CN103986533B - 基于六自由度摇摆台的动中通天线跟踪性能检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于六自由度摇摆台的动中通天线跟踪性能检测方法，属于动中通天线测试领域。该方法所使用的系统包括六自由度摇摆台、频谱仪、数据处理上位机。被测动中通天线安装在六自由度摇摆台上，动中通天线的下行信号(LNB输出)和频谱仪通过同轴电缆连接，数据处理上位机和频谱仪通过LAN口连接。本发明的方法检测标准统一、检测全面、准确度高、通用性强。

Description

基于六自由度摇摆台的动中通天线跟踪性能检测方法

技术领域

本发明涉及基于六自由度摇摆台的动中通天线跟踪性能检测方法，属于动中通天线测试领域。

背景技术

动中通卫星通信天线指一种通过自身伺服控制系统隔离其安装载体的运动，控制其卫星通信口面天线实时跟踪对准地球静止轨道卫星建立卫星通信链路的卫星通信天线，简称“动中通天线”。动中通天线能够安装在车辆、舰船、无人机、直升机等多种载体上，其具有实时跟踪对准地球静止轨道卫星的性能(简称“跟踪性能”)。

目前，国内动中通天线的跟踪性能的检测是通过将动中通天线安装在载体上，对准卫星，驱动载体运动，通过信标机或频谱仪实时读取其接受的卫星信标信号电平幅值数据进行判定。

这种检测方法存在几个缺陷：

(1)驱动载体检测时，载体的运动状态(如航向、横滚、俯仰三轴姿态角)无法定量执行、测量和标示，造成每次检测的测试条件无法一致。

(2)驱动载体检测时，往往覆盖不到载体所有的运动状态(如舰船在高海况情况下的运动状态)，检测不完全。

(3)由于动中通天线可应用的载体众多，如各型车辆、舰船、飞行器等，运动状态及特点不同，驱动载体的检测方法无法形成统一的标准。

(4)以舰船、直升机、无人机等为载体的动中通天线跟踪性能检测费用较高。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提出基于六自由度摇摆台的动中通天线跟踪性能检测方法，该方法检测标准统一、检测全面、准确度高、通用性强。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明的基于六自由度摇摆台的动中通天线跟踪性能检测方法，该方法所使用的系统包括六自由度摇摆台、频谱仪、数据处理上位机。被测动中通天线安装在六自由度摇摆台上，动中通天线的下行信号(LNB输出)和频谱仪通过同轴电缆连接，数据处理上位机和频谱仪通过LAN口连接。

该方法的步骤为：

(1)将被测动中通天线安装于六自由度摇摆台上，六自由度摇摆台置于卫星信号不被遮挡的地方。

(2)连接动中通天线电源，连接动中通天线与上位机的控制电缆，将动中通天线中的下行信号(LNB输出)连接至频谱仪信号输入端口。

(3)将数据处理上位机与频谱仪的LAN口进行连接；

使用AgilentE44xx系列的频谱仪，其具有LAN、GPI、RS485和USB对外接。

(4)六自由度摇摆台启动，运行至六个自由度的零位，静止。

(5)设置频谱仪参数：信标中心频率(目标卫星信标中心频率)，RBW、VBW、SPAN(设为0Hz)、Sweeptime(设为60s)和Points(设为6000)，打开数据处理上位机软件(例如AgilentBenchVue)，准备进行频谱仪数据读取。

(6)六自由度摇摆台静止不动，动中通天线进行对星操作，使动中通天线对准目标卫星。手动微调动中通天线，使动中通天线接收卫星的信标电平值最大，用频谱仪以10Hz的采样频率记录信标接收机电平值，并使用数据处理上位机进行数据的读取、储存，并计算此时动中通天线接收的信标平均电平值V0。

(7)根据动中通天线使用载体的具体环境要求(车载、船载、机载)，在摇摆台监控设备中预先设置六自由度摇摆台航向、横滚、俯仰三个方向的往复转动和纵向、横向、升降三个方向的往复平动的频率、幅度和相位参数，定量模拟各种载体的运动状态，获得标准、全面、准确的检测条件。

(8)动中通天线进入稳定跟踪后，通过摇摆台监控设备启动摇摆台按照步骤(7)中设置的参数运行，摇摆台运转稳定后，用频谱仪以10Hz的采样频率记录动中通天线接收的信标电平值V₁，V₂,........V_n，并使用数据处理上位机进行数据的读取、储存。

