CN113572541A - 一种卫星数传系统无线信号高可靠测试方法 - Google Patents

一种卫星数传系统无线信号高可靠测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及卫星测试技术领域，提出一种卫星数传系统无线信号高可靠测试方法，其中通过构建移动吸波暗室包围数传天线进行数传系统无线信号测试。本发明针对移动场景下高功率宽带无线数传信号的无线测试，设计了可移动、简易性的屏蔽暗室，用来满足卫星系统各个测试环节的无线信号测试，具有较好的屏蔽效果，避免了多径效应，同时实现了无线信号的可靠传输。并且本发明方法可以适用于多种卫星型号的高功率信号测试中，能实现较好的通用性和可移动性，方便外场和近场测试，有助于隔离电磁辐射，极大节省了资源。

Description

一种卫星数传系统无线信号高可靠测试方法
技术领域
本发明总的来说涉及卫星测试技术领域。具体而言，本发明涉及一种卫星数传系统无线信号高可靠测试方法。
背景技术
卫星系统中，高速数据传输系统承担了有效载荷数据及工程参数的实时或延时下传任务。目前，通信类、科学类、遥感类卫星均具备更为大量的数据存储及传输要求，因此数传系统需要具备较大容量及较高带宽的设计要求。以某遥感卫星为例，数据速率要求单通道400Mbps，因此通信带宽需要支持400Mbps。为支持该数据速率，需要配置带转动机构的高增益窄波束天线或者配置高功率放大器加低增益宽波束。当使用高功率放大器输出时，信号可认为是高功率宽带信号。为了配合载荷数据传输任务需求，数传系统需要完成各项集成测试及卫星系统测试。
卫星测试阶段主要包括集成及环境试验测试，数传系统作为数据传输通道，需要参与卫星系统各项测试。数传系统的测试主要可以分为两大类，一类为有线测试，一类为无线测试。常规的有线测试可以通过各种转接的电缆实现信号连接传输，不会造成信号的泄露和干扰。而无线测试过程中，由于天线的对外辐射效应，电磁波在自由空间传输易受到干扰，同时近场的测试环境容易造成高功率信号的多径效应，对宽带信号产生干扰，影响有效数据波形以及数据可靠性，同时高功率输出信号对外辐射，容易对测试人员产生电磁辐射。因此，数传系统无线测试需要通过一定的技术手段，避免高功率信号多径效应，同时减少对外辐射。
现有技术中，抑制电磁辐射、进行无线测试的方法倾向于搭建固定吸波暗室，吸波暗室根据使用的材料不同，能覆盖不同射频频段，以达到对不同频率高功率信号的屏蔽，同时抑制对人体辐射，有利于保证卫星测试的安全。然而，吸波暗室设计成本高、设计复杂，同时暗室整个空间不具备移动性，空间较大，不能对具体的无线测试设计进行适应性修正，在单一的通信通路无线测试时，会造成人力物力的较大浪费。
发明内容
为至少部分解决现有技术中的上述问题，本发明提出一种卫星数传系统无线信号高可靠测试方法，其中所述卫星包括卫星本体以及数传天线，该方法包括下列步骤：
构建移动吸波暗室以包围所述数传天线；
在所述移动吸波暗室中布置接收天线，并且连接接收天线与测试设备；
由所述卫星本体生成、调制以及放大信号；
由所述数传天线发射信号，并且通过数传链路发送信号至所述接收天线；
由所述接收天线接收信号，并且由测试设备解调以及解码信号；
由所述测试设备确定信号频谱；以及
由所述测试设备确定所述数传链路的误码率。
在本发明一个实施例中规定，所述移动吸波暗室被构建为吸收信号增益为40dB并且信号频段为1GHz至18GHz的信号。
在本发明一个实施例中规定，所述移动吸波暗室的构建材料包括ZXB-F-50蜂窝吸波材料，并且所述移动吸波暗室被构建为长、宽、高分别40cm、40cm和15cm方形。
在本发明一个实施例中规定：由所述测试设备确定信号的射频谱和\或中频谱是否光滑。
在本发明一个实施例中规定：
所述数传天线发射信号的EIRP表示为下式：
EIRP＝P-调制损耗-馈线损耗-指向与极化损耗+发射天线增益
其中，P表示所述卫星本体的输出功率；
所述接收天线接收信号的接收机入口电平Pr表示为下式：
