CN113949430B - 一种获取卫星载波频域分布特征参数的方法及系统 - Google Patents

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Abstract

一种获取卫星载波频域分布特征参数的方法及系统，利用低成本数字频谱前端进行频谱密集巡检并通过分析获取卫星载波的频域分布特征参数的方法和系统，可以对卫星工作频段全带宽进行高速的频谱巡检和载波频域分布特征参数分析，利用输入频段差异和信号合路器提高频谱前端利用率，进一步降低系统的单通道成本，并解决由于频谱前端工作带宽小于卫星工作频段全带宽而需要进行的频谱数据拼接问题。

Description

一种获取卫星载波频域分布特征参数的方法及系统
技术领域
本发明涉及一种获取卫星载波频域分布特征参数的方法及系统，属于卫星通信技术领域。
背景技术
对于需要对卫星转发器资源进行运行管理的卫星资源管理者来说，进行频谱巡检并获取卫星载波的频域分布特征参数是一种重要的基础工作。
现有的卫星转发器频谱监测系统一般有两种模式，一种使用高成本的频谱采样设备进行频谱监测和分析，由于频谱采样设备价格高，通常需要通过切换开关方式来分摊每个监测通道的频谱采样设备成本，系统复杂，通常需要兼容实时操作和巡检需求，因此频谱巡检周期都在分钟级，频谱巡检密度难以提高到秒级；另一种模式是使用低成本的数字频谱前端，不使用切换开关，来保证频谱巡检密度，但都是针对预设频段进行巡检和单次测试频谱进行频域分布特征参数分析，对动态变化载波的适应性不佳；通常要求设置很小的VBW，以获得看起来较平滑的频谱迹线来保证分析的准确度。
由于卫星转发器上业务载波多，且有的频段上的载波频域分布参数变化频繁，很难针对某个具体载波采用固定的频率范围来进行巡检，因此卫星资源管理者需要采用全带宽巡检来捕获工作频带内所有可能的信号频谱，同时由于数字化频谱测试所需要的设备价格高，要在尽可能用总价尽可能低的频谱测试设备的条件下获得频率精度更高(需要设置较小的RBW)、巡检周期更短的频谱密集巡检数据，设置的VBW不能太小(VBW越小则需要的测试时间越长)，测试得到的频谱迹线看起来抖动较大，而现有的方法和系统难以满足对动态变化的、测试时VBW设置不能太小的频谱密集巡检数据进行输出稳定、准确度高的载波频域分布特征参数分析的需求。
发明内容
本发明解决的技术问题是：针对目前现有技术中，现有卫星载波频域分布参数获取的方法难以满足对动态变化的数据进行稳定输出、高准确度分析的问题，提出了一种获取卫星载波频域分布特征参数的方法及系统。
本发明解决上述技术问题是通过如下技术方案予以实现的：
一种获取卫星载波频域分布特征参数的方法，步骤如下：
(1)设置全带宽扫描相关参数，启动频谱巡检测试，进行全带宽频谱扫描；
(2)压缩处理步骤(1)所得频谱迹线点电平值的数据长度；
(3)将频谱巡检测试所需参数及迹线点电平分别存储；
(4)压缩历史频谱数据文件；
(5)于频谱数据文件中读取频谱迹线数据；
(6)对频谱迹线数据进行平滑波动幅度处理；
(7)对已平滑频谱迹线的载波频域分布特征参数进行分析；
(8)对n次连续频谱巡检测试的巡检频谱对应的载波数组参数进行参数对比，判断载波的动态变化特性，完成卫星载波频域分布特征参数的获取。
所述步骤(1)中，全带宽频谱扫描具体为：分段扫描、拼接频谱数据；
其中，分段扫描具体为：
全带宽频率范围为f1～f2，BWa＝f2-f1，将全带宽BWa分解为n*BWs、BWe，n为正整数，BWe为剩余带宽(BWe频率范围为f1+n*BWs～f2)，按如下频率范围进行分段：
f1～f1+BWs、f1+BWs～f1+2*BWs、。。。、f1+(n-1)*BWs～f1+n*BWs、f1+n*BWs～f2；
分段扫描结束后，将测试过程中获取的频谱迹线点电平数据存放至对应的分段频谱迹线点电平数组中；
拼接频谱数据具体为：
将获取的分段频谱迹线点电平数组拼接为全带宽频谱迹线点电平数组，数据总点数为Na，对分段频谱迹线点电平数组的各个分段交接点的电平进行合并处理，将第1个分段的终点与第2个分段的起点合并，第2个分段的终点与第3个分段的起点合并，直至第n个分段的终点与第n+1个分段的起点合并为止。
所述拼接频谱数据过程中，上一分段的终点与下一个分段的起点为同一频点，两点合并后电平值取平均值。
所述步骤(3)中，参数及迹线点电平分别存储时，均采用固定长度存储。
