CN101692630A - 复杂电磁环境下星上无线接收系统灵敏度测试方法 - Google Patents
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Abstract
复杂电磁环境下卫星无线接收系统灵敏度测试方法，主要包括无线接收系统不装星时的灵敏度电平无线标定和无线接收系统装星下的灵敏度测试。本发明通过将功率流密度定义的灵敏度转化为功率电平定义的灵敏度，避免了整星在转台各个角度方向上进行测试的繁琐程序，使得无线接收系统装星后在复杂电磁环境下的灵敏度测试大大简化。同时本发明测试方法采用无线方式进行，使得测试结果更接近于卫星在轨运行的实际情况，不仅使得星上电子设备通过传导发出的干扰对无线接收系统的影响得到考查，而且使星上电子设备通过辐射发出的干扰对无线接收系统的影响也得到考查，提高了无线接收系统装星后复杂电磁环境下灵敏度测试的有效性。
Description
技术领域
本发明涉及一种卫星无线接收系统灵敏度的测试方法，特别是一种基于无线接收系统不装星条件下灵敏度电平无线标定的、在复杂电磁环境下的卫星无线接收系统的灵敏度测试方法。
背景技术
系统灵敏度是卫星无线接收系统的最主要的技术指标之一，对系统灵敏度的测试是评估无线接收系统性能的最主要和最普遍适用的方法之一。系统灵敏度的一种定义方法为：以无线接收系统天线特定覆盖空域的功率流密度(dBW/m2)为基础来定义系统的灵敏度。
对无线接收系统自身的基于功率流密度的系统灵敏度测试通常采用无线的方式进行，如图1所示，无线接收系统置于转台上，辐射信号源天线和无线接收系统天线之间的距离要满足远场条件，转台在水平和俯仰两个方向上以一定的步进角度转动，在每一个转动位置进行测试，转台角度中需要包含灵敏度指标中的各边界角度。由此可以看出，系统灵敏度测试在无线接收系统自身层面进行也是一项较复杂、工作量较大的任务。
卫星上有各种电子设备，包括测控应答机、数传等射频设备，卫星上各种电子设备产生的电磁辐射，在星体设备布局、天线布局、整星结构构形、整星供配电的条件下，形成了一个复杂的电磁环境。在这个复杂的电磁环境中，电磁谱线发射和电磁噪声可能被无线接收系统的天线或设备本身(电缆、孔缝等)耦合入系统内部，使无线接收系统的性能受到影响，如灵敏度降低等。因此，在复杂电磁环境中，无线接收系统的性能评估是一个非常重要的问题。在无线接收系统装星的复杂电磁环境下，对系统灵敏度的测试仍是评估无线接收系统性能的主要方法之一。
在无线接收系统装星的复杂电磁环境下进行系统灵敏度测试，需要将整星安装在转台上，使转台在水平和俯仰两个方向上以一定的步进角度转动，在每一个转动位置进行测试。如果采用这种方法测试，则工作量极大，且对测试所使用的转台的要求很高。因此，一直以来在无线接收系统装星的复杂电磁环境下基于功率流密度的灵敏度无线测试无法实现，仅能采用有线方式进行灵敏度测试。
当采用有线方式进行灵敏度测试时，采用射频电缆直接将信号源的信号注入无线接收机，而不使用天线。但是这样又与卫星在轨的实际使用状态(为天线将信号接收后传输给接收机)相差甚远，卫星在轨实际运行时，天线不仅会将有用信号接收，也会将星上电子设备发出的噪声和谐杂波等无用干扰信号接收，而干扰信号进入接收机可能会使接收机的性能发生变化，如发生饱和、灵敏度降低等现象。因此，采用有线方式测试时具有一定的局限性。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出了一种采用无线方式、并避免将卫星整星安装于转台上进行无线接收系统装星的复杂电磁环境下基于功率流密度的灵敏度测试方法。
本发明的测试原理如下：无线接收系统的灵敏度既可以用接收天线口面处的功率流密度(dBW/m2)描述，也可以用接收天线输出端口(无线接收系统接收机入口)的功率电平(dBm)描述。从无线接收系统的对外接口角度看，一般使用功率流密度描述。对于测试信号而言，在天线接收特性一定的情况下，二者可以互相转化，具有确定的对应关系。因此可以将功率流密度定义的灵敏度转化为功率电平定义的灵敏度，以简化测试过程。