Pr＝EIRP-自由空间衰减-雨衰+接收天线增益；以及
所述测试设备解调以及解码信号的信噪比
Figure BDA0003181688190000021
表示为下式：
Figure BDA0003181688190000022
接收机入口电平-T-K0-Rb
其中，T表示华氏温度值，K0表示波尔兹曼常数，Rb表示数据速率。
在本发明一个实施例中规定：由所述测试设备确定所述数传链路的误码率包括由所述测试设备执行下列动作：
根据所述卫星本体的调制信号的信号调制方式确定对应取值M；
计算所述数传链路的误信率Pe，表示为下式：
Figure BDA0003181688190000031
Figure BDA0003181688190000032
Figure BDA0003181688190000033
其中，Q表示过程函数，γs表示符号能量；以及
计算所述数传链路的误码率Pb，表示为下式：
Figure BDA0003181688190000034
M＝2k
其中，k表示过程值。
在本发明一个实施例中规定，所述信号调制方式包括：
BPSK调制方式，其中对应取值M＝2；
QPSK调制方式，其中对应取值M＝4；
8PSK调制方式，其中对应取值M＝8；以及
16QAM调制方式，其中对应取值M＝16。
在本发明一个实施例中规定：通过调整卫星本体的输出功率模拟卫星应用环境以进行接收门限测试，其中当达到接收门限信噪比时开始出现误码。
本发明至少具有如下有益效果：针对移动场景下高功率宽带无线数传信号的无线测试，设计了可移动、简易性的屏蔽暗室，用来满足卫星系统各个测试环节的无线信号测试，具有较好的屏蔽效果，避免了多径效应，同时实现了无线信号的可靠传输。并且本发明方法可以适用于多种卫星型号的高功率信号测试中，能实现较好的通用性和可移动性，方便外场和近场测试，有助于隔离电磁辐射，极大节省了资源。
附图说明
为进一步阐明本发明的各实施例中具有的及其它的优点和特征，将参考附图来呈现本发明的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本发明的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中，为了清楚明了，相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。
图1示出了本发明一个实施例中卫星数传系统的结构示意图。
图2示出了本发明一个实施例中移动吸波暗室的布置示意图。
图3示出了本发明一个实施例中卫星数传系统通过无线链路通信的示意图。
具体实施方式
应当指出，各附图中的各组件可能为了图解说明而被夸大地示出，而不一定是比例正确的。在各附图中，给相同或功能相同的组件配备了相同的附图标记。
在本发明中，除非特别指出，“布置在…上”、“布置在…上方”以及“布置在…之上”并未排除二者之间存在中间物的情况。此外，“布置在…上或上方”仅仅表示两个部件之间的相对位置关系，而在一定情况下、如在颠倒产品方向后，也可以转换为“布置在…下或下方”，反之亦然。
在本发明中，各实施例仅仅旨在说明本发明的方案，而不应被理解为限制性的。
在本发明中，除非特别指出，量词“一个”、“一”并未排除多个元素的场景。
在此还应当指出，在本发明的实施例中，为清楚、简单起见，可能示出了仅仅一部分部件或组件，但是本领域的普通技术人员能够理解，在本发明的教导下，可根据具体场景需要添加所需的部件或组件。另外，除非另行说明，本发明的不同实施例中的特征可以相互组合。例如，可以用第二实施例中的某特征替换第一实施例中相对应或功能相同或相似的特征，所得到的实施例同样落入本申请的公开范围或记载范围。
在此还应当指出，在本发明的范围内，“相同”、“相等”、“等于”等措辞并不意味着二者数值绝对相等，而是允许一定的合理误差，也就是说，所述措辞也涵盖了“基本上相同”、“基本上相等”、“基本上等于”。以此类推，在本发明中，表方向的术语“垂直于”、“平行于”等等同样涵盖了“基本上垂直于”、“基本上平行于”的含义。