所述参数及迹线点电平分别存储过程中，频谱巡检测试相关参数存储至索引项目文件中，迹线点电平数据存储至迹线点电平值文件中。
所述步骤(4)中，历史频谱文件压缩的具体操作为：
定时进行历史频谱数据文件压缩，先按频率精度进行压缩并转储至其它目录，然后再在原有目录对历史频谱数据文件按测试时刻进行压缩。
按频率精度进行压缩具体为：
按频率精度进行数据文件压缩并转储，对当日前1天及之前尚未完成频率精度压缩并转储工作的测试日的数据进行频率精度压缩及转储处理，转储目标根目录名称为原始数据根目录名称及压缩后的频率精度值后缀；
其中，根据预设频率精度压缩比r将原始数据中电平迹线点n压缩为(n-1)/r+1点；迹线电平点根据对应原始数据点的分段内的迹线点电平确定，电平值计算模式根据预设模式选择，所述预设模式包括电平最大值、电平平均值、功率折算平均值；
根据处理后的数据生成新的索引项目文件及迹线点电平值文件，并于压缩及转储工作完成后，于操作管理文件中将已处理完成的测试日标记更新。
按测试时刻压缩具体为：
根据预设原始测试数据最小保存天数m，对处理时刻当日前m天之前，不含当日前m天的数据进行测试时刻压缩处理，其中：
预设保存时间间隔Ts内，若存在大于一次的测试记录，保存第一次测试记录并删除其余测试记录；
根据保存的测试记录生成新的索引项目文件及迹线点电平值文件，并删除原有索引项目文件及迹线点电平值文件；
压缩处理完成后进行测试日标记更新。
所述步骤(8)中，n为大于等于2的整数。
根据一种获取卫星载波频域分布特征参数的方法，提出了一种获取卫星载波频域分布特征参数的系统，包括信号合路器、频谱前端、前端服务器、频谱巡检及载波分析服务器、频谱前端接口和调度模块、频谱巡检和存储模块、频谱数据压缩管理模块、载波频域分布特征参数分析模块，其中：
信号合路器用于进行不同频段信号通道的合路，频谱前端用于进行信号的数字采样及FFT分析，获取信号频谱迹线点数据并发送至前端服务器，前端服务器为频谱前端的硬件接口，为频谱前端接口及调度模块提供运行环境，频谱巡检及载波分析服务器为频谱巡检和存储模块、频谱数据压缩管理模块、载波频域分布特征参数分析模块提供运行环境；
频谱前端接口和调度模块为频谱前端的软件接口，为频谱巡检模块提供对频谱前端测试的调度功能，频谱巡检和存储模块用于频谱巡检的测试和数据存储，频谱数据压缩管理模块用于频谱巡检历史数据的压缩管理，载波频域分布特征参数分析模块用于对频谱迹线进行载波频域分布参数分析并展示，并分析结果。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明提供的一种获取卫星载波频域分布特征参数的方法及系统，利用低成本数字频谱前端进行频谱密集巡检并通过分析获取卫星载波的频域分布特征参数的方法和系统，可以对卫星工作频段全带宽进行高速的频谱巡检和载波频域分布特征参数分析，利用输入频段差异和信号合路器提高频谱前端利用率，进一步降低系统的单通道成本，并解决由于频谱前端工作带宽小于卫星工作频段全带宽而需要进行的频谱数据拼接问题；
(2)本发明解决了每天每通道10亿个以上频谱迹线点数据的高效存储和检索问题，并解决了频谱迹线历史数据的按频率精度、测试时刻压缩处理技术，能够实现通过低成本的频谱前端实现高速频谱巡检需要采用高VBW带来的频谱迹线波动幅度大情况下的载波频域分布识别，对平滑后的频谱迹线的载波频域分布特征参数可设置条件自动识别，能够利用多次频谱巡检数据分析载波的动态变化特性。
附图说明
图1为发明提供的系统示意图；
图2为发明提供的实现方法流程图；
图3为发明提供的高速频谱巡检迹线示意图；
图4为发明提供的频谱迹线平滑后的效果示意图；
图5为发明提供的标准卫星载波频域分布示意图；
具体实施方式
一种获取卫星载波频域分布特征参数的方法及系统，利用低成本数字频谱前端进行频谱密集巡检并通过分析获取卫星载波的频域分布特征参数，可以对卫星工作频段全带宽进行高速的频谱巡检和载波频域分布特征参数分析，建立卫星载波实际使用情况数据，与管理信息系统结合，为卫星资源管理者的转发器运行管理工作提供数据支持，具体步骤如下：
(1)设置全带宽扫描相关参数，启动频谱巡检测试，进行全带宽频谱扫描；
其中，全带宽频谱扫描具体为：分段扫描、拼接频谱数据；
其中，分段扫描具体为：
全带宽频率范围为f1～f2，BWa＝f2-f1，将全带宽BWa分解为n*BWs、BWe，n为正整数，BWe为剩余带宽(BWe频率范围为f1+n*BWs～f2)，按如下频率范围进行分段：
