謝芳娟 胡蓉

摘要：無線電的發(fā)展為人們的生活帶來了很多的方便，但同樣的，也有少數(shù)不法分子使用無線電設(shè)備進(jìn)行的非法活動，尤其是利用無線電作弊的行為日益猖獗。近年來，各種考試中利用無線電作弊的手段越來越多，規(guī)模越來越大，同時也越來越隱蔽。作弊行為嚴(yán)重破壞了考試的公平和公正，給社會安全和穩(wěn)定帶來很大的負(fù)面影響。本文針對考場環(huán)境設(shè)計一套快速、方便、經(jīng)濟(jì)的非法電臺監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠檢測識別考場非法電臺信號并應(yīng)用自適應(yīng)定向干擾屏蔽等技術(shù)阻斷非法電臺傳播。

關(guān)鍵詞：非法電臺；無線電監(jiān)測；信號檢測；定向干擾

中圖分類號：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2019）05-0206-02

Monitoring System Design of Illegal Radio on Examination Hall

XIE Fang-juan1.2， HU Rong1

（1.Jiangxi Industry Polytechnic College， Nanchang 330095，China；2.Nanchang University College of Science and Technology， Nanchang 330029， China）

Abstract： The development of radio has brought a lot of convenience to people's lives. However， there are also a few lawbreakers carried out illegal activities by using radio equipment， especially radio cheating. In recent years， the instrumentality of radio cheating in various examinations has been continuously refurbished and becoming more and more hidden and the scale is getting bigger. It has seriously damaged the fairness and integrity of examinations .It has brought about a great negative impact on social security and stability. This paper designs a monitoring system of illegal radio for the examination room environment， the system has the characteristics of fast， convenient and economical. The system can detect and recognize the signals of illegal radio station，and interfere the illegal radio signals automatically by adaptive directional jamming and screen technology.

Key words： illegal radio； radio monitoring； signal detection； directional interference

近些年，無線電技術(shù)發(fā)展得越來越快。在便利人們的生活的同時也衍生了很多問題，無線電作弊就是其中之一。在市場的驅(qū)動下，無線電作弊手段日益翻新，規(guī)模越來越大，隱蔽性也越來越強(qiáng)。如何有效防范高科技作弊手段并打擊犯罪團(tuán)伙是各部門急需解決的問題。目前使用比較廣泛的是廣播電視移動監(jiān)測車?yán)秒p通道相關(guān)干涉儀來對付非法電臺，每臺車造價往往幾百萬元，而且使用效率不高[1-2]。監(jiān)測車一般是采用流動監(jiān)測形式，對于考場范圍大，考點(diǎn)分布比較廣的考試有一定的局限性，普及度并不高，只有在一些國家級的重要考試中才有可能使用，且使用范圍并不廣泛。因此開發(fā)研究出一套快速、方便、經(jīng)濟(jì)的，針對考場非法電臺無線電信號特點(diǎn)的無線電信號監(jiān)測和定位系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實意義。

1 考場非法電臺信號特征

根據(jù)信號傳輸?shù)男问讲煌?，無線電作弊有音頻和數(shù)據(jù)傳輸兩類。音頻傳輸通過語音方式向考生傳輸答案，而數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備通過數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞较蚩忌鷤鬏敶鸢?。前者具有隱蔽性強(qiáng)的特點(diǎn)，而后者具有發(fā)射功率大，傳輸速度快、發(fā)送時間短的特點(diǎn)。根據(jù)統(tǒng)計，近年來常用的考試作弊信號頻率主要集中在400～470MHz、500～520MHz、600～630MHz三段頻率中，其他頻段如150MHz、230MHz、330MHz和350MHz也有所發(fā)現(xiàn)，但相對較少[3]。

音頻傳輸方式一般采用FM調(diào)頻信號，作弊終端可以將信號解調(diào)并形成含有答案的語音信號；數(shù)據(jù)傳輸方式的一般采用FSK、PSK或MSK等數(shù)字調(diào)制方式，作弊終端將信號進(jìn)行解調(diào)后用直接用中英文字符或者將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成的語音后來表示答案。

無線電作弊技術(shù)具有體質(zhì)多樣性、使用頻段范圍寬的特點(diǎn)，這些因素大大增加了反作弊的工作難度。如何快速捕獲空中信號、識別信號體制、分析判斷信號是否非法并定位干擾信號，保證考試的正常進(jìn)行，是系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵。

2 考場非法電臺的監(jiān)測

2.1 非法電臺信號的識別

為了避開現(xiàn)有的防作弊技術(shù)，降低被發(fā)現(xiàn)的風(fēng)險，作弊集團(tuán)通常采用的發(fā)射頻率混雜在考場環(huán)境中的正常通信信號中，如何識別這些作弊信號并針對性的屏蔽定位這些信號時系統(tǒng)的首要任務(wù)。

受相關(guān)管理部門設(shè)備、環(huán)境保護(hù)、人力配備等多條件限制，不可能對發(fā)現(xiàn)的每個信號進(jìn)行實時的分析，因此前期需要通過頻段掃描和數(shù)據(jù)對比來發(fā)現(xiàn)異常信號，對異常信號進(jìn)行參數(shù)估計、解調(diào)并識別判斷作弊信號，對作弊信號做出針對性處理。異常信號判斷流程如圖1所示。