另外，本发明的各方法的步骤的编号并未限定所述方法步骤的执行顺序。除非特别指出，各方法步骤可以以不同顺序执行。
下面结合具体实施方式参考附图进一步阐述本发明。
图1示出了本发明一个实施例中卫星数传系统的结构示意图。
如图2所示，针对该卫星数传系统，构建移动吸波暗室包围数传天线，并且在所述移动吸波暗室中布置接收天线并且外接地面测试设备。所述移动吸波暗室可以通过多块方形吸波材料构建，吸波材料的型号可以是ZXB-F-50蜂窝吸波材料，所述移动吸波暗室可以是长宽高分别40cm、40cm和15cm方形，可以吸收信号增益为40dB并且信号频段为1GHz至18GHz的信号。然而本领域技术人员应当理解，所述移动吸波暗室的吸波材料、尺寸和信号吸收频段的选择不限于上述示例，本领域技术人员可以根据实际需要选者合适的吸波材料、尺寸和信号吸收频段。
图3示出了卫星数传系统通过无线链路通信的示意图，数传系统无线测试的过程中可以通过+Z轴的宽带反射面天线将射频数据向自由空间辐射，以实现数据有效传输。可以由卫星本体上生成信号，并且由卫星本体上的调制单元和功率放大模块调制并且放大信号并输出至发射天线系统，信号的输出功率以P表示。
卫星的天线系统，例如可以是如图1或图2所示的数传天线，其发射信号至接收天线系统，发射信号的EIRP(effective isotropically radiated power有效全向辐射功率)可以表示为：EIRP＝P-调制损耗-馈线损耗-指向与极化损耗+发射天线增益。信号在空间中传输会产生损耗，例如会产生自由空间衰减或者雨衰。接收天线系统，例如可以是图3所示的接收天线接受信号并且将信号传输至信号接收系统，接收机入口电平以Pr表示，可以表示为接收机入口电平Pr＝EIRP-自由空间衰减-雨衰+接收天线增益。信号接收系统，例如可以是图2所示的地面测试设备，接收信号并且由信号接收系统中的解调模块和解码模块将信号解调并且解码，信噪比的计算可以表示为Eb/N0＝接收机入口电平-T-K0-Rb，其中T表示华氏温度值，K0表示波尔兹曼常数，Rb表示数据速率。
卫星数传系统无线信号测试过程中，对于无线信号的质量主要有几个方面的评价指标。一方面可以通过测试设备确定接收信号频谱，良好的数传系统中通过无线信道接收的信号可以具有平滑的射频谱和中频谱；另一方面，可以通过测试设备确定通信链路的误码率，良好的数传系统中误码率可以优于一定的数值。
具体而言，由所述测试设备确定所述数传链路的误码率可以包括由所述测试设备执行下列动作：
根据所述卫星本体的调制信号的信号调制方式确定对应取值M。信号调制方式信号调制方式包括：
BPSK(Binary Phase Shift Keying二进制相移键控)调制方式，其中对应取值M＝2；
QPSK(Quadrature Phase Shift Keying正交相移键控)调制方式，其中对应取值M＝4；
8PSK(8Phase Shift Keying 8移相键控)调制方式，其中对应取值M＝8；以及
16QAM(16Quadrature Amplitude Modulation 16正交幅度调制)调制方式，其中对应取值M＝16。
计算所述数传链路的误信率Pe，表示为下式：
Figure BDA0003181688190000061
Figure BDA0003181688190000062
Figure BDA0003181688190000063
其中，Q表示过程函数，γs表示符号能量。
以及计算所述数传链路的误码率Pb，表示为下式：
Figure BDA0003181688190000071
M＝2k
其中，k表示过程值。
当数据速率为10k至450Mbps，EIRP为20dBW时，由公式可知，数传链路理论上无误码。
在本发明的一个实施例中根据测试结果可知，一个高功率宽带无线信号地面高速解调器中中频频谱较为平滑，同时解码模块可以显示接收数据没有误码。通过调整星上输出信号强度，可以模拟卫星应用环境，进行接收门限测试，当达到接收门限信噪比时，开始出现误码。