f1～f1+BWs、f1+BWs～f1+2*BWs、。。。、f1+(n-1)*BWs～f1+n*BWs、f1+n*BWs～f2；
分段扫描结束后，将测试过程中获取的频谱迹线点电平数据存放至对应的分段频谱迹线点电平数组中；
拼接频谱数据具体为：
将获取的分段频谱迹线点电平数组拼接为全带宽频谱迹线点电平数组，数据总点数为Na，对分段频谱迹点电平数组的各个分段交接点的电平进行合并处理，将第1个分段的终点与第2个分段的起点合并，第2个分段的终点与第3个分段的起点合并，直至第n个分段的终点与第n+1个分段的起点合并为止；
拼接频谱数据过程中，上一分段的终点与下一个分段的起点为同一频点，两点合并后电平值取平均值；
(2)压缩处理步骤(1)所得频谱迹线点电平值的数据长度；
(3)将频谱巡检测试所需参数及迹线点电平分别存储；
参数及迹线点电平分别存储时，均采用固定长度存储；
参数及迹线点电平分别存储过程中，频谱巡检测试相关参数存储至索引项目文件中，迹线点电平数据存储至迹线点电平值文件中；
(4)压缩历史频谱数据文件；
其中，历史频谱文件压缩的具体操作为：
定时进行历史频谱数据文件压缩，先按频率精度进行压缩并转储至其它目录，然后再在原有目录对历史频谱数据文件按测试时刻进行压缩。
按频率精度进行压缩具体为：
按频率精度进行数据文件压缩并转储，对当日前1天及之前尚未完成频率精度压缩并转储工作的测试日的数据进行频率精度压缩及转储处理，转储目标根目录名称为原始数据根目录名称及压缩后的频率精度值后缀；
其中，根据预设频率精度压缩比r将原始数据中电平迹线点n压缩为(n-1)/r+1点；迹线电平点根据对应原始数据点的分段内的迹线点电平确定，电平值计算模式根据预设模式选择，所述预设模式包括电平最大值、电平平均值、功率折算平均值；
根据处理后的数据生成新的索引项目文件及迹线点电平值文件，并于压缩及转储工作完成后，于操作管理文件中将已处理完成的测试日标记更新；
按测试时刻压缩具体为：
根据预设原始测试数据最小保存天数m，对处理时刻当日前m天之前，不含当日前m天的数据进行测试时刻压缩处理，其中：
预设保存时间间隔Ts内，若存在大于一次的测试记录，保存第一次测试记录并删除其余测试记录；
根据保存的测试记录生成新的索引项目文件及迹线点电平值文件，并删除原有索引项目文件及迹线点电平值文件；
压缩处理完成后进行测试日标记更新；
(5)于频谱数据文件中读取频谱迹线数据；
(6)对频谱迹线数据进行平滑波动幅度处理；
(7)对已平滑频谱迹线的载波频域分布特征参数进行分析；
(8)对n次连续频谱巡检测试的巡检频谱对应的载波数组参数进行参数对比，判断载波的动态变化特性，完成卫星载波频域分布特征参数的获取，n为大于等于2的整数；
获取卫星载波频域分布特征参数的系统具体为：
包括信号合路器、频谱前端、前端服务器、频谱巡检及载波分析服务器、频谱前端接口和调度模块、频谱巡检和存储模块、频谱数据压缩管理模块、载波频域分布特征参数分析模块，其中：
信号合路器用于进行不同频段信号通道的合路，频谱前端用于进行信号的数字采样及FFT分析，获取信号频谱迹线点数据并发送至前端服务器，前端服务器为频谱前端的硬件接口，为频谱前端接口及调度模块提供运行环境，频谱巡检及载波分析服务器为频谱巡检和存储模块、频谱数据压缩管理模块、载波频域分布特征参数分析模块提供运行环境；
频谱前端接口和调度模块为频谱前端的软件接口，为频谱巡检模块提供对频谱前端测试的调度功能，频谱巡检和存储模块用于频谱巡检的测试和数据存储，频谱数据压缩管理模块用于频谱巡检历史数据的压缩管理，载波频域分布特征参数分析模块用于对频谱迹线进行载波频域分布参数分析并展示，并分析结果。
下面结合具体实施例进行进一步说明：
在当前实施例中，如图1所示，获取卫星载波频域分布特征参数的系统硬件部分具体包括：
信号合路器：完成不同频段的信号通道的合路，一般使用价格较低的0.5-6GHz合路器。如卫星Ku频段信号经过下变频后的950～1450MHz信号通道与卫星C频段信号未经过下变频的3700～4200MHz合路，这样就可以使用一个频谱前端同时实现对两路卫星信号(1路卫星Ku频段信号+1路卫星C频段信号)的频谱分析；
频谱前端：实现信号的数字采样和FFT分析，获得信号的频谱迹线点数据，提供给前端服务器；
前端服务器：完成与频谱前端的硬件接口，为频谱前端接口和调度模块提供运行环境；
