CN107024625A

CN107024625A - 高精度测试方法

Info

Publication number: CN107024625A
Application number: CN201610069996.0A
Authority: CN
Inventors: 肖淼; 张晓平; 周怀安; 牛小龙; 姜华
Original assignee: Beijing Institute of Spacecraft System Engineering
Current assignee: Beijing Institute of Spacecraft System Engineering
Priority date: 2016-02-01
Filing date: 2016-02-01
Publication date: 2017-08-08

Abstract

本发明提供了一种高精度测试方法，用于在紧缩场内开展整星的输入功率通量密度值的测试，包括：整星加电且转发器工作，从地面信号源施加低功率射频信号；根据天线分系统方向图设计值，采用预定扫描方式转动DUT转台，采样输入功率通量密度值；将实际输入功率通量密度值套入天线分系统的方向图测试结果中，通过比较得到方向图方位和俯仰角度偏差；根据角度偏差，确定校准后的峰值电平位置并将DUT转台转到峰值电平位置；根据卫星遥测信号逐步增加功率电平，直到达到预定饱和压缩位置电平并获得准确的输入功率通量密度值。因此，采用本发明，反映了在轨实际应用效果，克服了整星测试阶段，消除了方向图不一致问题，并且有效消除了误差。

Description

高精度测试方法

技术领域

本发明属于射频测试技术领域，涉及一种在紧缩场内测试整星IPFD值的高精度测试方法。

背景技术

IPFD(Input Power Flux Density)即输入功率通量密度值，单位为“dBW/m²”。IPFD值的基本含义是：为使卫星转发器单载波线性或饱和工作，在其接收天线的单位有效面积上应输入的功率，它体现了转发器接收地面发射功率强度和灵敏度的性能。

IPFD值的公式定义为：IPFD＝P_tx+L_path，up+G_tx，-101g(4πR²)-30，其中P_tx为信号源发射功率，L_path，up，为上行链路损耗，G_tx为发射天线增益，R为测试距离。除了IPFD值公式涉及的发射天线增益和发射功率等必要因素外，IPFD值的测量结果和接收天线的方向图以及接收天线的增益也有直接关系。目前，IPFD值等有效载荷性能可以从转发器和天线分系统的测试结果推算得到，但是随着系统复杂性的增加和对系统性能要求的提高，仅依靠分系统测试后的推算IPFD性能的做法已不能适应整星需求，必须用系统的直接测量法取代它，才能得到更高的测试精度。

然而，利用天线分系统测试结果推算IPFD性能的方法主要存在以下问题：

1)以单天线为测试对象时，测试环境优于实际在轨使用环境，天线方向图及增益测量结果优于实际使用结果，不能反映卫星星体反射以及其他星载天线、星载设备对天线方向图的影响；

2)单天线测试架设采用专用的金属工装支架，测试状态和整星测试状态不相同。单天线测试工装把反射面和馈源安装在同一金属支架上，天线反射面、馈源及工装支架整体垂直于地面与测试转台对接，反射面与馈源间的相对关系由金属支架的强度保证，受重力影响小，其中，整星测试时，馈源安装在星体东西两侧，闭合状态下的反射面安装在星体东西板，卫星平行于地面与测试转台对接，此时天线反射面及馈源也处于平行于地面状态，当天线反射面展开时，需要使用L型支撑结构紧固反射面，用于避免反射面受到重力影响而形变(真实在轨使用时为零重力状态无需使用L型支撑结构)，整星测试状态受重力影响大，往往由于L型支撑结构强度不足，造成反射面及馈源间的相对关系发生改变，使得天线受重力影响而产生方向图变化，此变化为非真实在轨使用效果，需要予以消除；以及

3)单天线和转发器分段测量时，无法将天线和转发器连接失配造成的误差、天线与转发器之间馈电网络损耗的测试误差带入到测试结果，所以分系统间接测试精度低于整星测试精度。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提出了一种基于紧缩场整星IPFD值的高精度测试方法，解决由分系统间接测试带来的与实际使用效果不一致问题，同时提高测试效率。

