CN105721078B - 一种通用群时延纹波自动化测试方法 - Google Patents

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Abstract

一种通用群时延纹波自动化测试方法。测试信号源产生两路基带信号，一路送数字示波器直接采样作为参考，另一路对高频载波进行调频，此调频波通过卫星转发器后，由测试频谱仪变频到中频，再经过数字示波器采样，得出欲测试的频率范围内的群时延曲线数据，根据最小二乘法将得到的群时延曲线数据进行拟合，得出反映整体趋势的拟合曲线数据，比对拟合前后的两组曲线数据，找出指标频率范围内的最大差值，即群时延纹波。该方法使用“最小二乘法”拟合曲线，从总偏差最小的角度来取近似曲线，即从大量给定数据中找出规律，并构造一条曲线反映数据点的总趋势，消除其局部波动，从而得出反映全局特性的群时延纹波。

Description

一种通用群时延纹波自动化测试方法
技术领域
本发明适用于航天器地面测试领域，特别是对通信卫星转发器群时延纹波自动化测试，属于射频测试技术领域。
背景技术
群时延是描述传输系统相位频率特性的一个重要参量，群时延纹波是描述群时延的波动、起伏情况，是衡量连续信号通过传输系统后相位线性度的重要指标。
群时延纹波不仅决定了系统产生的信号传输时延的波动情况，而且与信号传输失真密切相关，对信号的传输质量有很大影响，是现在卫星通信系统的一项主要技术指标。一旦系统的群时延纹波特性不好，将会造成信号相位失真，降低信噪比，增加误码率。
传统通信卫星转发器通道群时延特性测试利用调制器对信号调制，经卫星转发器转发再由解调器解调后，送入鉴频器与参考信号进行比相，从而得到群时延特性数据，但对群时延曲线数据的波动、起伏等情况未作分析，因此无法深入了解卫星转发器通道的群时延纹波特性，从而无法全面了解卫星转发器通道对传输信号质量的影响。
随着通信卫星转发器技术的不断发展，对转发器通道的群时延性能要求越来越高，对其波动、起伏情况要求更为严格，就此提出一种群时延纹波特性，对此发明一种通用群时延纹波自动化测试方法，达到卫星转发器群时延纹波测试的目的。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种通用群时延纹波自动化测试方法，能够根据卫星转发器的特性进行重要参数的设置，减小由于固定参数引入的测试误差，同时对群时延曲线数据进行全局趋势的拟合，比对拟合前后两组曲线数据，从而得出卫星转发器群时延的波动、起伏特性，即群时延纹波，更好地描述转发器的通道性能。
本发明的技术方案：一种通用群时延纹波自动化测试方法，步骤如下：
(1)根据被测对象带宽，设置测试步进、调制频率，设置“最小二乘法”的拟合阶数；
(2)由信号源产生的一路基带信号直接送入数字示波器，另一路为上行调制信号送入卫星，卫星转发下来的下行调制信号进入频谱仪，频谱仪将下行调制信号变频到中频送入数字示波器；
(3)数字示波器对不同频率点的基带信号和下行调制信号分别采样，通过采样数据得出基带信号和下行调制信号的初始相位，比较两组初始相位，得出相位差，再除以调制信号角频率，计算得出该频率点的时延，从而获得被测对象带宽内所有测试频率点的群时延曲线数据；再经过频率中心值处理和群时延最小值处理，得到每个频点的频率对应值和每个频点的群时延最小值处理后的数值，即得出群时延相对数值；
(4)根据“最小二乘法”对群时延相对数值进行相应阶数拟合，得出拟合曲线数据；
(5)比对拟合前、后各测试频点的时延数据，找出指标带宽内的最大差值，即群时延纹波。
步骤(1)中测试步进B为被测对象测试带宽，测试点数根据测试要求设定；所述的拟合阶数设置为6。
步骤(3)中频率中心值处理的具体方法为：各测试频点的下行频率-下行中心频率，得到每个频点的频率对应值。
步骤(3)中群时延最小值处理的具体方法为：首先获得所有测试频率点中最小的群时延数据值，之后用每个测试频点群时延数据值-最小的群时延数据值，得到每个测试频点群时延最小化处理后的数值。
步骤(5)的具体方法为：将每个测试频点的群时延最小化处理后的数值与每个测试频点经“最小二乘法”拟合后的数据对应频点分别作差，并取其绝对值，得出每个测试频点的差值绝对值数据；在每个测试频点的差值绝对值数据中找出指标带宽内的最大值，即为指标带宽内的群时延纹波。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明可以对测试仪器的频率步进、调制频率和拟合阶数等重要参数进行设置，减小由于固定参数不合理造成的测试误差；