2.2信號參數(shù)估計

判斷信號為異常信號后需要進(jìn)一步分析判斷該信號是否為作弊信號，這就需要對異常信號進(jìn)行參數(shù)估計并解調(diào)信號。信號參數(shù)估計包括調(diào)制方式的識別、載波估計、碼率估計和帶寬估計等，本文僅針對調(diào)制方式識別做詳細(xì)介紹。

針對作弊信號的特點(diǎn)，針對FM、FSK、PSK和MSK信號，采用決策樹法進(jìn)行識別，具體流程如圖2所示。

相關(guān)參數(shù)說明如下：

（1）譜峰個數(shù)Cn

對于FM、FSK、PSK和MSK信號，只有FSK信號具有多個譜峰，因此檢測信號的譜峰個數(shù)可以對FSK信號進(jìn)行區(qū)分。

（2）零中心歸一化瞬時幅度譜密度的最大值γmax

[γmax]參數(shù)是反映信號幅度包絡(luò)變化情況的一個參數(shù)，具體定義如下[4]：

[γmax=max|FFT[acn（i）]|2/Ns] （1）

其中[acn（i）=an（i）-1]，[an（i）=a（i）ma]，[ma=1Nsi=1Nsa（i）]為瞬時幅度的平均值，[Ns]為采樣點(diǎn)數(shù)，F(xiàn)FT表示信號的快速傅立葉變換。

PSK信號一般會進(jìn)行基帶成型處理，故PSK信號的幅度包絡(luò)變化變大，因此可以利用這一特征對PSK信號進(jìn)行區(qū)分。

（3）瞬時頻率分布統(tǒng)計參數(shù)KFD

若FD為信號瞬時頻率的統(tǒng)計向量，則定義信號瞬時頻率分布統(tǒng)計參數(shù)KFD為FD的最大值和平均值的比值。FM信號瞬時頻率是連續(xù)變化的，整個統(tǒng)計區(qū)間相對來說分布較均勻，因此其統(tǒng)計向量的最大值和最小值之間的比值一般較??；而MFSK信號的瞬時頻率則是M個電平的階梯狀分布，瞬時頻率分布比較集中，最小值一般為零或接近于零，因此其統(tǒng)計向量最大值和最小值之間的比值會較大，這樣就可以利用這一參數(shù)將FM信號與MFSK信號區(qū)分。

2.3 非法電臺信號的定向干擾和屏蔽

現(xiàn)有的考場屏蔽設(shè)備都是針對常用頻段進(jìn)行覆蓋式屏蔽和干擾，在阻斷非法作弊信號的同時也會影響考場的正常信號的通信，而且也會對考場附近的正常通信信號造成一定影響。因此，根據(jù)非法電臺發(fā)射頻率和方位針對性地進(jìn)行屏蔽和干擾是很有必要的。對非法電臺信號進(jìn)行測向和定位可以更有針對性地對信號進(jìn)行屏蔽和干擾，同時也能獲得非法電臺的位置，為更好地打擊犯罪集團(tuán)提供幫助。

針對考場環(huán)境，采用基于TDOA的無線電測向和定位技術(shù)。TDOA 的定位思想是時間差，通過測量信號到達(dá)監(jiān)測站的時間來實現(xiàn)對信號的定位。通過比較信號到達(dá)多個監(jiān)測站的時間差，就能做出以監(jiān)測站為焦點(diǎn)、距離差為長軸的雙曲線，雙曲線的交點(diǎn)就是信號的位置[6]，如圖3所示。

TDOA 是基于多站點(diǎn)的定位系統(tǒng)，因此要對信號進(jìn)行定位必須有至少3 個以上的監(jiān)測站進(jìn)行同時測量。而每個監(jiān)測站的組成則相對比較簡單，主要包括接收機(jī)，天線和時間同步模塊。

TDOA 不存在相位模糊的問題，測向基線可以不受限制，同時TDOA 系統(tǒng)還具有復(fù)雜度低、定位精度高的特點(diǎn)。

3 結(jié)束語

本文通過信號自動識別、測向定位、定向干擾和屏蔽技術(shù)，針對考場環(huán)境下的非法作弊信號設(shè)計了一套快速、方便、經(jīng)濟(jì)的非法電臺監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠檢測識別考場非法電臺信號并應(yīng)用自適應(yīng)定向干擾屏蔽等技術(shù)阻斷非法電臺傳播。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李釗.非法電臺自動監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J].電聲技術(shù)，2016，40（2）：72-75.

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[3] 孫信群.關(guān)于考試保障中ESMB/EB200頻譜掃描參數(shù)設(shè)置的探討[J].中國無線電，2009（6）：49-50.

[4] 范海波，楊志俊，曹志剛.衛(wèi)星通信常用調(diào)制方式的自動識別[J].通信學(xué)報，2004，25（1）.

[5] 謝芳娟，許仙明，朱淑云.基于譜分析的信號分類算法研究[J].科技廣場，2012（3）：85-87.

[6] 俞一鳴，姚遠(yuǎn)，程學(xué)虎.TDOA定位技術(shù)和實際應(yīng)用簡介[J].中國無線電，2013（11）：57-58.

【通聯(lián)編輯：唐一東】