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基于GSM无线电监测测向系统的设计与实现.pdf

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上传者: xl46512 2012-05-08 评分 0 0 0 0 0 0 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《基于GSM无线电监测测向系统的设计与实现pdf》,可适用于IT/计算机领域,主题内容包含西安电子科技大学硕士学位论文基于GSM无线电监测测向系统的设计与实现姓名:李小伟申请学位级别:硕士专业:计算机应用技术指导教师:王宝树摘要摘要无线电符等。

西安电子科技大学硕士学位论文基于GSM无线电监测测向系统的设计与实现姓名:李小伟申请学位级别:硕士专业:计算机应用技术指导教师:王宝树摘要摘要无线电频谱作为一种自然资源。在一个相对的时间和空间内可提供的使用范围是有限的。因此加强无线电管理保障无线电信息及时、快速、安全可靠地传递对促进经济的发展国防的巩固军事指挥的顺畅有着重要的作用。无线电监测测向是无线电频谱管理工作中的一个重要任务。高速度、高性能、自动化的监测测向系统是现代无线电频谱管理和信息战争的必然要求。SMS(短消息)以其通信成本低、频谱利用率高、保密性能好、抗干扰能力强等优点正好满足了无线电监测测向的自动化要求。本文利用Socket通信串口通信以及多线程技术完成了一个无线电监测测向系统的设计与实现。在介绍了无线电和GSM以及短消息的背景知识之后论述了系统的作用和组成、实现的主要功能监测设备的组成和工作原理分别从硬件组成方案和软件的功能需求、软件结构、软件接口等方面进行了规划重点对短消息模块进行了详细设计。结合目前比较成熟的GSM网络提出了一种全新的实时监测测向设计思想从而实现了无线电监测测向的自动化。关键字:aSmAT指令PDU编码无线电监测ABSTRACTAbstractRadioasakindofnaturalresource,providinglimitedusingextentioninfixedtimeandspace.Soenhancethemanagementoftheradioisimportanttomakesuretheradioinformationtransferinstantly,specdlyandsafely.Itissignificanttotheadvancementoftheeconomy,thestabilityofthenationaldefenceandthefluencyofthemilitarycommand.Themonitorandorientationoftheradioisacrucialtaskofthemanagementoftheradio.Themonitorandorientationofradiosystem嘶thhighspeed.highcapabilityandautomaticisthecertainrequestoftheradiomanagementandinformationwar.SMS(ShortMessageSupply)satisfiestheautomaticalrequestofthemonitorandorientationoftheradioforitslowcost、hi。ghuseratio、goodtokeep蚴'Tect、strongantijammingcapability.ThepaperutilizingthetechnologyoftheSocketcommunicationserialportcommunicationandthemultithreadingaccomplishthedesignandimplementofaradiomonitorandorientationsystem.AfterintroducingthebackgroundknowledgeoftheradioandGSMandtheshortmessage,thepaperdiscusstheroleandcomposementthemainfunctionofthesystemthestructureandworkprincipiumofthemonitorandorientationequipment.andthenmakeoutthehardwarecomposingschemeandthefunctiondemandofsoftware、softwarestructuresoftwareimerfaceandSOonsepemtelyAtlastmakethedetaileddesignfortheShortmessagemodule.emphasely.combiningwiththematureGSMnetwork,puttingforwardanewdesignidea.Soimplementtheradiomonitoringandorientationautomatically.Keyword:GSMATCommandPDUCodingRadioMonitor声明创新性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。