為了從無線電信號(hào)中獲取對(duì)方的信息而對(duì)通信信號(hào)進(jìn)行搜索、截獲、測(cè)量、分析、識(shí)別、監(jiān)視以及對(duì)輻射源測(cè)向和定位，以獲取其技術(shù)參數(shù)、功能、類型、位置和用途而構(gòu)成的系統(tǒng)，稱為無線偵察接收機(jī)系統(tǒng)。其中計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)是整個(gè)偵察接收機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分，本系統(tǒng)中軟件和硬件之間的數(shù)據(jù)傳輸是依靠網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行的。
    本文在分析網(wǎng)絡(luò)無線偵察接收機(jī)軟件系統(tǒng)框架的基礎(chǔ)上，結(jié)合wxWidgets庫給出如何設(shè)計(jì)用戶界面、如何利用wxMathPlot對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行畫圖、信號(hào)處理的基本方法，重點(diǎn)分析了如何解決網(wǎng)絡(luò)接收數(shù)據(jù)時(shí)可能出現(xiàn)的“粘包”問題，最后給出了軟件運(yùn)行效果。

1 網(wǎng)絡(luò)無線偵察接收機(jī)軟件系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
    網(wǎng)絡(luò)無線偵察接收機(jī)的總體設(shè)計(jì)如圖1所示。硬件系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)采用TCP／IP協(xié)議傳送給信號(hào)實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)。整個(gè)軟件系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)模塊組成：網(wǎng)絡(luò)模塊、GUI模塊、信號(hào)處理模塊、畫圖模塊、存儲(chǔ)模塊。其中網(wǎng)絡(luò)模塊主要負(fù)責(zé)接收硬件發(fā)送的數(shù)據(jù)；GUI模塊則負(fù)責(zé)與用戶的交互；信號(hào)處理模塊則主要負(fù)責(zé)對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行一定的處理，如功率譜估計(jì)、解調(diào)等；畫圖模塊則需要將網(wǎng)絡(luò)收到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示在用戶界面；存儲(chǔ)模塊則負(fù)責(zé)將收到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在電腦磁盤。其中GUI模塊是整個(gè)軟件系統(tǒng)的核心，其余各模塊之間的信息傳遞則是通過GUI模塊，GUI模塊相當(dāng)于一個(gè)信息中轉(zhuǎn)站。

    目前支持C++進(jìn)行GUI開發(fā)的軟件包很多，主流的包括wxWidgets、MFC、QT等等。和其他GUI開發(fā)庫相比，wxWidgets擁有豐富的并且開源組件，可以吸引眾多人士對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)，對(duì)其不斷擴(kuò)充和發(fā)展；為其所支持的各種平臺(tái)提供幾乎一致的GUI應(yīng)用程序接口(API)。程序從一個(gè)平臺(tái)換到另一個(gè)運(yùn)行，只需要重新編譯，鏈接相應(yīng)的庫文件即可。它提供了一個(gè)與平臺(tái)無關(guān)的framework，所以程序設(shè)計(jì)時(shí)選用wxWidgets-2.8.0庫進(jìn)行GUI開發(fā)，編譯工具使用的是codeblocks8．02。

2 關(guān)鍵模塊設(shè)計(jì)
2．1 GUI模塊的設(shè)計(jì)
    Win32程序的main函數(shù)代表程序運(yùn)行起點(diǎn)，對(duì)于wxWidgets程序，整個(gè)程序的執(zhí)行即主線程開始啟動(dòng)，是從建立一個(gè)wxApp類的對(duì)象并調(diào)用其類成員函數(shù)OnInit()函數(shù)開始的。OnInit()函數(shù)中需要完成的工作則是創(chuàng)建程序窗口的實(shí)例。程序中使用的頂層窗口是從wxFrame(一個(gè)可以容納其他窗口和控件的頂層窗口，通常擁有標(biāo)題欄和菜單欄)派生出來的。

2．2 畫圖模塊的設(shè)計(jì)
    信號(hào)處理的結(jié)果需要在界面上顯示出來，如頻譜圖，星座圖等。
    wxMathPlot是一個(gè)用來畫二維曲線的圖形庫。系統(tǒng)中主要使用該庫繪制一些分析曲線，向用戶展示分析結(jié)果(如頻譜圖)。wxMathPlot采用的也是類繼承的方式。坐標(biāo)軸和曲線都是以Layer的方式疊加在畫圖窗上的。
   
    
2．3 信號(hào)處理模塊的設(shè)計(jì)
    為了了解信號(hào)各頻率成分的構(gòu)成情況，對(duì)網(wǎng)絡(luò)收到的硬件采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行功率譜估計(jì)。估計(jì)方法包括經(jīng)典功率譜估計(jì)和現(xiàn)代功率譜估計(jì)方法。系統(tǒng)中使用的主要是經(jīng)典功率譜估計(jì)，其中又包括周期圖法和BT法，下面簡要介紹一下周期圖法計(jì)算功率譜的計(jì)算步驟：
   