(2)本发明采用“最小二乘法”拟合曲线，不要求曲线完全通过所有已知数据点，而是从总偏差最小的角度来取近似曲线，即从大量给定数据中找出规律，并构造一条曲线反映数据点的总趋势，以消除其局部波动，从而得出反映全局特性的群时延纹波，更为准确地描述被测对象的群时延波动、起伏特性。
附图说明
图1是群时延纹波自动化测试设备连接图。
图2是群时延纹波自动化测试方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
如图1所示，通用群时延纹波自动化测试方法是建立在包括测试信号源、测试频谱仪、数字示波器、测试软件在内的测试系统基础上。其中测试信号源提供两路信号，一路为基带信号(即调制频率信号)进入数字示波器作为参考信号，另一路用基带信号调制的射频信号进入卫星转发器。测试频谱仪将经过转发器后的射频调制信号变频到中频，送入数字示波器，数字示波器对两路信号进行数字采样，再经过测试软件特殊算法进行计算(数字解调)得到群时延曲线数据，之后按照“最小二乘法”进行拟合运算，比对拟合前后曲线数据，找出指标带宽内的最大差值，即群时延纹波。
如图2所示，通用群时延纹波自动化测试方法的详细实施步骤如下：
1、根据被测对象(卫星转发器)带宽B，通过软件设置测试频率步进b(测试频点数可根据测试要求设定)、调制频率，设置“最小二乘法”的拟合阶数N(N∈整数，常设为6)。
2、由信号源产生的一路基带信号直接送入数字示波器，另一路为上行调制信号送入卫星，卫星转发下来的下行调制信号进入频谱仪，频谱仪将下行调制信号变频到中频送入数字示波器。
3、数字示波器对不同频率点的基带信号和下行调制信号分别采样，通过采样数据得出基带信号和下行调制信号的初始相位，比较两组初始相位，得出相位差，除以调制信号角频率，计算出该频率点的时延，从而获得所有测试频率点的群时延曲线数据。(具体见航天器工程，第19卷、第1期，卫星群时延特性测量新方案的设计和实现)。再经过频率(中心值处理)和群时延(最小值处理)，即得出群时延的相对数值。频率中心值处理的具体方法为：各测试频点的下行频率-下行中心频率，得到每个频点的频率对应值。群时延最小值处理的具体方法为：首先获得所有测试频率点中最小的群时延数据值，之后用每个测试频点群时延数据值-最小的群时延数据值，得到每个测试频点群时延最小化处理后的数值。
4、根据“最小二乘法”对群时延相对数值进行相应阶数拟合，得出拟合曲线数据。
5、将每个测试频点的群时延最小化处理后的数值与每个测试频点经“最小二乘法”拟合后的数据对应频点分别作差，并取其绝对值，得出每个测试频点的差值绝对值数据；在每个测试频点的差值绝对值数据中找出指标带宽的内的最大值，即为指标带宽内的群时延纹波。
实施例
以一路卫星转发器为例，上行中心频率为12700MHz，下行中心频率为10700MHz，带宽为48MHz，进行以下步骤：
1、按照文件要求，测试群时延特性需要左右各扩展4MHz，即测试带宽变为56MHz，通过测试软件设置频率步进为2MHz，即测试点数为29，调制频率为0.4MHz，设置“最小二乘法”拟合阶数为6阶。
2、信号源根据软件设置，产生一路基带信号(调制频率为0.4MHz)直接送入数字示波器，另一路为上行调制信号(载波为12700MHz，调制频率为0.4MHz)送入卫星，卫星转发下来的下行调制信号(载波为10700MHz，调制频率为0.4MHz)进入频谱仪，频谱仪将下行调制信号变频到中频(21.4MHz)送入数字示波器。
3、数字示波器对基带信号和下行调制信号分别采样，通过采样数据得出基带信号和下行调制信号的初始相位，比较两组初始相位，得出相位差，除以调制信号角频率，计算出该频点的时延，从而获得所有测试频点的群时延曲线数据。如表1所示，第1列为序号，第2列为下行频率，第3列为群时延数据，为方便数据处理，对下行频率进行中心值处理，对群时延进行最小值处理，生成第4列频率(中心值处理)数据和第5列群时延(最小值处理)数据。
4、按照“最小二乘法”对群时延曲线数据(即表1第4、5列数据)进行6阶拟合，拟合得出第6列群时延(二乘法拟合)数据。
5、将第5列群时延(最小值处理)数据和第6列群时延(二乘法拟合)数据对应频点分别作差，并取其绝对值，得出第7列差值绝对值数据，按照文件要求，找出第7列数据中指标36MHz带宽的内的最大值为1.6ns(第21行)，该值就是指标带宽内的群时延纹波。
表1群时延纹波数据
本发明未详细描述内容为本领域技术人员公知技术。