申请学位论文与资料若有不实之处本人承担一切相关责任。本人签名:{氢抽每一日期:逻Z:至关于论文使用授权的说明本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定即:研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。本人保证毕业离校后发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件允许查阅和借阅论文学校可以公布论文的全部或部分内容可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。(保密的论文在解密后遵守此规定)本人签名:j蕴p牡导师签名:.一、~。=日期:丛翌Z至日期:第一章绪论第一章绪论随着现代通信事业蓬勃发展无线电台站的分布越来越密集通信设备之间的相互干扰越来越严重频谱管理任务越来越艰巨。为此国家及相关机构在无线电频谱管理方而都投入大量的人力和物力做了大量的研究和规划工作但在实际应用中还存在一定的差距。具体体现在:我国地域辽阔、地形复杂多变许多干扰分析模型不能很好地与实际传播环境相符而且干扰分析过程复杂实时性很难满足要求在电磁环境监测领域目前还没有一套适用于我国的设备能够将监测、分析和监测报告生成有机地结合起来进行智能化的电磁环境监测。目前各个国家都在积极开发和利用高频率的频谱。我国也批准开设了许多高频率的微波站和卫星地球站通信业务。这些台站同样而临着干扰和被干扰的威胁。同时微波站和地球站是目前通信系统所采用的主要通信手段仍有迅猛发展的势头。为此需要设计和开发一套适合我国国情的频谱管理系统进行国家频谱管理。无线电频谱管理是运用行政、技术、法律和经济相结合的手段保证无线电通信设备不产生有害干扰有效的工作和服务的一种行政行为。简而言之就是有条理地管理使用无线电频谱资源的全过程目标是使频谱资源发挥最大效益而干扰最小。无线电监测测向系统的设计使无线电频谱的管理得到了技术上的实现。..无线电测向的发展.无线电测向世纪初无线电测向仪的使用由于受体积和重量的限制只能用于航海。年代德国研制成功小型测向仪装在飞机上利用伦敦广播电台的电磁波导航对伦敦进行了轰炸。二次大战末期美国曾组织了一个大范围的无线电测向网监视德军的潜艇指引反潜飞机对其轰炸。反间谍斗争中利用测向技术可以破获敌台。在战争中无线电测向技术是一种重要的侦察手段了解敌方指挥中心、部队的配置和调动等。有的国家在军队中专设有无线电测向队。交战双方研制和改进测向设备特别是机载设备有力的推动了无线电测向技术的发展。无线电测向技术在和平建设时期也广泛的用于交通、天文、气象、环保、救灾中。航海规范及有关国际公约中规定总吨以上的海船必须装有测向仪用于海上救助。各拥有海岸线的国家要在沿海专设监测站以便当接到紧急呼救信号后测定遇难者的位置派船和飞机救援。基丁:GSM无线电监测测向系统的设计与实现近年来比较先进的助航仪器如罗兰、奥米伽雷达大量使用它们比测向仪操作简便定位精度高。但是由于无线电测向仪具有结构简单、造价低、工作可靠、对电台没有特殊要求等优点仍得到普遍的重视和应用。无线电测向技术还可以用于检查高压配电系统中的瓷瓶漏电用于监测陆上和海上动物的行踪以便对珍稀物种进行保护。如对国宝大熊猫、对鲸的监护等。随着无线电测向技术、知识的普及和无线电设备的小型化、微型化、我们不难想到无线电测向技术一定会在更多、更广泛的领域应用为丰富人类生活、发展生产作出贡献。..无线电测向概念无线电测向就是依据电磁波传播特性使用无线电测向设备测定电波来波方向的过程。无线电波在空气中具有沿直线传播的特点。如果能确定出电波传播方向就可确定出发射台所在方向。当测向的地点确定之后该点的北方向与所测电台方向之间顺时针方向的夹角(也称示向度)也就确定了。如果只获得电台的一个示向度值仅可以确定电台在某一直线上但无法判断其具体位置。若设定两个或两个以上的测向点就可获得不同的示向度将其标绘在地图上其交点即为发射电台的位置。在测定过程中根据天线系统从到达来波信号中获得信息以及对信息处理的方法可以将测向系统分为两大类:标量测向系统和矢量测向系统。标量测向系统仅能获得和使用到达来波信号有关的标量信息数据矢量测向系统可以获得和使用到达来波信号的矢量信息数据。标量测向系统仅能单独获得和使用电磁波的幅度或者相位信息:而矢量测向系统可以同时获得和使用电磁波的幅度和相位信息。标量测向系统历史悠久应用最为广泛。最简单的幅度比较式标量测向系统是旋转环型测向机该系统对垂直极化波的方向图成字形。大多数幅度比较式的标量测向系统其测向天线和方向图都是采用了某种对称的形式例如:阿德考克测向机和沃特森一瓦特测向机以及各种使用旋转角度计的圆形天线阵测向机:属于相位比较的标量测向系统有干涉仪测向机和多普勒测向机等。矢量测向系统具有从来波信号中获得和使用矢量信息数据的能力。例如:空间谱估计测向机。矢量系统的数据采集前端需要使用多端口天线阵列和至少同时利用两部以上幅度、相位相同的接收机后端根据相应的数学模型和算法由计算机进行解算。矢量系统依据天线单元和接收机数量以及后续的处理能力可以分辨两元以至多元波场和来波方向。第一章绪论..无线电测向基本原理无线电测向系统的理论基础是电磁波的多普勒效应“。为了得到多普勒效应产生的频移必须使测向天线与被测电波之间做相对运动。