频谱巡检和载波分析服务器：为频谱巡检和存储模块、频谱数据压缩管理模块、载波频域分布特征参数分析模块等软件提供运行环境；
软件部分具体包括：
频谱前端接口和调度模块：完成与频谱前端的软件接口，为频谱巡检模块提供对频谱前端测试的调度功能，如测试任务队列、数据格式转换等；
频谱巡检和存储模块：完成频谱巡检的测试和数据存储；
频谱数据压缩管理模块：完成频谱巡检历史数据的压缩管理；
载波频域分布特征参数分析模块：对频谱迹线进行载波频域分布参数分析并展示、管理分析结果。
如图2所示，获取卫星载波频域分布特征参数的实现流程具体为：
1、全带宽频谱扫描
目前低成本数字频谱前端的单次测试带宽处理能力一般在40MHz或80MHz以下，而常用的C波段、Ku波段的卫星信号全带宽在500MHz或以上，为频谱数据分析的方便，需要将每个波段的卫星信号全带宽存储到一条记录中，以便于简化后续分析中频谱数据读取操作(不需要跨记录读取数据)，提高频谱数据读取速度。
具体处理方式为进行分段扫描，假如具体波段的卫星信号(频率范围为f1～f2)全带宽为BWa＝f2-f1，频率精度BW0，频谱迹线点电平数组数据点数为Na＝BWa/BW0+1，数字频谱前端的单次测试带宽最大值为BWs，则分段扫描测试流程为：
(a)分段扫描
将全带宽BWa分解为为n*BWs+BWe，n为正整数，BWe为剩余带宽(频率范围：f1+n*BWs～f2)。然后按以下频率范围进行分段频谱扫描：
f1～f1+BWs、f1+BWs～f1+2*BWs、。。。、f1+(n-1)*BWs～f1+n*BWs、f1+n*BWs～f2
并将测试过程中获得频谱迹线点电平数据存放到相应的分段频谱迹线点电平数组中；
(b)拼接频谱数据
将上一步中获得的分段频谱迹线点电平数组拼接为一个全带宽频谱迹线点电平数组：数据总点数应为Na，因此应对分段频谱迹线点电平数组的各个分段交接点的电平进行合并处理，即第1个分段的终点应与第2个分段的起点合并，第2个分段的终点应与第3个分段的起点合并，以此类推，直至第n个分段的终点应与第n+1个分段的起点合并为止。
上一分段的终点与下一个分段的起点是同一个频点，由于正常情况下每一个分段的扫描切换时间很短，两个点基本在同一时刻，频谱迹线点电平差别一般不大，因此用简单的算术平均值来作为两点合并后的电平值；
2、压缩处理频谱迹线点电平值的数据长度
频谱前端采用的FFT算法软件功能输出的频谱极限点电平数据一般为双精度数据，存储到计算机中需要8个字节(部分现有软件甚至采用16字节数字字符串存储)，在频率精度要求高、巡检周期短的巡检应用中对存储空间的要求很大。
经过实际应用分析，卫星接收信号各监测点的频谱迹线点电平数据通常在-160dBm～+30dBm之间，不可能超出-300dBm～+300dBm范围，且数据精度在小数点2位之后并无实际意义，所以本方案对频谱迹线点电平(L)保存值(LD)进行以下压缩处理：
LD＝L*100
由于LD范围不会超出-32768～+32767范围，所以存储时采用一个短整型数存储，一个迹线点只需占用2个字节；
3、存储频谱数据到索引项目文件和迹线点电平值文件
为了实现对存储频谱数据文件的高效检索和数据读取，将每一次频谱测试涉及到的参数和迹线点电平分开存储，且都采用了便于使用随机高速读取方式的固定长度存储方式，其中：
(a)测试相关参数存储到索引项目文件
每一次频谱测试涉及到的参数和对应迹线点初始位置存放到索引项目文件(扩展名为.idx)，存储结构如下：每一条测试记录(支持2个通道的同一频率范围测试)占用一行，参数用定长字符串表示，参数之间用英文逗号分隔，参数列表如下：
(b)迹线点电平存储到迹线点电平值文件
每一次频谱测试涉及到的迹线点电平存储到迹线点同名电平值文件(扩展名为.tr1)，存储结构如下：
每个频谱迹线点电平值占用2字节(16bit短整数)；
迹线1具体频点f的电平值在文件中的参数位置为：
trpos0+(f-(cf-sp/2))/(sp/(x_dots-1))；
迹线2具体频点f的电平值在文件中的参数位置为：
line2_trpos0+(f-(cf-sp/2))/(sp/(x_dots-1))；
4、按时间和频率精度压缩历史频谱数据文件
每天定时执行一次压缩历史频谱数据文件操作，其压缩策略如下：先按频率精度压缩并转储至其它目录，然后再在原有目录按测试时刻压缩，其中：
(a)按频率精度压缩并转储