Claims (3)

1.一种通用群时延纹波自动化测试方法，其特征在于步骤如下：
(1)根据被测对象带宽，设置测试步进、调制频率，设置“最小二乘法”的拟合阶数；
(2)由信号源产生的一路基带信号直接送入数字示波器，另一路为上行调制信号送入卫星，卫星转发下来的下行调制信号进入频谱仪，频谱仪将下行调制信号变频到中频送入数字示波器；
(3)数字示波器对不同频率点的基带信号和下行调制信号分别采样，通过采样数据得出基带信号和下行调制信号的初始相位，比较两组初始相位，得出相位差，再除以调制信号角频率，计算得出该频率点的时延，从而获得被测对象带宽内所有测试频率点的群时延曲线数据；再经过频率中心值处理和群时延最小值处理，得到每个频点的频率对应值和每个频点的群时延最小值处理后的数值，即得出群时延相对数值；其中频率中心值处理的具体方法为：各测试频点的下行频率-下行中心频率，得到每个频点的频率对应值；群时延最小值处理的具体方法为：首先获得所有测试频率点中最小的群时延数据值，之后用每个测试频点群时延数据值-最小的群时延数据值，得到每个测试频点群时延最小化处理后的数值；
(4)根据“最小二乘法”对群时延相对数值进行相应阶数拟合，得出拟合曲线数据；
(5)比对拟合前、后各测试频点的时延数据，找出指标带宽内的最大差值，即群时延纹波。
2.根据权利要求1所述的一种通用群时延纹波自动化测试方法，其特征在于：步骤(1)中测试步进B为被测对象测试带宽，测试点数根据测试要求设定；所述的拟合阶数设置为6。
3.根据权利要求1所述的一种通用群时延纹波自动化测试方法，其特征在于：步骤(5)的具体方法为：将每个测试频点的群时延最小化处理后的数值与每个测试频点经“最小二乘法”拟合后的数据对应频点分别作差，并取其绝对值，得出每个测试频点的差值绝对值数据；在每个测试频点的差值绝对值数据中找出指标带宽内的最大值，即为指标带宽内的群时延纹波。
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