本发明提供了一种高精度测试方法，用于在紧缩场内开展整星的输入功率通量密度值的测试，包括以下步骤：步骤一，整星加电并且整星转发器开始工作，从地面信号源施加低功率射频信号；步骤二，根据天线分系统的方向图设计值，采用预定扫描方式，转动待测件(Device Under Test，以下简称为DUT)转台，在预判断峰值附近采样输入功率通量密度值；步骤三，将实际采样到的输入功率通量密度值套入天线分系统的方向图测试结果中，通过比较得到方向图的方位和俯仰角度的偏差；步骤四，根据俯仰角度的偏差，确定校准后的峰值电平位置并将DUT转台转到峰值电平位置；以及步骤五，根据卫星遥测信号，地面信号源逐步增加功率电平，直到达到预定饱和压缩位置电平并获得准确的输入功率通量密度值。

具体地，预定扫描方式为十字形或土字型的扫描方式，以及预定饱和压缩位置电平为1dB。

在步骤一之前还包括：

将整星架装到DUT平台上并进行光学准直，从而将整星的形体基准坐标位置对准及所长平面波来波方向；

根据卫星上行频点，利用射频测试设备标定作为发射馈源的地面信号源在卫星上行频点的天线增益；

安装地面信号源并将其置于紧缩场的反射面焦点位置；

根据卫星上行频点，利用矢量网络分析仪标定地面信号源到紧缩场的信号源之间的测试链路电缆在卫星上行频点的插入损耗；

根据紧缩场的双反射面系统特性，确定紧缩场的等效空间距离并计算等效求面积对应的dB值，在本发明中，dB表征相对值的值，只表示两个量的相对大小关系，此处表示功率的相对大小；

根据天线分系统的方向图测试结果预判断天线电平峰值位置并获得预判断峰值；

将整星的接收天线移动到紧缩场的静区中心，接收天线为卫星上行天线。

因此，采用本发明测试方法，与现有技术相比具有以下的有益效果：

1)整星测试IPFD值时，其他星载天线和星载设备同时安装于卫星星体之上，同天线设计值或天线分系统测试结果比较，整星测试可以引入星体反射干扰，真实反映了在轨实际应用效果；

2)利用特殊形状扫描法判别天线指向位置，有效的克服了整星测试阶段，天线在地面测试场测试时引入的L型支撑结构形变影响，消除了地面测试场测试结果和在轨测试结果因L型支撑结构形变影响导致的方向图不一致问题；以及

3)整星测试IPFD值时，采用卫星接收天线(上行天线)+转发器的组合模式测试，可以有效消除分段测量带来的天线与转发器连接失配误差和天线与转发器之间馈电网络损耗的测试误差。

附图说明

图1是整星IPFD测试系统的框图；以及

图2是根据本发明的将某整星IPFD值测试结果与天线增益方向图测试结果重合度进行对比的比对图。

具体实施方式

应了解，本发明在紧缩场采用整星IPFD值测试系统克服了分系统分段测量带来的测试误差；同时利用“十”或“土”字形扫描采样方式，精确定位受L型支撑结构形变影响下的方向图电平峰值位置，消除了地面测试和在轨应用方向图不一致问题。