    其中步驟1)是指取觀測(cè)樣本的N個(gè)值對(duì)其進(jìn)行N點(diǎn)的傅里葉變換，得到的結(jié)果UN(ω)，步驟2)中對(duì)UN(ω)模的平方是確定信號(hào)uN(ω)的能量譜，對(duì)能量譜除以持續(xù)時(shí)間N，其結(jié)果是對(duì)uN(n)的功率譜估計(jì)。
2．4 網(wǎng)絡(luò)模塊的設(shè)計(jì)
    網(wǎng)絡(luò)模塊是基于TCP／IP協(xié)議采用C／S通信模型完成的。在C／S模型中，PC屬于客戶端(Client)，而硬件屬于服務(wù)器端(Server)。由用戶在界面上設(shè)置連接硬件所需要的IP地址和端口號(hào)，PC端主動(dòng)向硬件發(fā)起連接。連接建立以后，PC通過以太網(wǎng)接收硬件采集的數(shù)據(jù)。圖2展示了C／S通信模型的實(shí)現(xiàn)框架。

    實(shí)際上，在網(wǎng)絡(luò)中傳送的數(shù)據(jù)都被分割成包(packet)的形式進(jìn)行傳送。在進(jìn)行客戶端程序開發(fā)的時(shí)候，出現(xiàn)“粘包”問題。“粘包”指的是發(fā)送方發(fā)送的若干個(gè)數(shù)據(jù)包到接收方時(shí)都粘在一起。圖3(a)～(d)分別展示PC接收到各種粘包的情況。引起“粘包問題”的原因主要包括以下兩個(gè)：1)發(fā)送端：TCP為了提高傳輸效率，如果發(fā)送方發(fā)送的數(shù)據(jù)包很小，TCP不會(huì)立即將該數(shù)據(jù)包發(fā)送出去，而是等收集到足夠多的數(shù)據(jù)，將幾個(gè)數(shù)據(jù)包合成一個(gè)包才發(fā)送出去；2)客戶端：接收方用戶進(jìn)程沒有及時(shí)處理接收到的數(shù)據(jù)，即下一包數(shù)據(jù)到達(dá)時(shí)前一包數(shù)據(jù)尚未被用戶進(jìn)程取走，則下一包數(shù)據(jù)則放在前一包數(shù)據(jù)之后。

    為了解決“粘包”問題，Client和Server端約定好發(fā)送數(shù)據(jù)包的格式如圖4所示。

    當(dāng)PC端收到“粘包”時(shí)，首先經(jīng)過預(yù)處理過程——解包，將粘在一起的包分成獨(dú)立的數(shù)據(jù)包，并將每個(gè)數(shù)據(jù)包中的數(shù)據(jù)取出依次拷貝到pool中分配的緩沖區(qū)中。
    預(yù)處理過程構(gòu)造類PaeketBuilder，該類的具體設(shè)計(jì)如下。


3 軟件運(yùn)行效果
    網(wǎng)絡(luò)無線偵察接收機(jī)軟件系統(tǒng)可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)頻率范圍為頻率范圍20～3 000 MHz的信號(hào)，且對(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的信號(hào)進(jìn)行分析和處理：主要包括電平、場強(qiáng)、頻差、頻偏、調(diào)制度、帶寬等技術(shù)參數(shù)的測(cè)量。其中頻率測(cè)量精度為1x10-7，頻率分辨率為1 Hz。并且當(dāng)系統(tǒng)處于掃描模式下，存儲(chǔ)掃描速度≥700信道／秒，連續(xù)頻率掃描速度>6 GHz／秒，可選步進(jìn)可從125 Hz到100 kHz。該系統(tǒng)可智能地處理多個(gè)同時(shí)被調(diào)度的監(jiān)測(cè)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)多任務(wù)并發(fā)監(jiān)測(cè)。該系統(tǒng)具有自學(xué)習(xí)能力，可在無人值守條件下完成智能化自動(dòng)化監(jiān)測(cè)任務(wù)。
    系統(tǒng)的界面如圖5所示，界面從上到下依次是標(biāo)題欄、菜單欄、工具欄；界面的下方左邊部分是信號(hào)處理參數(shù)配置面板，右邊部分主要用來顯示各種信號(hào)處理的結(jié)果，圖5當(dāng)前展示的就是功率譜估計(jì)結(jié)果顯示窗，窗口顯示的是信號(hào)的頻譜圖。目前，該系統(tǒng)可以正常接收硬件發(fā)送的信號(hào)，并從中提取出其技術(shù)參數(shù)如調(diào)制方式、調(diào)制度、頻率、帶寬等。

4 結(jié)束語
    信號(hào)實(shí)時(shí)處理顯示軟件系統(tǒng)滿足ITU建議的規(guī)范要求，兼容無線電監(jiān)測(cè)網(wǎng)傳輸協(xié)議(RMTP)，通過網(wǎng)絡(luò)接收硬件采集的無線電信號(hào)，從而達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、測(cè)量和存儲(chǔ)無線電信號(hào)的目的。該軟件系統(tǒng)具有固定頻率監(jiān)測(cè)和掃描頻率兩種工作模式，實(shí)現(xiàn)了對(duì)無線電信號(hào)的頻譜分析。通過該軟件系統(tǒng)的實(shí)施，為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)兼容無線電監(jiān)測(cè)網(wǎng)傳輸(RMTP)協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)化智能無線頻譜監(jiān)測(cè)偵收系統(tǒng)以及產(chǎn)業(yè)化做好準(zhǔn)備。整個(gè)軟件系統(tǒng)的分析設(shè)計(jì)過程均采用面向?qū)ο蠓椒▽?shí)現(xiàn)，借助于模塊設(shè)計(jì)和面對(duì)對(duì)象編程思想使類與類之間的內(nèi)聚性增強(qiáng)，耦合性減弱，提高了系統(tǒng)的可重用性和擴(kuò)展性。