目前国内外现有卫星型号数传天线的布局中，绝大部分数传天线布局在卫星对地面上，可认为是卫星本体坐标系下正负Z轴，或是通过卫星姿态机动实现天线安装面对地。因此本方法可以推广到诸多卫星型号的高功率信号测试中，能实现较好的通用性和可移动性，方便外场和近场测试，有助于隔离电磁辐射，极大节省了资源。
尽管上文描述了本发明的各实施例，但是，应该理解，它们只是作为示例来呈现的，而不作为限制。对于相关领域的技术人员显而易见的是，可以对其做出各种组合、变型和改变而不背离本发明的精神和范围。因此，此处所公开的本发明的宽度和范围不应被上述所公开的示例性实施例所限制，而应当仅根据所附权利要求书及其等同替换来定义。

Claims (8)

1.一种卫星数传系统无线信号高可靠测试方法，其中所述卫星包括卫星本体以及数传天线，其特征在于，所述方法包括下列步骤：
构建移动吸波暗室以包围所述数传天线；
在所述移动吸波暗室中布置接收天线，并且连接接收天线与测试设备；
由所述卫星本体生成、调制以及放大信号；
由所述数传天线发射信号，并且通过数传链路发送信号至所述接收天线；
由所述接收天线接收信号，并且由测试设备解调以及解码信号；
由所述测试设备确定信号频谱；以及
由所述测试设备确定所述数传链路的误码率。
2.根据权利要求1所述的卫星数传系统无线信号高可靠测试方法，其特征在于，所述移动吸波暗室被构建为吸收信号增益为40dB并且信号频段为1GHz至18GHz的信号。
3.根据权利要求1和2之一所述的卫星数传系统无线信号高可靠测试方法，其特征在于，所述移动吸波暗室的构建材料包括ZXB-F-50蜂窝吸波材料，并且所述移动吸波暗室被构建为长、宽、高分别40cm、40cm和15cm的方形。
4.根据权利要求1所述的卫星数传系统无线信号高可靠测试方法，其特征在于，由所述测试设备确定信号的射频谱和\或中频谱是否光滑。
5.根据权利要求1所述的卫星数传系统无线信号高可靠测试方法，其特征在于，所述数传天线发射信号的EIRP表示为下式：
EIRP＝P-调制损耗-馈线损耗-指向与极化损耗+发射天线增益
其中，P表示所述卫星本体的输出功率；
所述接收天线接收信号的接收机入口电平Pr表示为下式：
Pr＝EIRP-自由空间衰减-雨衰+接收天线增益；以及
所述测试设备解调以及解码信号的信噪比
Figure FDA0003181688180000011
表示为下式：
Figure FDA0003181688180000012
接收机入口电平-T-K0-Rb
其中，T表示华氏温度值，K0表示波尔兹曼常数，Rb表示数据速率。
6.根据权利要求5所述的卫星数传系统无线信号高可靠测试方法，其特征在于，由所述测试设备确定所述数传链路的误码率包括由所述测试设备执行下列动作：
根据所述卫星本体的调制信号的信号调制方式确定对应取值M；
计算所述数传链路的误信率Pe，表示为下式：
Figure FDA0003181688180000021
Figure FDA0003181688180000022
Figure FDA0003181688180000023
其中，Q表示过程函数，γs表示符号能量；以及
计算所述数传链路的误码率Pb，表示为下式：
Figure FDA0003181688180000024
M＝2k
其中，k表示过程值。
7.根据权利要求6所述的卫星数传系统无线信号高可靠测试方法，其特征在于，所述信号调制方式包括：
BPSK调制方式，其中对应取值M＝2；
QPSK调制方式，其中对应取值M＝4；
8PSK调制方式，其中对应取值M＝8；以及
16QAM调制方式，其中对应取值M＝16。
8.根据权利要求1所述的卫星数传系统无线信号高可靠测试方法，其特征在于，通过调整卫星本体的输出功率模拟卫星应用环境以进行接收门限测试。
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