具体地，本发明的紧缩场整星IPFD值测试方法包括以下步骤：

1)整星架装到大型DUT转台上，并进行光学准直，将星体基准坐标位置对准紧缩场平面波来波方向；

2)根据卫星上行频点，利用射频测试设备标定地面发射馈源在卫星上行频点的天线增益；

3)安装地面发射馈源，将发射馈源置于紧缩场反射面焦点位置；

4)根据卫星上行频点，利用矢量网络分析仪标定地面馈源到紧缩场信号源之间的测试链路电缆在上行频点的插入损耗；

5)根据紧缩场双反射面系统特性，确定紧缩场等效空间距离R，并根据R值计算等效球面积对应的dB值；

6)根据天线分系统方向图测试结果预判断天线电平峰值位置；

7)将整星接收天线(卫星上行天线)移动到紧缩场静区中心；

8)整星转发器供电工作，地面信号源加低功率射频信号；

9)根据方向图设计值，采用“十”或“土”形扫描方式，转动DUT转台，在预判断峰值附近采样IPFD值；

10)将实测IPFD值套入天线分系统方向图测试结果中，比较得到方向图方位和俯仰角度偏差；

11)根据角度偏差确定校准后峰值电平位置，将DUT转台到该位置；

12)根据卫星遥测信号，地面信号源逐步增加功率电平，直到达到1dB饱和压缩位置电平，得到IPFD值。

因此，该测试方法可以包含星体反射干扰对IPFD值的影响，最大限度还原在轨实际应用效果。该方法克服了整星测试阶段，天线在地面测试场测试时引入的L型支撑结构形变影响，消除了地面测试场测试结果和在轨测试结果因L型支撑结构形变导致的方向图不一致问题。另外，该方法还可以消除分段测量带来的天线与转发器连接失配误差和天线与转发器之间馈电网络损耗的测试误差对IPFD值的影响。

下面结合附图1和2及具体实施方式对本发明进行详细说明。

根据本发明的紧缩场整星IPFD值测试方法主要是利用紧缩场双反射面系统、大型DUT转台、射频仪器等设备开展整星IPFD值测量。特别是利用紧缩场转台系统的高精度定位能力，根据波束形状，采用“十字线”或“土字线”测试法采集IPFD值，用于和辐射方向图比对相对关系，确定整星状态下方向图峰值位置，修正整星阶段待测天线受重力影响而发生的方向图偏移情况，提高整星IPFD值测试精度。本发明的测试方法的具体实施步骤如下详细描述。

第一步，利用紧缩场天车将卫星整星起吊，控制DUT转台，使得转台对接面和星体对接法兰对准，平移DUT转台靠近星体，使用对接螺钉紧固星体法兰和DUT转台对界面，拆除天车吊装工具，控制DUT转台将星体指向紧缩场反射面方向。

其中，使用激光经纬仪测量紧缩场副反射面基础上的棱镜，随后测量卫星星体上棱镜，根据角度关系确定卫星指向来波方向的角度。

第二步，记录卫星上行频点，选用箱型暗室实验室或球面近场实验室测量地面发射馈源天线增益，天线增益为15dBi。增益测量完成后，将地面发射馈源天线安装到紧缩场二楼馈源间测试转台上，并紧固安装螺钉。根据反射面焦距位置，调整馈源间测试转台的方位轴、南北方向轨道轴、东西方向轨道轴和极化旋转轴，将馈源的相位中心放置到反射面焦点位置上。

第三步，使用矢量网络分析仪的插损标定功能，完成上行链路测试电缆在上行频点处的插入损耗，插入损耗为-10dB。标定完成后将上行测试电缆一端连接到地面发射馈源射频输入端口上，测试电缆另一端连接到紧缩场信号源射频输出端口上。

第四步，根据紧缩场双反射面系统的等效空间距离R，计算等效球面积dB值，R＝29.313m，所以101g(4πR²)＝40.33dB。

第五步，根据天线分系统方向图测试结果预判断天线电平峰值位置。例如，点波束天线正对星下点方位、俯仰位置坐标为(0.055，5.47)。点波束天线安装在卫星对地面星体板上，控制DUT转台将卫星对地面星体板停放到测试静区中心，旋转星体指向(0.055，5.47)坐标位置。

第六步，整星加电，整星转发器打开，开始IPFD值测量，具体实施过程如下：

(1)地面信号源发射-60dBm功率；

(2)通过上行测试电缆输入地面发射馈源；

(3)馈源发射的球面波经双反射面系统两次反射，在卫星对地面板处形成平行波；

(4)卫星上行天线接收到射频信号；

(5)射频信号通过转发器系统变频为卫星下行信号；

(6)整星发射天线转发卫星下行信号；

(7)下行信号经双反射面系统反射后汇聚到反射面焦点位置；

(8)由地面接收天线接收并送入功率计或频谱仪等信号检测设备；

(9)同时星上监测遥测信号；

(10)以预判断电平峰值位置(0.055，5.47)为中心，转动DUT转台，采样间隔设置为0.1°，采样范围设置为中心位置±2°，每转动到一个采样点记录IPFD值，直到采集完成；