通常是通过测向人线在接收场中的高速运动来实现的如图.所示。圆g图.天线阵模拟旋转接收机在一个圆上的根天线之间快速切换依次接通各个天线单元这样就相当于假定单一天线高速旋转其结果便产成了多普勒频移.该频移信号为正弦波频率等于假定单一天线的旋转频率。多普勒正弦波有两点值为零.当假定的单一天线旋转到与信号源最远和最近的时刻.所产生的多普勒正弦波的值都为零如图.所示。不同的是:当假定单一天线旋转到离信号源最近的地点时所产生的零值正弦波产生在正半圆的末端(即下降沿到达横坐标)而当天线旋转到离信号源最远的地点从时正弦波上升沿到达横坐标.当假定的单一天线单元最靠近信号源时测得正弦波下降沿的零点从即可精确定出信号来波的方向。图.多普勒正弦波与信号方向波基yGSM无线电监测测向系统的设计与实现.无线电监测随着社会的进步无线电电信业务的飞速发展无线电技术在军事和民用通讯领域的应用越来越广泛。如微波接力通信、卫星通信、对流层散射通信、地面移动通信、短波自适应通信、雷达探测以及电子对抗等。同时我们周围的天空中每时每刻都传播着大量的电磁信号这使得电磁环境问题变得非常复杂。为了避免电磁信号之间相互干扰保证通信质量:为了对移动通信基站或无线电监测站的建设做到合理的规划和布局:为了减少电磁辐射对周围环境和人体的危害掌握某地区的电磁环境情况是至关重要的。所以研究并开发电磁环境监测可视化系统就显得很有必要具有十分重要的意义。..无线电频潜无线电频谱。是指频段从KHz到GHz不经过物理连接而传播到空间的振荡的电能和磁能。无线电频谱是一种资源因为无线电频谱是供人们在生产和生活中利用具有所有权和使用权客体的自然物质通过它为社会创造精神财富和物质财富是社会财产的重要来源。无线电频谱具有四个主要特点:)有限性。虽然它在空间、时间和频率三维要素上可以重用但是对某一频段和频率在一定区间、一定时间、一定条件下它的利用是有限的。)非耗竭性。它不同于土地、水、矿产等再生或非再生资源。不利用它是一种浪费利用不当也是一种浪费甚至造成危害。)传播固有性。它的传播不受行政区域限制既无省界也无国界。)易受污染性。它在空中传播容易受到自然噪声和人为噪声的干扰。因此各国都致力于无线电管理从而合理而有效地利用它。...无线电污染电磁环境(ElectromagnetieEnvironment简称EME)“是由存在给定场所所有电磁现象的总和它包括自然的和人为的有源的(直射波)和无源的(反射波)静态和动态的它是由不同频率(f)的电场(E)和磁场(H)组成。变化的电磁与磁场交替在空间传播当频率大于lOOkHz时电磁波离开导体通过空间传播这种在空间中传播的电磁能量即为电磁辐射.随着科学技术的发展和社会进步人们在生产和生活中使用的电器及电子设备的数量越来越多致使我们面临的电磁环境越来越恶劣对人们的生产和生活造成严重的危害主要有下列四个方面:第一章绪论()对无线电信号和通讯系统的干扰。大功率无线电发射机或者汽车、电气化铁道的电力机车产生的电磁干扰可使附近的通信、雷达、导航、广播、电视接受机的信噪比大大下降甚至根本无法工作。设备的开关动作产生的电磁辐射能使接受机工作失常。另外雷电电磁脉冲每年都要酿成火灾、电气设备损毁、通信线路中断等严重的后果。()对武器装备的危害。现代的无线电发射机和雷达能产生很强的电磁辐射场。这种辐射场能引起武器装备系统中的灵敏电子引爆装置提早启动:对制导导弹会偏离飞行弹道。国内外都发生过由于机载电子设备的干扰而引起飞机偏航、损毁或意外投弹的事故。()泄露国家机密。在当今的信息时代计算机的应用范围越来越广使计算机系统成为信息系统的重要存贮库。同样有关国家安全、国家军工、国民经济建设重要数据信息也集中于计算机系统。但由于计算机在运行中会产生微弱的电磁辐射而这很小的泄露就能够被高灵敏度的接收系统接收这就很有可能造成机密的泄露。()对人体的危害。强电磁辐射照射人体可使人昏迷:电磁辐射对人体产生的致热及非致热效应可使人发生头痛、神经衰弱、生殖器官受损等各种病理反应:电磁辐射在金属体上产生的感应电压可灼伤接触金属体的人体部位。上述().()方面是典型的电磁干扰问题第()方面是电磁辐射问题而第()方面的问题通常又称为电磁污染。所谓电磁干扰(ElectromagneticInterference简称EMI)是指电器或电磁设备的运行总是伴随着电磁能量的传递和转换因为不可避免地会有部分电磁能量通过各种途径祸及到邻近的其他部分或系统并对本系统和邻近的敏感设备或系统的工作产生影响。而电磁污染是指电磁辐射强度超过国家允许标准的一种现象。为了造就一个良好的电磁环境减少各种相互干扰和电磁污染对电磁环境监测的研究就显得非常重要。..无线电频谱管理无线电监测是无线电频谱管理的一个过程现代监测主要是利用计算机、DSP数字接收机及附属设备自动完成频段、频谱监测、未知无线电目标测向、无线电信号未知各种参数的分析为无线电频谱管理、频率指配和规划提供支持。无线电频谱管理主要功能如图.所示:基于GSM无线电监测测向系统的设计与实现图.无线电频谱管理无线电频谱监测在实践中是必须的因为实际情况中虽然每一无线电用户都指配了核准使用频谱但这并不能保证一定像所规划那样使用。无线电频谱监测系统就是用于检查指配的频道是否按规定的业务、参数工作未指配的频道是否被非法占用的检查系统。一般来说无线电频谱监测的目的是为无线电频谱管理、频率指配和规划提供支持。