对当日前1天及之前尚未完成频率精度压缩并转储工作的测试日的数据进行频率精度压缩和转储处理，转储目标根目录名称为原始数据根目录名称加压缩后的频率精度值后缀；
根据预设频率精度压缩比r(r应为整数)，将原始数据中电平迹线点n压缩为(n-1)/r+1点；
新的迹线电平点可根据对应原始数据点的分段(每分段含头尾取r+1点)内的迹线点电平确定，电平值计算模式可根据预设模式(电平最大值、电平平均值、功率折算平均值)选择；
按处理后的数据生成新的索引项目文件(修改项目频点数、项目存储起始位置等)和迹线点电平值文件；
压缩并转储工作完成后，在相应的操作管理文件中将已处理完成的测试日标记更新；
(b)按测试时刻压缩
根据预设的原始测试数据最小保存天数m，对处理时刻当日前m天之前(不含当日前m天)的数据进行测试时刻压缩处理；
在预设的保存时间间隔Ts内，如果有多次测试记录，则只保存第一次测试记录，多余的测试记录删除；
按需保存的测试记录生成新的索引项目文件(删除多余的测试项目、修改项目存储起始位置等)和迹线点电平值文件，并删除原有的索引项目文件和迹线点电平值文件；
压缩和文件处理完成后，在相应的操作管理文件中将已处理完成的测试日标记更新；
5、从频谱数据文件中读取频谱迹线数据
根据需要进行载波频域分布参数分析工作的测试通道、频率范围、测试时刻从频谱数据文件(索引项目文件和迹线点电平值文件)中读取对应的测试参数和频谱迹线点电平数据，存放到相关变量和数组中，以便进行下一步处理；
6、平滑波动幅度大的频谱迹线(FFT低通滤波)
使用低成本的频谱前端时，为实现高速频谱巡检需要通常需要采用高VBW，因此带来频谱迹线波动幅度大的问题，会对载波频域分布识别的有效性、准确性造成影响，如图3所示，这会对载波频域分布识别的分析条件设置带来困难，也会降低分析出的带宽、频率数据的精确度。
因此本方法中采用了FFT低通滤波过程来平滑波动幅度大的频谱迹线(相当于附加了一次VBW处理，由于是分析阶段按需处理，不会影响测试阶段的巡检速度)，处理过程如下：
步骤一：对获得的频谱迹线点电平数组进行FFT变换，获得显示频谱迹线的迹线频率数组；
按预设的FFT分析点数分析；
如频谱迹线点电平数组点数超过FFT分析点数，则先按预设的FFT分析点数、预设的超过FFT分析点数后压缩模式，对频谱迹线点电平数组进行压缩处理；
超过FFT分析点数的压缩模式可选择以下三种中的一种：电平最大值、电平平均值、功率折算平均值；
步骤二：去掉上一步获得的迹线频率数组中的高频部分：按预设的低通比率，超出该比率的显示频率分量设置为0；
步骤三：对上一步处理后的迹线频率数组进行FFT逆变换，获得新的频谱迹线点电平数组；
如按超过FFT分析点数的压缩模式进行过压缩，则应按照对应模式对频谱迹线点电平数组进行拉伸处理；
平滑后的效果如图4所示；
这样的频谱迹线在进行载波频域分布识别时，容易设置合理的分析条件，分析出的带宽、频率数据的精确度也较高。
影响平滑效果的主要因素有预设的FFT分析点数和预设的低通比率：
预设的FFT分析点数越大，平滑效果越好，但占用的计算机资源越多；一般可根据目标频谱迹线的迹线点数、波动特性选择1024～32768点；
预设的低通比率(范围为0～1)则应根据实际载波分布的间隔特性设置，设置越小，则平滑后的频谱迹线越光滑，但容易造成频率间隔小的载波发生粘连，容易把2个载波识别为1个载波；一般设置范围应根据载波分布主要特征在0.1～0.5之间设置；
7、分析已平滑频谱迹线的载波频域分布特征参数
一个理想中的标准卫星载波频域分布示意图如图5所示；对于这样的频谱迹线图，分析其频率分布特征参数很简单，具体为：
沿频率轴上各点扫描，将频谱迹线的上升段和下降段分析出来；
每个上升段的起点和下降段的终点之间的区间即构成一个载波(如载波1)，其开始频率对应上升段的起点频率(如f11)，结束频率对应下降段的终点频率(如f12)，载波电平对应其区间的顶线电平(如L1)；
载波中心频率、载波占用带宽、载波3dB带宽等其他频域分布特征参数可以根据上述参数推导；
实际的频谱迹线图的载波频域分布特征参数分析方法具体为：
但是，实际的频谱迹线图不会如此平滑，实际信号频谱都是如图3那样的有明显起伏变化的迹线，在为提高频率精度采用低RBW同时又要保证巡检速度而采用高VBW的情况下，噪底和载波顶部的迹线跳动幅度比图3大的情况也有很多，载波之间的分隔也不会那么明显，因此为了载波频域分布分析的准确性，需要先将其作平滑处理，得到类似图4那样较为平滑的迹线图后，再按以下的8参数法(A1～A8)来进行载波频域分布识别：