(9)对步骤(8)中读取的数据按照以下公式进行数据处理：

$\mathrm{\ΔV}=\sqrt{\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{(V_i-V_0)}^2}{N}}$

其中ΔV为动中通天线跟踪过程中接收信标电平值降落的均方根值，即为动中通天线跟踪性能的判据(小于1dB，为跟踪性能良好)，N为采样点数。

以上步骤中：六自由度摇摆台使用六个直线运动电机通过旋转轴系连接台体底座和测试平台。六个直线电机直线运动通过12个旋转轴系转化为测试平台在航向、横滚、俯仰三个方向的往复转动和纵向、横向、升降三个方向的往复平动。

六自由度摇摆台的性能参数为：

航向摇摆频率0.1Hz～20Hz，角度幅值0.1°～20°；

横滚摇摆频率0.1Hz～20Hz，角度幅值0.1°～20°；

俯仰摇摆频率0.1Hz～20Hz，角度幅值0.1°～20°；

航向、横滚、俯仰之间的运动相位0°～360°；

纵向往复平动频率0.1Hz～20Hz，幅度0.1mm～20mm；

横向往复平动频率0.1Hz～20Hz，幅度0.1mm～20mm；

升降往复平动频率0.1Hz～20Hz，幅度0.1mm～20mm；

纵向、横向、升降之间的运动相位0°～360°；

六自由度摇摆台可测物体重量限制为小于120Kg。

六自由度摇摆台六个自由度的运动可单独运行也可综合运行。

频谱仪选用AgilentE44xx系列的频谱仪，测试频率2MHz～44GHz，能够测试Ku频段和Ka频段的动中通天线，并具有LAN、GPI、RS485和USB等对外接口，可将频谱仪的显示和测试数据实时上传。

数据处理上位机是安装针对AgilentE44xx系列频谱仪使用的实时数据采集软件的计算机，安装AgilentBenchVue软件，能够采集采样点(频谱仪设置)的测试数据并形成数据表格。

有益效果

本发明的方法检测标准统一、检测全面、准确度高、通用性强。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明。

船载动中通天线检测实例：

(1)将被测船载动中通天线安装于六自由度摇摆台上，六自由度摇摆台置于卫星信号不被遮挡的地方。

(2)连接船载动中通天线电源，连接船载动中通天线与上位机的控制电缆，将船载动中通天线中的下行信号(LNB输出)连接至频谱仪信号输入端口。

(3)将数据处理上位机与频谱仪的LAN口进行连接；

(4)六自由度摇摆台启动，运行至六个自由度的零位，静止。

(5)设置频谱仪参数：

信标中心频率：953MZHz、亚四卫星；

RBW：10KHz；

VBW：100Hz；

SPAN：0Hz；

Sweeptime：60s

Points：6000

打开数据处理上位机AgilentBenchVue软件，准备进行频谱仪数据读取。

(6)六自由度摇摆台静止不动，船载动中通天线进行对星操作，使船载动中通天线对准目标卫星。手动微调船载动中通天线，使船载动中通天线接收卫星的信标电平值最大，用频谱仪以10Hz的采样频率记录信标接收机电平值，并使用数据处理上位机进行数据的读取、储存，并计算此时船载动中通天线接收的信标平均电平值V₀

得到V₀＝16.82dBm。

(7)根据船载动中通天线使用载体的具体环境要求，六自由度摇摆台的参数设置为：

航向摇摆频率0.1Hz，角度幅值20°；

横滚摇摆频率0.5Hz，角度幅值15°；

俯仰摇摆频率0.5Hz，角度幅值0.5°；

航向、横滚、俯仰之间的运动相位90°；

纵向往复平动频率5Hz，幅度20mm；

横向往复平动频率0Hz，幅度0mm；

升降往复平动频率0.5Hz，幅度20mm；

纵向、横向、升降之间的运动相位0°

(9)船载动中通天线进入稳定跟踪后，通过摇摆台监控设备启动摇摆台按照步骤(8)中设置的参数运行，摇摆台运转稳定后，用频谱仪以10Hz的采样频率记录船载动中通天线接收的信标电平值V₁，V₂,........V_n，并使用数据处理上位机进行数据的读取、储存。

(10)对步骤(9)中读取的数据按照以下公式进行数据处理：

$\mathrm{\ΔV}=\sqrt{\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{(V_i-V_0)}^2}{N}}$

得到ΔV＝0.83dB，船载动中通天线的跟踪精度为0.83dB，表面跟踪性能良好。

Claims (7)