无线电频谱管理“包括关于工程技术领域的决策。需要对信息、能力和所涉及的选择进行适当的评估经过社会、经济和政治考虑最后以工程和技术因素为基础做出决定。因此无线电频谱管理机构需要精通有关的分析技术并具备技术开发方面知识的能力同时能考虑到国家政治和经济因素的政策规划提出公平的评价:能够确定解决干扰问题确定设备必须的技术特性以保证系统之间的兼容在某些情况下鼓励使用非无线电技术。一个重要的方面是需要使用各种模型由相应数据库提供输入数据从而完成频谱管理分析工作。例如通过电磁兼容分析借助计算干扰的可能性评估频率共用的潜力以便科学合理地进行频率指配提高频率利用率。..研究内容.本课题研究的内容及意义本篇论文主要依据《中华人民共和国无线电管理条例》嘲m在无线电信息监测现状基础上结合GSM网络短消息的信息传输原理应用EB监测设备作为接收机设计并实现了无线电监测测向系统。由于传统的无线电监测管理普遍存在覆盖频段窄监测覆盖面积小分布不均匀发展不平衡的状况。造成管理不适应发展和管理不到位的现象不但严重地影响了无线电管理科学化的进程更难以满足我国进入WT逐步开放通信市场第一章绪论所带来的无线电通信高速发展和激烈竞争的要求。现有的监控软件都是单机监测地方性的测试监测结果也不能及时准确地反馈到管理部门从而导致了管理效率的低下。本篇论文设计并建立的无线电监测测向系统有效地解决了上述的问题:并且即使工作人员不在机房也能随时随地的了解监测情况对于出现的非法信号、违规信号可以在第一时间了解到同时系统对该信号进行监测、测向、分析、记录从而高效率的处理问题。针对基于GSM无线电监测测向系统本论文主要分为五章:第一章.绪论。简要介绍了本篇论文的背景知识包括无线电测向的理论基础和无线电监测的发展情况之后给出了本文的总体研究内容和意义。第二章.GSM短消息业务。简要介绍了GSM背景知识详细介绍了短消息特点以及实现和编码方式最后对于串口的初始化和串口的读写过程做了详细的介绍。第三章.需求分析。从整体上给出了该系统的总体设计方案、设计要求、设计目标、开发平台、运行平台。第四章.监测测向系统设计。分别从硬件、软件两方面对系统进行了详细设计。详细介绍了远程控制设备的使用和配景以及本地设备的连接列出了本系统的各个功能模块以及对各功能模块进行功能性的说明。最后描述了短消息模块的设计过程给出了GSMModem的配置和串口设置和运行结果分析。第五章.总结与展望。对本文所做的工作进行了总结。进一步说明了主要的创新点和所存在的不足之处并提出了一些改进该系统的建议。..研究意义本课题完成了基于GSM传输的工程项目在开发和修改无线电监测系统的过程中提出了保证系统可靠性、高效性及低运营费用的解决方案。而项目中形成的产品GSM终端模块在工业应用中具有一定的通用性可以广泛地应用于这种基于无线模式的数据信息传输系统中而这种系统在工业及市民日常生活中已越来越常见。因此虽然此次课题研究的具体内容虽然足为一特定项目开发而作但是不仅为合作单位降低了产品成本同时也积累了更多的GSkl应用上的经验进一步拓宽了GSMSMS的应用领域。所形成的产品。凭借其实用性可期待更广阔的市场前景。本课题为今后在GSM技术开发及应用一Ij的进一步发展奠定了坚实的理论和实践基础。第二章GSM短消息业务第二章GSM短消息业务.GSM介绍GSM(GlobalSystemforMobileCon珈unication)全球移动通信系统是世界上使用最为广泛的移动通信协议之一是由欧洲ETST组织提出的第二代数字蜂窝移动通信系统标准采用TDMA/FD姒复用方式以及数字化语音编码和数字调制技术以语音业务为主也支持无线的数据业务是世界上使用最广、用户数最多、覆盖面积最大、技术上最成熟的移动通信系统。GSM系统具有高频谱效率、安全性高、稳定性好、集成度高、容量大、开放性的接口、抗噪音性能强和覆盖范围广等特点全世界己有多个国家和地区建立了GSM网络实现全球漫游。GSM网络系统采用数字蜂窝通信系统其主要组成部分可分为:网络系统、基站子系统和移动台。网络系统由移动交换中心操MSC操作中心OMC和本地位置寄存器HLR访问位置寄存器VLR鉴权中心AUC和设备标志寄存器ERI等组成。基站子系统Bs由基站收发台BST和基站控制器BSC组成。移动台MS即足手机或车载台GSM移动台必须配合用户识别模块(Sim卡)使用才能合法地接入GSM通信网络进行信息交换。GSM提供的服务可以使得人们不受空间、地域的限制随时随地获取所需的信息可以在移动中收发短信、收发Email、收发传真、访问Internet等。..短消息简介.短消息介绍短消息(SMS)是通过GSM(GlobalSystemforMobilecommunication)网络传输的有限长度的文本信息。它是根据ETSI(EuropeanTelecommunicationsStandardsInstitute.欧洲电信标准化协会)组织制定的规范(GSM和GSM)进行服务的短消息的主要用途是实现移动用户之间的信息传递也可以通过短消息中心查询或预定信息。短消息是GSM网络中唯一不要求建立端到端路径的业务即使移动台己处于完全电路通信情况下仍可进行短消息传输因为短消息发送占用的是信令通道在移动台占线而无法通话的情况下仍可接收短消息。短消息采用存储转发模式一短消息被发送出去之后。不是直接发送给接收方而是先存储在SMSC(短消息服务Io基于GSM无线屯监测测向系统的设计与实现中心)然后再由SMSC将短消息转发给接收方。