在无线通信的迅速发展下,促使6GHz频率以下频段的使用越来越多。除了现在常用的3G、4G通信网络系统以外,国内的5G通信网络系统已在3300～3600MHz、4800～5000MHz两个6GHz以下频段进行商业试用,国内无人机工作频段、WIFI工作频段为2.4GHz和5.8GHz以及各类无线电台工作频段等众多频段的使用,导致6GHz以下的频谱是越发紧张。并且频谱的使用频带越来越宽,所以合理使用和分配频谱资源可有效促进无线电频谱的发展。然而在实际应用中大量非法无线电设备的涌入,不仅占用了部分合法频谱的频段导致信号之间相互干扰,而且还降低了频谱的利用率,导致频谱使用拥挤,频谱监测的需求越来越多。为了维护空中无线电波秩序,增加对频谱资源的利用率以及对非法无线电设备的定位精度,加强对无线电设备的有效管理,无线电频谱的监测是前提。基于此,针对频谱监测需求,本文结合西安市科技计划项目“电磁空间频谱感知装置设计与开发”,研究并设计了一款空间电磁感知系统设备,频谱感知范围20MHz～6GHz,覆盖了常用的民用频段,可以对环境中存在的射频信号进行有效的监测,也可对无线电非法设备或感兴趣的信号进行定位查找,本文的主要工作如下:(1)首先对认知无线电提出的背景和国内外研究现状进行归纳。结合实际项目需要对课题涉及的技术进行深度研究,提出系统的整体设计方案。(2)空间电磁感知系统设备硬件设计与制作,包括射频接收单元、GPS实时授时单元、网络继电器单元以及网络传输单元,详细描述各单元的主要电路并制作出硬件实物。其中射频接收单元解决了宽带射频接收机镜像频率分量多带来的干扰,所需滤波数量多等技术难点,重点研究了两级混频及20MHz～6GHz频段的合理划分的两级超外差接收结构。采用LTE-6T模块方案设计的GPS授时单元,不仅提高了空间电磁感知系统设备自身的定位精度,还可为采集的频谱提供高精度的时刻点。(3)空间电磁感知系统设备的软件设计。对于GPS实时授时单元的软件、网络继电器单元的软件设计以及射频接收单元与工控机通信设计,傅里叶变换算法的软件实现以及时差(TDOA)定位算法的软件实现。(4)对各单元及整体系统进行功能测试,成功应用于2019年高考安全保障中,并在陕西省西安市临潼区和四川省成都市进行了TDOA定位测试。首先对系统设备的各单元进行了指标测试及分析,其中GPS实时授时单元输出的最高精度可达0.1Hz@10MHz。并对系统的软硬件进行了联调测试,在20～1000MHz内最大衰减2d Bm,在1000～6000MHz频率范围内基本保持线性衰减,即1d Bm/@1GHz,符合项目精度要求。设备在陕西省西安市临潼区和四川省成都市进行了TDOA定位测试,分别进行了近场测试和远场测试,测试结果表明3千米的近场定位测试最大圆误差不超过27米;20千米的远场定位测试最大圆误差不超过200米。