本发明的技术解决方案是：复杂电磁环境下卫星无线接收系统灵敏度测试方法，步骤如下：
(1)将无线接收系统的所有天线置于转台上；
(2)转台处于初始位置，对于无线接收系统的各个通道，设置信号源的频率、幅度、调制方式，测试无线接收系统的各个通道在各个工作频点时其接收信号的频率、幅度、调制方式并与相应的参考值进行比较，得到灵敏度电平；
(3)控制转台在水平和俯仰两个方向上以一定的步进角度转动，按照步骤(2)的方法测试在转台的各个转动位置下无线接收系统的接收天线在各个工作频点的灵敏度电平；
(4)从步骤(3)得到的各灵敏度电平值中选取最小的一个作为最低灵敏度电平；
(5)将无线接收系统及其天线装入卫星；
(6)设定信号源的输出功率电平，通过频谱仪进行检测，使得无线接收系统接收天线输出端的功率电平为步骤(4)选取的最低灵敏度电平；
(7)在步骤(6)的条件下，测试无线接收系统的各个通道在各个工作频点时其接收信号的频率、幅度、调制方式并与相应的参考值进行比较，得到灵敏度电平。
所述步骤(2)中转台在水平和俯仰两个方向上转动时，转台的转动位置应包括天线的最大转动角度。
所述步骤(2)和步骤(7)中得到灵敏度电平的方法为：如果频率、幅度、调制方式均测量正确，则降低信号源电平，直到有某一个参数测量不满足指标为止，记录下各参数恰好能满足指标时的信号源电平，通过换算得到灵敏度电平；如果频率、幅度、调制方式测量有错误，则提高信号源电平，直到各个参数均恰好测量正确为止，记录下各个参数恰好能满足指标时的信号源电平，通过计算得到灵敏度电平。
所述步骤(5)中所有无线接收系统的天线按照卫星在轨正常工作时的实际状态布置。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明测试方法采用无线方式进行，使测试结果更接近于卫星在轨运行的实际情况，不仅使得星上电子设备通过传导发出的干扰对无线接收系统的影响得到考查，而且使星上电子设备通过辐射发出的干扰对无线接收系统的影响也得到考查，提高了无线接收系统装星的复杂电磁环境下灵敏度测试的有效性，避免了有线测试灵敏度的局限性；
(2)本发明测试方法将功率流密度定义的灵敏度转化为功率电平定义的灵敏度，避免了采用传统无线方式测试时要求整星安装于转台上的苛刻要求，同时也就避免了整星在转台上对信号源来自各个角度方向上进行测试的繁琐工作程序，使在无线接收系统装星的复杂电磁环境下的灵敏度测试得以大大简化，降低了其复杂性。
附图说明
图1为采用传统无线方式对无线接收系统自身的基于功率流密度的系统灵敏度进行测试的原理图；
图2为本发明方法的流程框图；
图3为本发明实施例中无线接收系统不装星时的灵敏度电平无线标定的测试原理图；
图4为本发明实施例中无线接收系统装星下灵敏度测试的原理图；
图5为本发明实施例中无线接收系统装星下上行链路损耗标定的原理图；
图6为本发明实施例中无线接收系统装星下基于上行链路损耗已标定的灵敏度测试原理图。
具体实施方式
如图2所示，为本发明方法的流程框图，主要包括无线接收系统不装星时的灵敏度电平无线标定和无线接收系统装星下的灵敏度测试两大部分。
无线接收系统不装星时的灵敏度电平无线标定，为无线接收系统自身层面的测试，无线接收系统置于转台上，转台在水平和俯仰两个方向上以一定的步进角度转动，在每一个角度上，进行所有工作频点的灵敏度测试，同时通过频谱仪测得无线接收系统接收天线输出端在各个角度各个工作频点上的灵敏度电平(dBm)，从而将各个角度各个工作频点的基于功率流密度(dBW/m2)定义的灵敏度，转化为射频天线输出口基于功率(dBm)的灵敏度。