1.基于六自由度摇摆台的动中通天线跟踪性能检测方法，该方法所使用的系统包括六自由度摇摆台、频谱仪和数据处理上位机；被测动中通天线安装在六自由度摇摆台上，动中通天线的下行信号和频谱仪通过同轴电缆连接，数据处理上位机和频谱仪通过LAN口连接；

其特征在于该方法的步骤为：

(1)将被测动中通天线安装于六自由度摇摆台上，六自由度摇摆台置于卫星信号不被遮挡的地方；

(2)连接动中通天线电源，连接动中通天线与数据处理上位机的控制电缆，将动中通天线中的下行信号连接至频谱仪信号输入端口；

(3)将数据处理上位机与频谱仪的LAN口进行连接；

(4)启动六自由度摇摆台，运行至六个自由度的零位，然后静止；

(5)设置频谱仪参数：信标中心频率、RBW、VBW、SPAN、Sweeptime和Points，使用数据处理上位机进行频谱仪数据读取；

(6)六自由度摇摆台静止不动，动中通天线进行对星操作，使动中通天线对准目标卫星；手动微调动中通天线，使动中通天线接收卫星的信标电平值最大，用频谱仪以10Hz的采样频率记录信标接收机电平值，并使用数据处理上位机进行数据的读取、储存，并计算此时动中通天线接收的信标平均电平值V₀；

(7)根据动中通天线使用载体的具体环境要求，在六自由度摇摆台监控设备中预先设置六自由度摇摆台航向、横滚、俯仰三个方向的往复转动和纵向、横向、升降三个方向的往复平动的频率、幅度和相位参数，定量模拟各种载体的运动状态；

(8)动中通天线进入稳定跟踪后，通过摇摆台监控设备启动摇摆台按照步骤(7)中设置的参数运行，六自由度摇摆台运转稳定后，用频谱仪以10Hz的采样频率记录动中通天线接收的信标电平值V₁，V₂,……..V_n，并使用数据处理上位机进行数据的读取、储存；

(9)对步骤(8)中读取的数据按照以下公式进行数据处理：

$\mathrm{\Δ}V=\sqrt{\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{(V_i-V_0)}^2}{N}}$

其中△V为动中通天线跟踪过程中接收信标电平值降落的均方根值，即为动中通天线跟踪性能的判据，N为采样点数；当△V小于1dB时为跟踪性能良好。

2.根据权利要求1所述的基于六自由度摇摆台的动中通天线跟踪性能检测方法，其特征在于：频谱仪选用AgilentE44xx系列的频谱仪，测试频率2MHz～44GHz，能够测试Ku频段和Ka频段的动中通天线，并具有LAN、GPI、RS485和USB对外接口，可将频谱仪的显示和测试数据实时上传。

3.根据权利要求1所述的基于六自由度摇摆台的动中通天线跟踪性能检测方法，其特征在于：步骤(7)中具体环境要求为车载、船载或机载。

4.根据权利要求1所述的基于六自由度摇摆台的动中通天线跟踪性能检测方法，其特征在于：六自由度摇摆台使用六个直线运动电机通过旋转轴系连接台体底座和测试平台；六个直线电机直线运动通过12个旋转轴系转化为测试平台在航向、横滚、俯仰三个方向的往复转动和纵向、横向、升降三个方向的往复平动。

5.根据权利要求1或2所述的基于六自由度摇摆台的动中通天线跟踪性能检测方法，其特征在于：六自由度摇摆台的性能参数为：

航向摇摆频率0.1Hz～20Hz，角度幅值0.1°～20°；

横滚摇摆频率0.1Hz～20Hz，角度幅值0.1°～20°；

俯仰摇摆频率0.1Hz～20Hz，角度幅值0.1°～20°；

航向、横滚、俯仰之间的运动相位0°～360°；

纵向往复平动频率0.1Hz～20Hz，幅度0.1mm～20mm；

横向往复平动频率0.1Hz～20Hz，幅度0.1mm～20mm；

升降往复平动频率0.1Hz～20Hz，幅度0.1mm～20mm；

纵向、横向、升降之间的运动相位0°～360°。

6.根据权利要求1所述的基于六自由度摇摆台的动中通天线跟踪性能检测方法，其特征在于：六自由度摇摆台可测物体重量限制为小于120Kg。

7.根据权利要求1所述的基于六自由度摇摆台的动中通天线跟踪性能检测方法，其特征在于：数据处理上位机是安装针对AgilentE44xx系列频谱仪使用的实时数据采集软件的计算机，安装有AgilentBenchVue软件，能够采集采样点的测试数据并形成数据表格。