CN110672932B - 一种多天线导航暗室测试信号电平的自动标定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多天线导航暗室测试信号电平的自动标定方法，所述方法包括：一、在多天线导航暗室内构建测试信号电平标定环境；二、安装并连接配套测试设备/测试电缆；三、初始化测试转台和标定转台；四、在线标定软件控制信号天线发射相应的测试信号；五、控制测试转台的方位角度和标定装置的俯仰角度使其对准被测天线，从而获得测试信号到达被测终端的测试信号电平。通过本发明可以实现多天线导航测试暗室测试信号电平的自动化在线标定，能够有效缩短系统标定时间，提高系统标定精度的优点。

Description

一种多天线导航暗室测试信号电平的自动标定方法
技术领域
本发明涉及卫星导航用户设备测试技术领域，特别是一种多天线导航暗室测试信号电平的在线标定方法。
背景技术
多天线导航暗室，用于在实验室条件下模拟导航终端所处的复杂电磁环境。目前，对于多天线导航测试暗室测试信号电平的标定方法，一般采用系统建成后通过频谱仪和信号源等标准仪器进行定期标定，但由于进行不同测试项目时需要调整信号到达导航终端天线的角度，导致对到达导航终端天线的测试信号强度需要重新标定，并且标定过程相对繁琐。本专利提出了一种多天线导航测试暗室测试信号电平的自动化标定方法，可实现对到达导航终端天线的多个测试信号进行自动化在线标定，能够有效缩短标定时间，并能有效提高系统标定精度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对传统事先标定方法无法满足改变测试信号到达导航终端天线角度后信号电平变化的缺点，设计了一种多天线导航暗室测试信号电平的在线标定方法，能够自动标定信号天线信号到达导航终端天线位置的测试信号电平，有效地解决了系统在改变测试信号到达导航终端天线角度后信号电平改变后的自动化标定问题。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种多天线导航暗室测试信号电平的在线标定方法，将标准增益天线替换掉导航终端天线进行标定；包括以下步骤：
①构建多天线导航暗室及配套测试设备：多天线导航暗室、导航信号模拟器、干扰信号源、频谱仪、在线标定软件以及低噪声放大器；多天线导航暗室中设置有测试转台、标定转台、标准增益天线以及多个被测天线；
②将标准增益天线固定在标定转台上，标定转台安装在测试转台上，标准增益天线通过低噪声放大器和射频测试电缆连接到频谱仪；
③在线标定软件对测试转台和标定转台进行初始化，使测试转台的俯仰/方位角度、标定装置的俯仰角度均为0度；
④在线标定软件控制干扰信号源发射单频干扰信号，或者控制导航信号模拟器输出单星导航信号；
⑤在线标定软件获取被测天线的位置，并控制测试转台的方位角度和标定转台的俯仰角度，使标准增益天线对准被测天线；
⑥标准增益天线接收被测天线的信号，通过低噪声放大器传输至频谱仪，在线标定软件通过频谱仪读取接收信号功率，计算出信号电平。
所述步骤②具体包括以下步骤：
(201)通过标准仪器测量标定过程中所使用射频测试电缆的衰减值CableATT-i和低噪声放大器的增益值LNAGain-i；其中，i表示相应频点的衰减/增益值；
(202)将标准增益天线固定在标定转台上，标定转台安装在测试转台上；
(203)标准增益天线经过低噪声放大器后通过射频测试电缆连接到频谱仪。
所述步骤⑥中在线标定软件通过频谱仪读取接收信号功率，计算出信号电平具体为：
在线标定软件通过频谱仪读取接收信号功率S频谱仪，并由公式
Spwr＝S频谱仪-ANTGain-i-LNAGain-i-PhaseATT+CableATT-i
计算出到达导航终端天线的测试信号电平；
其中：Spwr为到达导航终端天线的测试信号电平；
S频谱仪为通过频谱仪读取的接收信号功率；
ANTGain-i为标准增益天线对应频点的增益值；
LNAGain-i为低噪声放大器对应频点的增益值；
PhaseATT为标准增益天线相位中心到导航终端天线相位中心的衰减值；
CableATT-i为标准增益天线到频谱仪间射频电缆对应频点的衰减值。
所述标准增益天线相位中心到导航终端天线相位中心的衰减值PhaseATT的计算方式如下：
标准增益天线相位中心到被测天线位置的距离d计算方法为:
(d+r)2+r2-2(d+r)rcosθ＝l2
被测天线到标准增益天线的自由空间衰减Loss标准天线计算方法为:
Loss标准天线＝32.4+20lg(f)+20lg(d)
被测天线到导航终端天线的自由空间衰减Loss终端天线计算方法为:
Loss终端天线＝32.4+20lg(f)+20lg(l)
标准增益天线相位中心到导航终端天线相位中心的衰减值PhaseATT计算方法为:
Figure BDA0002272919620000031
其中，θ表示标定转台转动的俯仰角，当θ为0°时，标准增益天线相位中心与导航终端天线相位中心重合；r表示标定转台俯仰中心轴到导航终端天线相位中心的距离，l表示导航终端天线相位中心到被测天线位置的距离，d表示标准增益天线相位中心到被测天线位置的距离，r、l、和θ三个参数通过提前测量的方式获得，d和l的单位为km，f为待标定信号频率值。
本发明技术具有如下优点：
(i)本发明采用利用已有测试转台及新增标定装置的方式实现对多天线导航暗室测试信号电平的在线自动化标定，具有到达被测终端信号电平测量结果准确的优点。
(ii)本发明提出了一种通过计算被测天线与标准增益天线位置关系，通过调整测试天线方位角度以及标定装置俯仰角度使标准增益天线对准被测天线的方法，实现对多天线暗室测试信号电平进行自动化标定，具有到达被测终端测试信号电平测量精度高、可重复性好的优点。
附图说明
图1是本发明实现流程图；
图2本发明导航暗室信号标定原理示意图；
图3本发明标准增益天线相位中心到被测导航终端相位中心衰减值计算场景图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明做进一步的描述：
本发明一种多天线导航暗室测试信号电平的标定方法，如图所示，具体实现过程如下：
①构建多天线导航暗室及配套测试设备，如图2所示，包括：多天线导航暗室、导航信号模拟器、干扰信号源、频谱仪、在线标定软件以及低噪声放大器；多天线导航暗室中设置有测试转台、标定转台、标准增益天线以及多个被测天线；(标准增益天线替换掉导航终端天线进行标定)；被测天线包括测试信号天线和干扰信号天线；
②将标准增益天线固定在标定转台上，标定转台安装在测试转台上，标准增益天线通过低噪声放大器、射频测试电缆后连接到频谱仪；其中,步骤②包括以下步骤：
(201)通过标准仪器测量标定过程中所使用射频测试电缆的衰减值CableATT-i，低噪声放大器的增益值LNAGain-i(i表示相应频点的衰减/增益值)；
(202)将标准增益天线固定在标定转台上，标定转台安装在测试转台上；
(203)标准增益天线经过低噪声放大器后通过测试电缆连接到频谱仪。
③在线标定软件对测试转台和标定转台进行初始化，使测试转台的俯仰/方位角度、标定转台的俯仰角度均为0度；
④在线标定软件控制干扰信号源发射单频干扰信号，或者控制导航信号模拟器输出单星导航信号(使输出信号功率最大)；
⑤在线标定软件首先获取被测天线的位置，根据被测天线的位置和测试转台的位置，获得测试转台方位角度和标定装置俯仰角度的设定信息，然后控制测试转台的方位角度和标定装置的俯仰角度，使标准增益天线对准被测天线；
⑥标准增益天线接收被测天线的信号，通过低噪声放大器传输至频谱仪，在线标定软件通过频谱仪读取接收信号功率，计算出信号电平。
计算方式如下：
在线软件通过频谱仪读取接收信号功率S频谱仪，并由公式
Spwr＝S频谱仪-ANTGain-i-LNAGain-i-PhaseATT+CableATT-i
计算出到达导航终端天线的信号电平；
其中：Spwr到达导航终端天线的干扰信号电平；
S频谱仪通过频谱仪读取的接收信号功率；
ANTGain-i标准增益天线对应频点的增益值；
LNAGain-i低噪声放大器对应频点的增益值；
PhaseATT标准增益天线相位中心到被测导航终端相位中心的衰减值；
CableATT-i标准增益天线到频谱仪间电缆对应频点的衰减值。
其中PhaseATT计算场景如图2所示，图中点A表示被测天线位置，点B表示导航终端天线相位中心，点C表示标准增益天线相位中心，点O表示标定转台俯仰转动中心轴；图中θ表示标定转台转动的俯仰角，当θ为0°时，标准增益天线相位中心与导航终端天线相位中心重合；图中距离r表示标定转台俯仰中心轴到导航终端天线相位中心的距离，l表示导航终端天线相位中心到被测天线位置的距离，d表示标准增益天线相位中心到被测天线位置的距离。