无线接收系统装星下的灵敏度测试，为无线接收系统及天线装星后的测试，无线接收系统与其天线连接。此时需要将所有无线接收系统的天线按照卫星在轨正常工作时的实际状态布置。根据无线接收系统不装星时的灵敏度电平无线标定，可以确定在各个工作频率上在所有角度上有一个最低的灵敏度，在各个工作频率上，设定适当的信号源输出功率电平，使无线接收系统接收天线输出端的功率电平为最低的灵敏度电平。将无线接收系统及其天线装入卫星，设定信号源的输出功率电平，通过频谱仪进行检测，使得无线接收系统接收天线输出端的功率电平为最低灵敏度电平；在此条件下，测试无线接收系统的各个通道在各个工作频点时其接收信号的频率、幅度、调制方式并与相应的参考值进行比较，如果各个参数(频率、幅度、调制方式)均测量正确，则降低信号源电平，直到有某一个参数测量不满足指标为止，记录下各个参数恰好能满足指标时的信号源电平，通过换算得到灵敏度电平；如果参数测量有错误，则提高信号源电平，直到各个参数均恰好测量正确为止，记录下各个参数恰好能满足指标时的信号源电平，通过计算得到灵敏度电平。
实施例1
如图3、4所示，包括两步：无线接收系统不装星时的灵敏度电平无线标定，无线接收系统装星下的灵敏度测试。
无线接收系统不装星时的灵敏度电平无线标定步骤如下：
a在无线状态下，各无线接收系统分别进行测试；
b设置信号源的测试信号，如信号设为扩频调制，幅度20dBm，带宽3kHz；
c在不同频段分别选取一定数量的频点进行，其中必须包含边界频率点，如L频段1.2GHz～1.3GHz，选取频点1.2GHz、1.22GHz、1.24GHz、1.26GHz、1.28GHz、1.3GHz；
d每一频点测试过程中，转台按照一定步长角度步进(如5°)，水平及俯仰方向分别进行测试；判据为信号的各项参数，如频率、幅度、调制方式等，如果各个参数均测量正确，则降低信号源电平，直到有某一个参数测量不满足指标为止，记录下各个参数恰好能满足指标时的信号源电平，通过换算得到灵敏度电平；如果参数测量有错误，则提高信号源电平，直到各个参数均恰好测量正确为止，记录下各个参数恰好能满足指标时的信号源电平，通过计算得到灵敏度电平；
e角度中需包含灵敏度指标中各边界角度，如天线波束宽度80度，则角度取80度、75度、70度、65度、60度、55度、50度、45度、40度、35度、30度、25度、20度、15度、10度、5度、0度；
f对无线接收系统的不同支路分别进行以上c～e测试过程；
g对设备主备份分别进行以上c～f的测试过程；
h记录设备主备份、不同支路、各个频点、各个角度，频谱仪的功率电平值，计算设备主备份、不同支路、各个频点在所有角度上的最低的灵敏度电平。
无线接收系统装星下灵敏度测试步骤如下：
a在无线状态下，各无线接收系统分别进行测试；
b设置信号源的测试信号，使设备主备份、不同支路、各个频点在频谱仪上的功率电平为前述所有角度上的最低灵敏度电平；
c在前述的各个频点进行测试，其中必须包含边界频率点；
d对无线接收系统的不同支路分别进行步骤c的测试过程；
e对设备主备份分别进行以上c～d的测试过程；
实施例2
如图3、5、6所示，包括三步：无线接收系统不装星时的灵敏度电平无线标定，无线接收系统装星下的上行链路损耗标定，无线接收系统装星下灵敏度测试。
无线接收系统不装星时的灵敏度电平无线标定步骤如下：
a在无线状态下，各无线接收系统分别进行测试；
b设置信号源的测试信号，如信号设为BPSK调制，幅度15dBm，带宽50kHz；
c在不同频段分别选取一定数量的频点进行，其中必须包含边界频率点，如X频段10.2GHz～10.3GHz，选取频点10.2GHz、10.22GHz、10.24GHz、10.26GHz、10.28GHz、10.3GHz；
d每一频点测试过程中，转台按照一定步长角度步进(如5°)，水平及俯仰方向分别进行测试，判据为信号的各项参数，如频率、幅度、调制方式等，如果各个参数均测量正确，则降低信号源电平，直到有某一个参数测量不满足指标为止，记录下各个参数恰好能满足指标时的信号源电平，通过换算得到灵敏度电平；如果参数测量有错误，则提高信号源电平，直到各个参数均恰好测量正确为止，记录下各个参数恰好能满足指标时的信号源电平，通过计算得到灵敏度电平；
