各硬件的协同控制、实时校准、关键参数监控及数据的有效记录和存储功能。
1.2.1自动化测量与控制
自动化电磁环境测量与控制涉及射频接收模块切换、天线云台转动、信号分析仪测试等，需实现计算机与天线云台、射频接收模块及信号分析仪进行通信，并根据测试需求，控制天线云台转动至不同的测试位置，控制射频接收模块切换至不同测量频段，记录环境温度、射频接收模块内部温度与湿度，控制信号分析仪进行关键参数设置、系统校准、频谱监测与数据存储等。
1.2.2系统关键参数监控
电磁环境监测系统处于长期无人值守工作状态，无法掌握硬件系统性能是否正常，通过实时监控系统关键参数，如系统增益与噪声系数、环境温度、射频接收模块内部温度与湿度、天线云台方位俯仰等信息，实现硬件系统状态的实时监控，保障硬件系统性能的可靠性，提高测量数据的精度。
1.2.3数据流设计
电磁环境监测过程中产生大量不同类型的数据，需针对数据文件格式及命名方式进行合理设计，实现不同类型测试数据的有效存储，方便后期的数据处理及管理。软件开发需针对不同测试数据调研合适的存储方式，提高数据存储速度，减小数据存储量，并研究数据文件的命名方式，方便后期数据的快速检索、提取与处理。
2电磁环境自动化监测系统的设计
系统采用计算机作为控制中心，通过串行接口与信号源、接收机、信号切换矩阵等实现数据交换，完成不同天线的自动切换。系统主要包括信号源、接收机、信号切换矩阵、各个测试频段的天线以及控制计算机。计算机主控软件实现仪器管理和测试流程控制，其中各设备的主要功能如下。
信号源：用于产生不同频率的校准信号，测量各天线测试回路的衰减。
测量接收机：用于接收不同频率的信号，并将其送至控制系统进行存储与处理。
信号切换矩阵：是多输入单输出的装置，可实现多路输入的程控切换。
控制系统：包括主控计算机、主控软件、通信接口。
计算机通过主控软件及通信接口，完成设备访问与控制，实时监测系统运行状态，控制测试流程，并对测试数据进行处理和管理。其主要功能包括仪器控制、流程调度、数据处理等。通过图形化操作，完成测试仪器配置和数据处理。
3软件开发功能实现
3.1整体框架设计
实际的测试场景中，监测系统的客户端与服务端物理位置分离，两端通过网络连接，中间件位于客户端与服务端中间，实现了两者之间的远程应用程序调用、数据序列化与数据传输功能。客户端是用户业务的入口，接收用户的监测意图，即服务消费方，通过中间件调用服务端提供的对应服务。该服务执行时，操作监测设备，获取测量数据，经服务端分析、处理后再经过中间件将测量结果返回客户端，从而实现客户端的业务功能。
3.2信号切换矩阵控制模块实现
信号切换矩阵控制模块分为硬件实现和软件实现两部分。
3.2.1硬件部分
采用串行接口（COM端口）对信号切换矩阵进行控制。采用COM端口实现信号切换矩阵控制的方法及步骤：
1）制定功能协议并与CPU或单片机引脚相关联。对于信号切换矩阵而言，它包含：①开关空置；②连通1通道；③连通2通道；④连通3通道；⑤连通4通道；⑥查询状态；等共六个状态，这六个状态分别用CPU或单片机的六个引脚来进行触发。
2）指令翻译。用S0~S6和check指令码来分别表示这六个功能实现控制，每个功能对应一个通道，并在成功响应后给出返回值确认，完成该指令码的设计工作。
3）将设备的功能触发线连接到对应的CPU引脚。
3.2.2远程控制与应答模块实现
远程控制与应答模块主要在后台完成对信号切换矩阵、信号源、接收机等硬件的控制。实现过程如下：
1）控制信号切换矩阵，切换到拉杆天线对应的S1通道，并记录当前频率范围为该通道的起始和终止频率，对应的频率范围：10KHz-30MHz；
2）设置接收机的扫描表、起始频率和终止频率为当前频率范围、接收机的修正系数、接收机的通道号、接收机的扫描电平后开始扫描，并记录当前频率。
3.3系统关键参数监控
系统关键参数包括系统增益、系统噪声系数、环境温度、射频接收模块内部温度与湿度、天线云台方位俯仰等。系统增益用于测试数据的校准，降低测试不确定度;系统噪声系数用于确定系统性能是否正常，提高测试数据的可靠性;环境温度和射频接收模块内部温度用于分析温度对测量不确定度的影响，提高测量数据校准精度;射频接收模块内部湿度用于确定射频接收模块内部是否进入水汽，提高监测系统的可靠性;天线云台方位俯仰用于确定系统测试方位，判断系统测试状态。系统关键参数的实时监控能够提高监测系统的可靠性及测试数据的准确性。采用传统的单线程方式执行电磁环境监测时，仅能执行测量任务，而无法响应其它消息。为实现多任务并行处理，采用多线程并行处理技术，实现多仪器设备的逻辑控制与优化及系统关键参数的实时监控。线程是进程内部的一个执行单元，用户根据需要在应用程序中创建其它线程，多个线程并发运行于同一个进程，一个进程中的所有线程都在该进程的虚拟地址空间中，共同使用这些虚拟地址空间、全局变量和系统资源，所以线程间的通讯非常方便。多线程可以实现并行处理，避免了某项任务长时间占用中央处理器的时间。
结语
在未来工作中，自动化电磁环境监测系统软件还需进一步优化:(1)开发实时频谱监测功能，提高测量时间分辨率，更好地针对瞬态信号进行检测;(2)开发基于网络的实时信号识别统计功能，进一步提高电磁环境监测效率。
参考文献
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