步骤1：对于每一个分析目标频率区间，从第一个电平迹线点开始，从左至右分析所有频率迹线点，得到所有可能构成载波的迹线点分段(“候选载波”)数组，这个步骤需要使用参数A1～A3；
A1-“载波判断门限_波动(dB)”：用来控制噪底抖动的影响，邻近两点的电平差值绝对值小于等于A1时，视为不变；大于A1时，视为变化(上升或下降)；
A2-“载波判断门限_上行(dB)”：对于下降段(分析时初始状态预设为下降段，表明若有一个载波的下降段落入分配频段时，该载波因在本分析频段中不完整，不作为本分析频段中的载波)，下一点的电平比下降段的最低电平大于等于A2时，视为找到一个载波的上升沿；记录该点的迹线点位置p1、电平值Lp1；
A3-“载波判断门限_下行(dB)”：对于上升段，下一点的电平比上升段的最高电平小于等于A3时，视为找到一个载波的下降沿，从而搜索到一个“候选载波”；记录该点的迹线点位置p2、电平值Lp2；
步骤二：计算各“候选载波”的顶线电平和噪底电平。这个步骤需要使用参数A4；
A4-“带宽判断门限_波动(dB)”：用于搜索“候选载波”的顶线起点和终点；
从“候选载波”对应迹线点区间内迹线点电平最高点(对应电平Lmax)开始，向左、向右搜索到电平值大于等于(Lmax-A4)的最后1个点，作为计算“候选载波”顶线电平C的起始、终止点；
顶线电平C为起始点到终止点之间的平均电平；
计算噪底电平N：考虑频谱迹线抖动因素，取“候选载波”对应迹线点区间左、右边界点电平平均值Ln，加上A4/2，作为噪底电平N，但对第1个和最后1个“候选载波”需要做特殊处理；
第1个“候选载波”需要防止在转发器低端保护带引起的误判，因此Ln使用右边界点电平值；最后1个“候选载波”需要防止在转发器高端保护带引起的误判，因此Ln使用左边界点电平值；
步骤三：计算各“候选载波”的3dB带宽(BW3dB)、中心频率(fc)；
从“候选载波”对应迹线点区间内迹线点电平最高点(对应电平Lmax)开始，向左、向右搜索到电平值小于等于L3dB(＝C-3dB)的第1个点，作为计算“候选载波”的3dB带宽的起始点、终止点；
记录3dB带宽的起始点的位置p31、电平值L31，根据p31计算对应的频率f31：
f31＝fp1+(p31–1)*spp/(k-1)，fp1为分析目标频率区间的开始频率，spp为分析目标频率区间的带宽，k为分析目标频率区间内的迹线点数；
记录3dB带宽的终止点的位置p32、电平值L32，根据p32计算对应的频率f32：
f32＝fp1+(p32–1)*spp/(k-1)，fp1为分析目标频率区间的开始频率，spp为分析目标频率区间的带宽，k为分析目标频率区间内的迹线点数；
计算BW3dB：
BW3dB＝f32–f31；
计算fc：
fc＝(f32+f31)/2；
步骤四：计算各“候选载波”的有效起点频率fu1、终点频率fu2、占用带宽(Bu)、载噪比(C/N)，这个步骤需要使用参数A5；
A5-“载波边界搜索-起点”(dB)：在“候选载波”对应迹线点区间内，从3dB带宽的起始点向左、终止点向右搜索到电平值小于等于N+A5的第1个点pe1、pe2；
确定各“候选载波”的有效起点迹线点位置pu1、终点迹线点位置pu2；
pu1＝pe1–A5*(p31-pe1)/(L31-(N+A5))；
pu2＝pe2+A5*(pe2–p32)/(L32-(N+A5))；
pu1、pu2计算结果取整；
计算pu1对应的频率fu1：
fu1＝fp1+(pu1–1)*spp/(k-1)，fp1为分析目标频率区间的开始频率，spp为分析目标频率区间的带宽，k为分析目标频率区间内的迹线点数；
计算pu2对应的频率fu2：
fu2＝fp1+(pu2–1)*spp/(k-1)，fp1为分析目标频率区间的开始频率，spp为分析目标频率区间的带宽，k为分析目标频率区间内的迹线点数；
计算占用带宽(Bu)；
Bu＝fu2–fu1；
计算载噪比(C/N)；
C/N＝C–N；
步骤五：对所有“候选载波”，根据计算出的Bu、BW3dB、C/N，判断其是否符合被识别为载波。这个步骤需要使用参数A6～A8；
A6-“最小载波带宽(MHz)”；
A7-“最小BW3dB(MHz)”；
A8-“载波判断门限_最低C/N(dB)”；
同时满足以下3个条件的“候选载波”识别为载波，存放到输出的载波数组中：