e角度中需包含灵敏度指标中的各边界角度，如天线波束宽度20度，则角度取20度、15度、10度、5度、0度；
f对无线接收系统的不同支路分别进行以上c～e测试过程；
g对设备主备份分别进行以上c～f的测试过程；
h记录设备主备份、不同支路、各个频点、各个角度，频谱仪的功率电平值。计算设备主备份、不同支路、各个频点在所有角度上的最低的灵敏度电平。
无线接收系统装星下的上行链路损耗标定步骤如下：
a在无线状态下，各无线接收系统分别进行测试；
b设置信号源的测试信号，如信号设为单载波；
c在前述的各个频点进行测试，其中必须包含边界频率点；
d从频谱仪上读取信号强度，计算并记录上行链路损耗。
无线接收系统装星下灵敏度测试步骤如下：
a在无线状态下，各无线接收系统分别进行测试；
b设置信号源的测试信号，使设备主备份、不同支路、各个频点在无线接收系统接收天线输出端的功率电平为前述所有角度上的最低的灵敏度电平；
c在前述的各个频点进行测试，其中必须包含边界频率点，其中必须包含边界频率点，判据为信号的各项参数，如频率、幅度、调制方式等，如果各个参数均测量正确，则降低信号源电平，直到有某一个参数测量不满足指标为止，记录下各个参数恰好能满足指标时的信号源电平，通过换算得到灵敏度电平；如果参数测量有错误，则提高信号源电平，直到各个参数均恰好测量正确为止，记录下各个参数恰好能满足指标时的信号源电平，通过计算得到灵敏度电平；
d对无线接收系统的不同支路分别进行步骤c的测试过程；
e对设备主备份分别进行以上c～d的测试过程。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
Claims (4)
1.复杂电磁环境下卫星无线接收系统灵敏度测试方法，其特征在于步骤如下：
(1)将无线接收系统的所有天线置于转台上；
(2)转台处于初始位置，对于无线接收系统的各个通道，设置信号源的频率、幅度、调制方式，测试无线接收系统的各个通道在各个工作频点时其接收信号的频率、幅度、调制方式并与相应的参考值进行比较，得到灵敏度电平；
(3)控制转台在水平和俯仰两个方向上以一定的步进角度转动，按照步骤(2)的方法测试在转台的各个转动位置下无线接收系统的接收天线在各个工作频点的灵敏度电平；
(4)从步骤(3)得到的各灵敏度电平值中选取最小的一个作为最低灵敏度电平；
(5)将无线接收系统及其天线装入卫星；
(6)设定信号源的输出功率电平，通过频谱仪进行检测，使得无线接收系统接收天线输出端的功率电平为步骤(4)选取的最低灵敏度电平；
(7)在步骤(6)的条件下，测试无线接收系统的各个通道在各个工作频点时其接收信号的频率、幅度、调制方式并与相应的参考值进行比较，得到灵敏度电平。
2.根据权利要求1所述的复杂电磁环境下卫星无线接收系统灵敏度测试方法，其特征在于：所述步骤(2)中转台在水平和俯仰两个方向上转动时，转台的转动位置应包括天线的最大转动角度。
3.根据权利要求1或2所述的复杂电磁环境下卫星无线接收系统灵敏度测试方法，其特征在于：所述步骤(2)和步骤(7)中得到灵敏度电平的方法为：如果频率、幅度、调制方式均测量正确，则降低信号源电平，直到有某一个参数测量不满足指标为止，记录下各参数恰好能满足指标时的信号源电平，通过换算得到灵敏度电平；如果频率、幅度、调制方式测量有错误，则提高信号源电平，直到各个参数均恰好测量正确为止，记录下各个参数恰好能满足指标时的信号源电平，通过计算得到灵敏度电平。
4.根据权利要求3所述的复杂电磁环境下卫星无线接收系统灵敏度测试方法，其特征在于：所述步骤(5)中所有无线接收系统的天线按照卫星在轨正常工作时的实际状态布置。
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