如果接收方当时关机或不在服务区内短消息发送会失败但SMSC就会自动保存该短消息一旦用户开机或返回服务区GSM系统就会及时通知SMSC重发用户会立即收到短消息。短消息使用SS信令信道传输数据分组。所以系统可以支持短消息与话音、数据、传真等业务的同步传输。即使在业务信道处于高峰期的情况下也照样可以使用短消息顺利通信。一则SMS信息最多可达个字节(约七十个汉字)与大约秒钟的语音呼叫所占用的空问相当故而其通讯费用十分低廉。短消息通信仅限于一个消息换言之一个消息的传输就构成了一次通信因此业务是非对称的。系统认为不同的短消息彼此独立消息的传输总是由处于GSM外部的SMSC“”(ShortMessageServiceCenter)短消息服务中心进行中继消息有目的地或起源地但只与用户和SMSC有关而与其他GSM基础设施无关。像电子邮件一样SMS信息可以长时间被保存在手机终端或者SMSC。同样它还允许组合信息因此SMS可以有不同的消息格式包括声音邮件EMail和传真。SMS需要硬件产品的支持而经过多年发展现在大多数移动设备厂商如Ericsson。Motorola和Nokia等其手机产品都具有SMS功能。短消息简便快捷的性能和相对低廉的收费赢得了广大用户的青睐同时利用SM网络短消息平台资源为许多类型的远程监控提供了技术手段可以实现数据的远程交互特别适合于移动、分散、无人值守的监控领域。选择GSMModem实现小批量、远程数据传输控制从安全性、稳定性、收发信息量、可扩展性、运营费用。..短消息实现手机的短消息实现’目|{『有三种方法:.通过移动网关发送短消息使用该方法不需要附加的硬件但是需要到电信部门申请网关比较适用于一些大型的网络通讯公司开发目前华为中兴等公司就做的这方面的工作并且还有相应的开发包供开发人员使用。.在电脑上通过GSMMODEM向手机发送中文短消息这是目前比较适合于小项目开发的一种方法所需硬件包括一款手机提供GSMMODEM以及相应的数据线或是红外线适配器。该方法编码简单只需对AT指令和串口编程比较熟悉就可以实现而且对硬件需求不高并能自动收发短消息。.通过一些网站上提供的短信发送功能来实现比如新浪网网易都提供这方面的服务这种方法是这三种方法中实现起来最简单所需资源最少的但是对于网站的依赖性太强对网络的依赖同样无法避免不适用于项目开发。第二章GSM短消息业务II由于第二种方法实现起来比较简单方便而且费用低廉因此本论文利用GSMModem和串口通信来完成监测测向系统的设计和实现。..短消息PDU模式短消息的发送是指通过GSM网络将有限长度的文本信息从发送方传输到接收方的过程。短消息的发送方式指发送的文本信息采取的协议格式它取决于网络中SMSC能支持的接口。ETSI制定的短消息发送协议定义了三种接口模式“”:块模式、文本模式和PDU(ProtocolDescriptionUnit)模式用于移动台和终端设备之间通过异步接口传送短消息数据““。()块模式(BLOCKMode):块模式是一个二进制协议用于移动台和SMSC之间的短消息传输的PDU封装。它包括了差错检测适合应用于移动台之间链路容易出错的情况。它的应用数据部分的二进制串内容包含报头和短消息PDU。()文本模式(TEXTMode):文本模式是在为GSM修改的AT命令集的基础上定义的基于字符的协议适合非智能终端仿真器。发送时直接把纯文本消息传给通信设备由通信设备来构造PDU。文本模式提供的功能比上述块模式和下面的PDU模式少。在文本模式下短消息对扩展字符的能力有限。()PDU模式(ProtocolDescriptionUnitMode):PDU模式“和文本模式相似区别只是它将组装短消息TPDU的任务留给发送短消息软件来完成。该模式使AT命令集能方便地构成更多复杂的PDU可以使用任何编码方式例如既可以传递二进制数据也可以传送字符数据。这种模式给AT命令集带来了方便。支持块模式的手机厂商十分少但基本上都支持PDU模式和文本模式。特别值得一提的是:通过PDU编码的短信息内容可以是文字、声音或图像。那么从广义上来看也可以将一般的数据文件经过PDU编码后进行发送和传输。特别是现在彩信的出现使人们可以传输彩色相片。到现在PDU己取代BlockMode后者逐渐淡出。基于上述原因在课题设计和实现的远程监控系统中短消息的发送采用PDU模式。用PDU模式】I”收发短消息可以使用三种编码:bit码、bit编码和UCS编码。bit编码用于发送普通的ASCII字符:bit编码通常用于发送数据消息如图片或铃声等:UCS编码用于发送Unicode字符。编码格式有两种:ASCII和USC分别用十六进制oo和表示。对短消息内容数据进行编码时对应发送内容为纯英文或非纯英文可以分别用ASCII或USC的编码格式。发送的内容长度最多为个字节当采用USC编码时。最多可发送个字符:对于采用ASCII编码(PDU七位编码)的纯英文字符可发送个字符(./)。基于GSM无线电监测测向系统的设计与实现PDU模式发送或接收手机短消息正文都是以十六进制进行传送。在发送的时候要对短消息内容进行相应编码同样接收的时候要对短消息内容进行解码。因为GSM只支持ASCII码值从Ox到OxF的个字符这些值只需要bits去定义而SMS报文是以bit字节序列传输的因此GSM使用一种编码方式将一bitASCII码值序列压缩成bit字节序列。