(11)将采集结果和天线分系统方向图测试结果比对，确定方位和俯仰方向角度偏差(0，-0.1)，此偏差即为星体环境和天线受L型支撑结构形变双重影响造成的指向偏差；

(12)根据指向偏差确定实际指向峰值位置为(0.055，5.37)；

(13)增加信号源发射功率，根据星上遥测信号判断1dB压缩饱和点，测得饱和点为-25dB信号源输出功率；

(14)根据测试结果计算饱和点IPFD值，即：

IPFD＝P_tx+L_path，up+G_tx，-101g(4πR²)-30

IPFD＝-25+(-10)+15-40.33-30＝-90.33dBW/m²

(15)记录测试结果完成整星IPFD值测试过程。

综上所述，采用本发明的技术方案，在整星测试IPFD值时，其他星载天线和星载设备同时安装于卫星星体之上，同天线设计值或天线分系统测试结果比较，整星测试可以引入星体反射干扰，真实反映了在轨实际应用效果，而利用特殊形状扫描法判别天线指向位置，有效的克服了整星测试阶段，天线在地面测试场测试时引入的L型支撑结构形变影响，消除了地面测试场测试结果和在轨测试结果因L型支撑结构形变影响导致的方向图不一致问题。

另外，在整星测试IPFD值时，采用卫星接收天线(上行天线)+转发器的组合模式测试，可以有效消除分段测量带来的天线与转发器连接失配误差和天线与转发器之间馈电网络损耗的测试误差。

本发明中未说明部分属于本领域的公知技术。

Claims

1.一种高精度测试方法，用于在紧缩场内开展整星的输入功率通量密度值的测试，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，整星加电并且整星转发器开始工作，从地面信号源施加低功率射频信号；

步骤二，根据天线分系统的方向图设计值，采用预定扫描方式，转动待测件转台，在预判断峰值附近采样所述输入功率通量密度值；

步骤三，将实际采样到的所述输入功率通量密度值套入所述天线分系统的方向图测试结果中，通过比较得到所述方向图的方位和俯仰角度的偏差；

步骤四，根据所述俯仰角度的偏差，确定校准后的峰值电平位置并将所述待测件转台转到所述峰值电平位置；以及

步骤五，根据卫星遥测信号，所述地面信号源逐步增加功率电平，直到达到预定饱和压缩位置电平并获得准确的输入功率通量密度值。

2.根据权利要求1所述的高精度测试方法，其特征在于，所述预定扫描方式为十字形或土字型的扫描方式，以及所述预定饱和压缩位置电平为1dB。

3.根据权利要求1所述的高精度测试方法，其特征在于，在所述步骤一之前还包括：

将整星架装到所述待测件平台上并进行光学准直，从而将整星的形体基准坐标位置对准及所长平面波来波方向；

根据卫星上行频点，利用射频测试设备标定所述作为发射馈源的所述地面信号源在所述卫星上行频点的天线增益；

安装所述地面信号源并将其置于所述紧缩场的反射面焦点位置。

4.根据权利要求3所述的高精度测试方法，其特征在于，在放置所述地面信号源之后还包括：

根据所述卫星上行频点，利用矢量网络分析仪标定所述地面信号源到所述紧缩场的信号源之间的测试链路电缆在所述卫星上行频点的插入损耗；

根据所述紧缩场的双反射面系统特性，确定所述紧缩场的等效空间距离并计算等效求面积对应的dB值。

5.根据权利要求4所述的高精度测试方法，其特征在于，在计算所述dB值之后还包括：

根据所述天线分系统的方向图测试结果预判断天线电平峰值位置并获得所述预判断峰值；

将整星的接收天线移动到所述紧缩场的静区中心，所述接收天线为卫星上行天线。