在实际使用时，r、l、和θ三个参数通过提前测量的方式获得，距离d通过以下公式解算获得。
(d+r)2+r2-2(d+r)rcosθ＝l2
此时，被测天线到标准增益天线的自由空间衰减Loss标准天线计算方法为:
Loss标准天线＝32.4+20lg(f)+20lg(d)
被测天线到导航终端天线的自由空间衰减Loss终端天线计算方法为:
Loss终端天线＝32.4+20lg(f)+20lg(l)
标准增益天线相位中心到被测终端相位中心的衰减值PhaseATT计算方法为:
Figure BDA0002272919620000061
其中，d和l的单位为km，f为待标定信号频率值。
本说明书中未作详细未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (3)

1.一种多天线导航暗室测试信号电平的自动标定方法，将标准增益天线替换掉导航终端天线进行标定；具体实现过程如下：
①构建多天线导航暗室及配套测试设备：多天线导航暗室、导航信号模拟器、干扰信号源、频谱仪、在线标定软件以及低噪声放大器；多天线导航暗室内设置有测试转台、标定转台、标准增益天线以及多个被测天线；
②将标准增益天线固定在标定转台上，标定转台安装在测试转台上，标准增益天线通过低噪声放大器和射频测试电缆连接到频谱仪；
③在线标定软件对测试转台和标定转台进行初始化，使测试转台的俯仰/方位角度、标定装置的俯仰角度均为0度；
④在线标定软件控制干扰信号源发射单频干扰信号，或者控制导航信号模拟器输出单星导航信号；
⑤在线标定软件获取被测天线的位置，并控制测试转台的方位角度和标定转台的俯仰角度，使标准增益天线对准被测天线；
⑥标准增益天线接收被测天线的信号，通过低噪声放大器传输至频谱仪，在线标定软件通过频谱仪读取接收信号功率，计算出信号电平；
其中，在线标定软件通过频谱仪读取接收信号功率，计算出信号电平具体为：
在线标定软件通过频谱仪读取接收信号功率S频谱仪，并由公式
Spwr＝S频谱仪-ANTGain-i-LNAGain-i-PhaseATT+CableATT-i
计算出到达导航终端天线位置的测试信号电平；
其中：Spwr为到达导航终端天线位置的测试信号电平；
S频谱仪为通过频谱仪读取的接收信号功率；
ANTGain-i为标准增益天线对应频点的增益值；
LNAGain-i为低噪声放大器对应频点的增益值；
PhaseATT为标准增益天线相位中心到导航终端天线相位中心的衰减值；
CableATT-i为标准增益天线到频谱仪间射频电缆对应频点的衰减值。
2.根据权利要求1中所述的多天线导航暗室测试信号电平的自动标定方法，其特征在于：步骤②具体包括以下步骤：
(201)通过标准仪器测量标定过程中所使用射频测试电缆的衰减值CableATT-i和低噪声放大器的增益值LNAGain-i；其中，i表示相应频点的衰减/增益值；
(202)将标准增益天线固定在标定转台上，标定转台安装在测试转台上；
(203)标准增益天线经过低噪声放大器后通过射频测试电缆连接到频谱仪。
3.根据权利要求1所述的多天线导航暗室测试信号电平的自动标定方法，其特征在于：标准增益天线相位中心到导航终端天线相位中心的衰减值PhaseATT的计算方式如下：
标准增益天线相位中心到被测天线位置的距离d计算方法为:
(d+r)2+r2-2(d+r)rcosq＝l2
被测天线位置到标准增益天线相位中心的自由空间衰减Loss标准天线计算方法为:
Loss标准天线＝32.4+20lg(f)+20lg(d)
被测天线位置到导航终端天线相位中心的自由空间衰减Loss终端天线计算方法为:
Loss终端天线＝32.4+20lg(f)+20lg(l)
标准增益天线相位中心到导航终端天线相位中心的衰减值PhaseATT计算方法为:
Figure FDA0003068408480000031
其中，θ表示标定转台转动的俯仰角，当θ为0°时，标准增益天线相位中心与导航终端天线相位中心重合；r表示标定转台俯仰中心轴到导航终端天线相位中心的距离，l表示导航终端天线相位中心到被测天线位置的距离，d表示标准增益天线相位中心到被测天线位置的距离，r、l、和θ三个参数通过提前测量的方式获得，d和l的单位为km，f为待标定信号的频率值。
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