对于英文与数字字符由于它们的ASCII码值小于所以它们在表示时只需要用位就可以了。在进行编码时只需依次将下一个位编码的后几位逐次移至前面形成新的位编码。.串口初始化和读写计算机收发短消息需要借助一个连接在串口上的GSMModem来实现。计算机并不直接与Modem通信而是通过向串口发送AT命令的方式间接地控制了Modem的工作所以要实现对Modem的控制实际上只要实现对串口的读写就可以了。串口是外部设备的一种。操作系统通常是把设备当成文件来处理的Windows操作系统也不例外。所以在WindowsAPI中打开串口准备进行通信是使用CreateFile函数而对串口的读写是通过ReadFile和WriteFile来完成的。我们就是借助这些API函数来进行串口通信“”“”进而完成短消息收发功能的。..串口初始化收发短消息前先对RS一串行端口进行初始化这是使用串口进行通讯的必要条件。其中包括选择COM端口号设置通信速率、数据位、奇偶校验、停止位以及缓冲区的大小和超时值。由于场合不同、用途、功能的不同对串口也采取不同的配置方式为了使短消息模块更灵活适应面更广采取将所有的可能参数都预先设置在几个组合框中可以在程序运行后随时更改设置。实现初始化的函数是penconnection它的具体流程如图.所示。第二章GSM短消息业务l打开Cm通ate信Fi.未口』上l设备控制块结构。cB的设置』土l读。写etUp缓Co冲mm设O置』上I读写超时值设置ISetCommTimeOuts圈.I串口初始化流程图.串口的打开win系统对文件的概念进行了扩展。无论是文件、通信设备、命名管道、磁盘、还是控制台都可以用API函数CreateFile()来打开或创建。通信串口也是用函数CreateFile打开的它的原型如下:.DcB的设置在打开通信串口设备句柄后需要对串口进行一些初始化工作。一般通过一个DCB结构来进行查询设置。DCB结构包含了诸如波特率、每个字符的数据位数、奇偶校验和停止位数等信息。在查询或设置串口的属性时都要用DCB结构来进行缓冲。查询串口属性时先调用GetCommState函数获得串口的配置该函数把当前配置填充到DCB结构中。一般在用CreateFile()打开串口后就调用GetCommState()函数来获取串口的初始配罨。设置串口属性时应该先修改OCB结构然后再调用SetComState函数把修改过的DCB结构设置到串口。监控系统设置的参数足通信速率bps位数据位、无奇偶校验位、位停止位。.缓冲区设置除了在DCB中设置串口的属性外还需要设置i/缓冲区的大小和超时。Windows用I/O缓冲区来暂存串口输入和输出的数据如果通信的速率较高则应该设置较大的缓冲区。调SetupComm()函数可以设置串口的输入和输出缓冲区的大小。监控系统设置的缓冲区大小是个字节。.读写超时的设置在读写串口时需要考虑超时问题。如果在指定的时间内没有读出或写入指定数量的字符那么读写串口的操作就会结束。基于GSM无线电监测测向系统的设计与实现超时值包括间隔超时和总超时两种。间隔超时是指在接收时两个字符之间的最大时延:总超时是指读写操作总共花费的最大时间。写操作时只支持总超时而读操作两种超时均支持。..串口的读写.读}弘口Windows提供的读串口函数ReadFile()只要在串口输入缓冲区中读入指定数量的字符就算完成操作。在用函数ReadFile()读串口时既可以同步执行也可以异步(重叠)执行。在同步执行时函数直到操作完成后才返回。这意味着在同步执行时线程会被阻塞从而导致效率下降。在异步执行时即使操作还未完成调用参数lpOverlapped在异步操作时应该指向一个OVERLAPPED结构如果该参数为那么函数将进行同步操作而不管打开串口的句柄是否是由FILEFLAGVERLAPPED标志建立的。.写串口Windows提供的写串口函数WriteFile不但要把指定数量的字符拷入到输出缓冲中而且要等这些字符从串口送出去后才算完成操作。在用函数WriteFile()写串口时既可以同步执行也可以异步执行。为了方便短消息的收发和提高代码效率短消息模块中用WriteComm函数对写串口函数进行了封装WriteCo哪函数中先调用函数WriteFile()把数据写入串口缓冲区并从串口发送出去。如果WriteFile()函数写入不成功可以调用函数GetLastError获知操作不成功的原因然后用函数ClearCommError()清除串口错误再次用WriteFile()写入数据如果连续三次写入都不成功返回错误结果。第三章需求分析第三章需求分析.概述全国短波监测网络系统由国家无线电监测管理中心和分布在各地的多个短波监测站组成每个监测站都配有接收机、频谱仪以及测向仪等多种监测设备这些设备既可用于各个监测站平时的本地监测任务也可通过全网统一指挥来完成多站配合监测任务所有的监测站在逻辑上由国家无线电监测管理中心统一管理。国家无线电监测管理中心与各地的监测站通过租用专线以广域网的方式连接起来。全网的中心数据库也放在国家无线电监测中心各个监测站通过本地的分布式数据库来与中心数据库同步。整个系统的结构如图.所示“”:图.系统结构国家无线电监测中心基于对全国无线电监测系统的整体考虑提出了以下总体要求“捌:实现无线电管理和监测所要求的功能利用现有的先进计算机和数字电路技术充分发挥无线电综合监测设备的硬件工作性能。友好的界面和方便灵活的操作。