Bu>＝A6；BW3dB>＝A7；C/N>＝A8；
输出的载波数组参数列表为：
参数名称 含义
iden 频谱测试项目名称
datetime 频谱测试时刻
startfreq(MHz) 起点频率fu1
stopfreq(MHz) 终点频率fu2
cf(MHz) 中心频率fc
BW_3dB(MHz) 3dB带宽BW3dB
BW_use(MHz) 占用带宽Bu
Top Level(dBm) 载波电平C
C/N(dB) 载噪比C/N
carrier_sn 载波序号
dt_sn 频谱测试时刻序号
8、分析载波的动态变化特性
对n次连续测试的巡检频谱对应的载波数组参数，进行参数比对，判断其中载波的动态变化特性。n应为大于等于2的整数，这个步骤需要使用参数D1～D3：
D1-“载波3dB带宽允许波动比率”；
D2-“载波中心频率允许波动比率”；
D3-“载波起止频率允许波动比率”；
将选取的测试次数范围中的第1次的载波数组中载波写入载波基准数组；
从第2次开始，到第n次结束，对载波数组中每一个载波与载波基准数组中所有载波进行交叉比对，满足以下条件的载波视为同一个载波；
标记载波基准数组中载波中心频率fc为fc_0，载波3dB带宽BW3dB为BW3dB_0，载波开始频率fu1为fu1_0，载波终止频率fu2为fu2_0；
标记第k次(k＝2～n)的载波数组中载波中心频率fc为fc_k，载波3dB带宽BW3dB为BW3dB_k，载波开始频率fu1为fu1_k，载波终止频率fu2为fu2_k；
同时满足以下4个条件的载波，标记为与载波基准数组中对应载波的同一载波：
ABS((BW3dB_k–BW3dB_0)/BW3dB_0)<＝D1；
ABS((fc_k–fc_0)/BW3dB_0)<＝D2；
ABS((fu1_k–fu1_0)/BW3dB_0)<＝D3；
ABS((fu2_k–fu2_0)/BW3dB_0)<＝D3；
第k次的载波数组中除上述载波外的其它载波视为新的载波，加入载波基准数组中。
所有测试次数的载波数组与载波基准数组比对操作完成后，计算载波基准数组中每个载波在选取的测试次数范围的出现比率，作为其动态变化特性的输出参数。
实施模式1：
适用于要求频率精度高、巡检周期短的应用；
频率精度1kHz，全带宽扫描周期5s，500MHz单通道每日频谱数据量在17.3GB左右；
不使用合路器，1个信号通道使用1个频谱前端；
前端服务器、频谱巡检和载波分析服务器分开设置：
前端服务器使用工控机，每1台工控机带1～2个频谱前端；
频谱巡检和载波分析服务器使用专业服务器；
实施模式2：
适用于要求频率精度和巡检周期适度、尽可能节约硬件成本的应用；
频率精度1kHz/全带宽扫描周期60s，或频率精度10kHz/全带宽扫描周期5s，500MHz单通道每日频谱数据量在1.45GB或1.73GB左右；
使用合路器，2个信号通道使用1个频谱前端；
前端服务器、频谱巡检和载波分析服务器合并；
使用工控机，每1台工控机带2个频谱前端。
本发明利用低成本数字频谱前端进行频谱密集巡检并通过分析获取卫星载波的频域分布特征参数，可以对卫星工作频段全带宽进行高速的频谱巡检和载波频域分布特征参数分析，建立卫星载波实际使用情况数据，与管理信息系统结合，为卫星资源管理者的转发器运行管理工作提供数据支持，能够分析已分配带宽的实际使用率、分析未分配带宽出现载波记录，建立载波异常提示系统、分析载波超用功率情况，完成业务管控，并为客户提供载波电平稳定性分析、提示大口径天线载波对星精度异常，为临时业务客户提供信道可用情况查看、自动统计客户实际使用时长。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域技术人员的公知技术。

Claims (9)

1.一种获取卫星载波频域分布特征参数的方法，其特征在于步骤如下：
(1)设置全带宽扫描相关参数，启动频谱巡检测试，进行全带宽频谱扫描；
(2)压缩处理步骤(1)所得频谱迹线点电平值的数据长度；
(3)将频谱巡检测试所需参数及迹线点电平分别存储；
(4)压缩历史频谱数据文件；
(5)于频谱数据文件中读取频谱迹线数据；
(6)对频谱迹线数据进行平滑波动幅度处理；
(7)对已平滑频谱迹线的载波频域分布特征参数进行分析；
(8)对n次连续频谱巡检测试的巡检频谱对应的载波数组参数进行参数对比，判断载波的动态变化特性，完成卫星载波频域分布特征参数的获取；