(基于Windows窗体采用事件驱动中文图形界面可多任务、多用户操作)系统采用模块化结构便于硬件设备和软件的更换、扩展和升级以满足不断发展的需要。可实现多线程及多进程工作方式以提高监测设备的工作效率。(充分利用计基于GSM无线电监测测向系统的设计与实现~算机资源和网络带宽实现数据的实时采集和通讯:监测系统与其他办公管理系统互连实现数据的高度共享:可以将监测功能和测向功能分开同时完成等)具有良好的兼容性(不同的接收机ICEESMBHPh等:不同的监测系统一德国RIS公司产品:不同的管理系统~国家无委频率管理系统、台站管理系统等:而且与网络硬件无关)和可靠的稳定性。具有灵活的联网功能。(包括:综合监测系统内部网、与其他数据库数据交换、与其他监测系统联网、局域网、Internet网等)网络平台采用Windows操作系统能跨平台运行能联网监测测向交叉定位。数据库系统采用国家无委推荐的Oracle数据库确保系统的高度灵活性、安全性。可一次总体规划然后分步实施。根据国家玉委的总体要求以及对短波监测网络系统的需求可以划分出以下儿类需求:基本监测功能包括:ITU测量、频谱分析、测向、音频、频率表扫描、信号解码、调制解调分析。这些功能的基本数据都可以从监测硬件设备(接收机、频谱仪、测向仪等)返回的都是整个系统所需要的基础数据。所以上述功能也是构建短波监测网络系统的最重要、最基本的功能。综合监测功能包括:扫描搜索与监听、交会定位、占有度分析、全景显示、干扰互调分析。这些功能的实现需要基于基本监测功能实现是对若干个基本监测功能的综合或再处理。从系统整体上看也可以认为它们是基本监测功能。>数据库相关功能包括:台情数据库管理、监测数据保存与回放、数据库管理与维护、报表生成与打印。监测任务包括:日常监测、指挥操作、干扰查处、自动控守、长时问数据采集。系统配置与管理包括:电子地图管理、监测站配置、设备与设备参数配置管理、日志管理、用户帐号与登录管理、全网管理、监测任务管理等。网络通信作为系统中最基本的功能网络通信会被上述大多数的功能使用。同时还包括:与其他公司开发的相关系统进行通信以及与无委内部数据库信息系统通信等。从上述的总体需求可以看出整个系统涉及了很多方面的技术包括网络、数据库、地理信息系统以及驱动开发等等同时需要实现的功能很多并且很繁第三章需求分析杂如果在分析设计的时候不能很好的整理清楚那么最后实现的系统必然是杂乱无章的就更不用谈模块的重用了。根据上述分析在系统设计时需要重点考虑以下几个方面:.分离出通用功能包括:网络通信、日志管理、用户帐号与登录管理、数据库管理、报表生成与打印、电子地图管理。对于这些通用性的功能可以考虑做成独立的组件供系统使用。分离出这些功能需求的另一个好处是剩下的需求集合变小利于进一步分析。.分析监测相关功能系统中包括三大部分与实时监测业务相关的部分:基本监测功能、综合监测功能以及监测任务其中综合监测功能可以看作是对基本监测功能的组合和加工而监测任务又可以看作是若干个综合监测任务的序列(当然监侧任务可能还会涉及其他基本功能)。所以后者对前者是有依赖性的在系统设计时就要注意到这一点。.对网络通信的分析在本系统中网络通信是一个必不可少的基础部分系统中的大部分功能都需要通过网络通信才能完成而且具有以下的特点:传输的数据量大。在远程实时监测中需要不停的传送监测数据(包括ITU数据、频谱数据、音频数据等)数据流量非常大。因此在网络带宽有限的情况下需要采用传输效率较高的传送协议。需要高可靠性保证。特别是在传送控制命令时一定要保证可靠性。需要处理并发任务。例如:在做多站交会定位时可能需要与同时与多个远程站点交换数据。这就需要实现网络操作并行任务控制。.数据库总的来说虽然数据库在本系统中不是关键业务的支撑但是也非常重要它的功能主要体现在以下几个方面:数据存储与查询。例如:用户可能需要将实时监测数据保存在数掘库中在需要的时候进行回放和进一步的分析处理。数据备份。对重要数据需要进行备份数据库本身的备份/恢复功能非常强大因此可以不再需要进行额外的备份开发。报表和打印。数据库的管理。如增删改操作。相对来说数据库是系统中比较独立的一部分可以将数据库与其他的数据存储介质做一个通用的抽象定义好数据交换接口就可以了。.监测任务管理基于GSM无线电监测测向系统的设计与实现本系统中大部分功能都是以监测任务形式出现的具有以下特点:一个任务通常都是由多个子功能组成。任务的持续时间较长。可以允许多个任务同时运行。如果对任务的处理不当则整个系统就无法正常运行。因此需要考虑一种好的方法或者模式来管理任务。.数据流本系统的一个很大的特点就是:系统中包含了大量的不同格式数据包的流动例如:IIO数据、频谱数据、音频数据、设备参数等等。这些数据结构有简单的也有非常复杂的有定长的也有变长的大小差别也很大。所以需要专门考虑框架对这些数据流的处理。.方案设计监测系统对本地的频谱资源使用情况进行监测和分析协助国家无线电管理委员会管理完成基本的频潜频点频段分析一旦有非法电台或者违规电台出现则对当时的数据予以记录和保存同时以将监测结果以短信方式传送给管理员。.系统设计原则()确保所建无线电监测测向系统的可靠性、实用性和先进性兼顾经济性和可扩展性。()确保所建无线电监测测向系统的测向准确度和测向灵敏度等主要技术参数达到规定的指标。()所建无线电监测测向系统符合ITUIEC和TEEE以及我国国家无线电管理委员会的有关标准。()所建无线电监测测向系统遥控交会具有实时性。()软件采用模块化设计界面符合ITU要求具有多级安全设计。.系统整体架构在分析无线电监测测向系统的特点的基础上提出无线电监测测向系统架构如图.所示。第三章需求分析图.无线电监测测向系统架构各层说明如下:核心控制层只负责管理各个功能模块传递消息以及维护模块之间的关系。他本身不完成具体的功能实现。用户界面层负责数据的输入与显示与具体的业务逻辑完全隔开。通用功能模块实现一些通用的功能.包括:网络、数据库、报表、文件等操作.在模块内部通过调用具体的^PI来完成相关功能但对模块的调用者屏蔽这些实现细节。通过定义好的稳定的接口调用者就无需了解功能的实现细节。同时由于该模块实现的是通用的功能则这些功能还可以应用在以后的其他系统中。无线电监测功能模块实现与无线电监测业务相关的功能包括:测向、ITU测量、频谱分析、ITU测量频谱分析(综合)、测向频谱分析、全景显示、扫描搜索与监听、多频点测向、时间占用度(频率占用度)、长时问数据采集、干扰互调分析、交汇定位、信号解码以及监测设备管理。设备驱动模块包含在无线电监测功能模块中即设备驱动模块只对无线电监测功能模块可见其他模块要使用设备只能通过无线电监测功能模块间接调用。这样就对其他模块屏蔽了硬件设备驱动的细节让他们只需要关注业务功能需求。.系统主要功能软件系统的主要功能可分为:指挥操作功能、实时监测与钡《向功能、非实时的监测与测向功能、网络通讯与远程控制功能、数据库管理与数据后处理以及自动值守与报警等功能。实时监测和分析功能实时监测功能提供对国内外短波电台的技术参数进行常规的ITU测量常规统计:对国内外短波干扰信号进行测向定位确定干扰源:对国内外短波电台的信基于GSM无线电监测测向系统的设计与实现号进行监听和长时间监测等功能。ITU测量对单个频率点的频率、频差、电平值、场强值、调制度(AM)、频移(刚)、相移(Fro)和带宽等参数进行实时监测。测向。国家无线电监测中心总控制室可以启用各地监测站进行实时测向返回测向结果并在总控室的屏幕上显示出交会定位地点。由于采用在软件层实现点对点通讯结构实现无主站、无控制中心工作力一式。在各地监测站也可以启用其他各地监测站进行实时测向返回测向结果并在各地监测站的屏幕上显示出交会定位地点。指挥操作。指挥操作主要用于在监测和测向过程中人工干预监测和测向操作的过程其主要特点在人工参预操作:在下达指挥操作指令时不仅需要监测和测向所需数据同时要求给出人工干预所需要的状态指令、信号种类信号特征、接收背景、被测信号状态(出、停说明)等数据各监测站根据监测指令进行操作并将操作结果返回指挥中心:指挥可完成监测和测向的所有功能。中频频谱分析。中频分析主要用于监测、分析本信道和邻道的频谱分布情况频谱数据可以来源于本地短波监测站也可以来源于异地远程短波监测站。频段扫描与占用度测量。设定一段频率范围、电平门限以及扫描步长可以对该频段内的频率点进行频潜扫描。生成扫描图形以进行频段分析。同时可完成对发射机的长时间监测即时间占有度测量、统计、记录。信道扫描与占有度测量同时对一些小连续的离散分布的频率点进行监测亦可完成时间占有度测量和分析(功能同上)。监听与录音语音的实时监听。对监听信号的声音可以进行录音、回放与各种编辑以及声控自动录音。录音时间最长为分钟。录音可采用多种数据格式语音的数据格式可进行转换数据压缩等。非实时监测功能(执行下达任务、定制工作任务表)以上所有的实时监测功能都可以进行非实时监测非实时监测可分为几种情况主要包括执行下达的任务定时完成工作任务表等。电子地图功能电子地图可采用纯矢量化地图(一维或二维)、栅格图和瀑布图。电子地图支持采用国家无线电监测中心的地理信息系统不仅能完成电子地图的基本功能和操作而且可实现测向交会、目标跟踪等功能。网络通讯与远程控制无线电监测系统内部网络在介质层可采用所有的网络结构在软件层采用多线程技术实现点对点通汛结构。这样司可充分利用计算机资源和网络带宽实现数据的实时通讯。数据库管理第三章需求分析l根据国家无线电监测中心的台站数据库设计规范和短波监测标准建认短波监测数据的标准库和扩展库包括:信号资料数据库和台情数据库。建立的短波监测数据数据库可以作为国家无线电管理委员会《无线电信息管理数据库》的子库与国家无线电管理委员会《无线电信息管理数据库》进行无缝链接。自动值守与报警功能自动值守功能提供对短波电台感兴趣的无线电通信信道或短波干扰信号实行小时跟踪对重要部门无线电通信信道实行小时监测及时发出异常报警等功能。.系统功能实现关键技术模块化设计系统设计中采用模块化设计:每项功能设计成相对独立的功能模块模块与模块之间各自预留接口通过调用DLL接口的方式相互调用。这就要求每个模块有自己独立的参数、变量和过程:各个模块的功能不重复。每个模块功能可以重复调用。模块化设计的优点:利于开发分工、减少程序的开销、提高代码使用效率等。灵活的CTS系统(电子地图)电子地图的数据格式可以兼容一维和二维地图。根据用户需要也可以使用Mapinfo和ARCGIS等数据格式并提供相应的地理信息系统平台。电了地图采用最新的ActiveX技术不采用陈旧的平台加嵌入式技术来实现。基于Socket的网络通信接口设计Socket(套接字)是一种网络应用编程接口应用程序可以通过他获得网络系统提供的数据传输服务实现网络通信的功能。基于基本的

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