所述步骤(1)中，全带宽频谱扫描具体为：分段扫描、拼接频谱数据；
其中，分段扫描具体为：
全带宽频率范围为f1～f2，BWa＝f2-f1，将全带宽BWa分解为n*BWs、BWe，n为正整数，BWe为剩余带宽，BWe频率范围为f1+n*BWs～f2，按如下频率范围进行分段：
f1～f1+BWs、f1+BWs～f1+2*BWs、……、f1+(n-1)*BWs～f1+n*BWs、f1+n*BWs～f2；
分段扫描结束后，将测试过程中获取的频谱迹线点电平数据存放至对应的分段频谱迹线点电平数组中；
拼接频谱数据具体为：
将获取的分段频谱迹线点电平数组拼接为全带宽频谱迹线点电平数组，数据总点数为Na，对分段频谱迹线点电平数组的各个分段交接点的电平进行合并处理，将第1个分段的终点与第2个分段的起点合并，第2个分段的终点与第3个分段的起点合并，直至第n个分段的终点与第n+1个分段的起点合并为止。
2.根据权利要求1所述的一种获取卫星载波频域分布特征参数的方法，其特征在于：
所述拼接频谱数据过程中，上一分段的终点与下一个分段的起点为同一频点，两点合并后电平值取平均值。
3.根据权利要求1所述的一种获取卫星载波频域分布特征参数的方法，其特征在于：
所述步骤(3)中，参数及迹线点电平分别存储时，均采用固定长度存储。
4.根据权利要求3所述的一种获取卫星载波频域分布特征参数的方法，其特征在于：
所述参数及迹线点电平分别存储过程中，频谱巡检测试相关参数存储至索引项目文件中，迹线点电平数据存储至迹线点电平值文件中。
5.根据权利要求1所述的一种获取卫星载波频域分布特征参数的方法，其特征在于：
所述步骤(4)中，历史频谱文件压缩的具体操作为：
定时进行历史频谱数据文件压缩，先按频率精度进行压缩并转储至其它目录，然后再在原有目录对历史频谱数据文件按测试时刻进行压缩。
6.根据权利要求5所述的一种获取卫星载波频域分布特征参数的方法，其特征在于：
按频率精度进行压缩具体为：
按频率精度进行数据文件压缩并转储，对当日前1天及之前尚未完成频率精度压缩并转储工作的测试日的数据进行频率精度压缩及转储处理，转储目标根目录名称为原始数据根目录名称及压缩后的频率精度值后缀；
其中，根据预设频率精度压缩比r将原始数据中电平迹线点n压缩为(n-1)/r+1点；迹线电平点根据对应原始数据点的分段内的迹线点电平确定，电平值计算模式根据预设模式选择，所述预设模式包括电平最大值、电平平均值、功率折算平均值；
根据处理后的数据生成新的索引项目文件及迹线点电平值文件，并于压缩及转储工作完成后，于操作管理文件中将已处理完成的测试日标记更新。
7.根据权利要求5所述的一种获取卫星载波频域分布特征参数的方法，其特征在于：
按测试时刻压缩具体为：
根据预设原始测试数据最小保存天数m，对处理时刻当日前m天之前，不含当日前m天的数据进行测试时刻压缩处理，其中：
预设保存时间间隔Ts内，若存在大于一次的测试记录，保存第一次测试记录并删除其余测试记录；
根据保存的测试记录生成新的索引项目文件及迹线点电平值文件，并删除原有索引项目文件及迹线点电平值文件；
压缩处理完成后进行测试日标记更新。
8.根据权利要求1所述的一种获取卫星载波频域分布特征参数的方法，其特征在于：
所述步骤(8)中，n为大于等于2的整数。
9.根据权利要求1所述的一种获取卫星载波频域分布特征参数的方法，提出了一种获取卫星载波频域分布特征参数的系统，其特征在于：
包括信号合路器、频谱前端、前端服务器、频谱巡检及载波分析服务器、频谱前端接口和调度模块、频谱巡检和存储模块、频谱数据压缩管理模块、载波频域分布特征参数分析模块，其中：
信号合路器用于进行不同频段信号通道的合路，频谱前端用于进行信号的数字采样及FFT分析，获取信号频谱迹线点数据并发送至前端服务器，前端服务器为频谱前端的硬件接口，为频谱前端接口及调度模块提供运行环境，频谱巡检及载波分析服务器为频谱巡检和存储模块、频谱数据压缩管理模块、载波频域分布特征参数分析模块提供运行环境；
频谱前端接口和调度模块为频谱前端的软件接口，为频谱巡检模块提供对频谱前端测试的调度功能，频谱巡检和存储模块用于频谱巡检的测试和数据存储，频谱数据压缩管理模块用于频谱巡检历史数据的压缩管理，载波频域分布特征参数分析模块用于对频谱迹线进行载波频域分布参数分析并展示，并分析结果。
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