一種基于地理信息系統和可編程衰減器的電磁兼容性測試系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于地理信息系統和可編程衰減器的電磁兼容性測試系統，本發明采用直接注入法接收發射信號，進行可編程衰減后得到干擾信號并進行測試回放，輸出信號采用直接注入的方法或采用全向發射天線輻射發射的方式照射到接收設備上，進行電磁兼容性判斷。本發明實現了真實干擾源、接收設備與電磁兼容耦合通道仿真結果相結合評估收發設備的電磁兼容性；結果更加接近真實的情況，精度更高；適用于窄帶衰減，但是可以分段對關鍵干擾頻點進行測試，測試方法簡單易操作，且提高測試效率。測試數據的可以通過GIS回放系統以及頻譜分析儀等儀器顯示出來。方便了測試的操作，使數據形象化、直觀化。
【專利說明】—種基于地理信息系統和可編程衰減器的電磁兼容性測試系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種基于地理信息系統和可編程衰減器的電磁兼容性測試系統，具體地說，是ー種基于可編程衰減器的對電波傳播損耗進行分段窄帶編程計算，且結果用以測量和評估接收設備的電磁兼容性的系統及方法。
【背景技術】
[0002]現代電磁環境十分復雜，而戰場情況下的電磁環境尤為惡劣。我國還沒有相對完整的電磁環境測試評估系統。隨著現代民用無線通信尤其是移動通信業務的飛速發展，電波傳播預測和電磁兼容測試和評估在通信和電子設備配置的優化中的作用越來越重要。準確度高，可信度好的較大尺度區域內的電磁兼容測試是電磁兼容學科發展的熱點與難點。預測法和測試法是電磁兼容評估的兩種基本方法，但前者僅能得到理論的電磁兼容結果，與實際結果可能存在較大誤差，后者存在耗費大量人力、物資和時間資源的問題。

【發明內容】

[0003]本發明的目的是提出用ー種較為快捷、準確的電磁兼容測試系統和測試方法。在實際生活中，電磁兼容測試的對象往往處于運動的狀態，相互之間具有相對運動屬性，且所屬的電波傳播和耦合環境是ー種大尺度的傳播環境。本發明應用基于地理信息系統和可編程衰減器的電磁兼容性測試系統，可以用較為快捷、簡便的方式解決大尺度運動的發射設備和接收設備間的電磁兼容測試所面臨的頻繁調動設備、消耗大量人力和物カ資源的問題。本發明中用電波傳播損耗的計算結果作為電磁兼容三要素中耦合通道的重要參數并結合收發設備參數測試和評估系統間的電磁兼容性。
[0004]本發明的基于地理信息系統和可編程衰減器的電磁兼容性測試方法實現的步驟有:
[0005]步驟ー:測試系統接收發射設備發射信號。
[0006]采用發射設備作為發射端，采用直接注入法，拆除發射設備的天線(若發射設備有天線)，用傳輸電纜A直接將發射設備的發射信號注入到定向耦合器A的輸入端。傳輸電纜A的電纜損耗應該事先被嚴格測試和記錄。
[0007]步驟ニ:定向耦合器A輸入端接收發射設備直接輸入的發射信號，通過定向耦合器A在線測量和監測輸入的發射信號，將耦合端的信號送到前端監測設備(包括頻譜儀、示波器等)，將輸出端的信號送到可編程衰減器路徑損耗模塊。
[0008]步驟三:對定向耦合器A輸出端信號進行可編程衰減，得到干擾信號。定向耦合器A將發射信號直接輸出到可編程衰減器路徑損耗模塊中的可編程衰減器。因為可編程衰減器的衰減對于電波傳播損耗是窄帶的，而接收設備受到干擾頻點一般也是窄帶的，所以需要對所測接收設備較為敏感的干擾頻點(如本振頻點、諧波頻率、互調頻率和交調頻率等)進行分段的電波傳播損耗計算，而不需對所有的頻率通過可編程衰減器路徑損耗模塊進行可編程衰減。這樣可以縮短計算的時間，減小計算的復雜度。
[0009]上述所述可編程衰減是在可編程衰減器中實現的，所述的可編程衰減器采用路徑損耗計算結果進行可編程衰減，所述的路徑損耗計算采用的算法包括通視情況路徑損耗算法和非通視情況路徑損耗算法，經過上述算法得到的結果進行修正后直接輸入到可編程衰減器中對定向耦合器A輸出端信號進行可編程衰減。
[0010]步驟四:對可編程衰減器路徑損耗模塊進行可編程衰減后得到的干擾信號進行測試回放。經過可編程衰減后的干擾信號通過定向耦合器B輸出:耦合端信號通過基于路徑損耗的地理信息回放系統記錄和回放。基于路徑損耗的地理信息回放系統可以回放展現發射設備和接收設備所在的地理位置和干擾信號的場強覆蓋情況，可以將經過測試分析的數據用圖形化、可視化的方式形象顯示出來。
[0011]基于路徑損耗的地理信息的回放系統包括數據儲存模塊，可以保存一段時間內定向耦合器B耦合端的輸出信號。并且可通過信號回放平臺(如信號發生器)回放和復現產生記錄的定向耦合器B耦合端的輸出信號。
[0012]步驟五:定向耦合器B或信號回放平臺輸出端信號可以采用如下兩種方法中的任意一種輸出到接收設備，再根據電磁兼容測試標準測試接收設備的電磁兼容性。
[0013](I)采用直接注入的方法，通過傳輸電纜B將定向耦合器B或信號回放平臺輸出端信號直接送到接收設備。
[0014](2)采用全向發射天線輻射發射的方式，使用滿足頻率和帶寬條件的全向發射天線在滿足遠場測試的條件下通過輻射的方式照射到接收設備上。
[0015]步驟六:根據實驗相應的測試標準，接收設備中的電磁兼容性測試模塊判斷測試結果是否滿足電磁兼容性，記錄結果，形成報告。
[0016]本發明基于地理信息系統的收發設備間電磁兼容性評估測試系統及其測試方法的優點在于:
[0017](I)實現了真實干擾源、接收設備與電磁兼容耦合通道仿真結果相結合評估收發設備的電磁兼容性。
[0018](2)對真實的干擾信號進行采集，并將衰減后的信號通過直接施加到真實的接收設備上，與傳統的電磁兼容預測和仿真相比，結果更加接近真實的情況，精度更高。
[0019](3)適用于窄帶衰減，但是可以分段對關鍵干擾頻點進行測試，測試方法簡單易操作，且提高測試效率。測試數據的可以通過GIS回放系統以及頻譜分析儀等儀器顯示出來。方便了測試的操作，使數據形象化、直觀化。
[0020](4)回放系統增加了保存和預測電磁干擾場景模式，不需要多次產生發射信號，這樣可以保持測試條件的一致性。也可以將測試數據記錄起來，作為以后測試的數據樣本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是本發明基于地理信息系統和可編程衰減器的電磁兼容性測試方法的流程圖；
[0022]圖2是本發明中可編程衰減器路徑損耗模塊的結構框圖；
[0023]圖3是本發明中基于路徑損耗的地理信息的回放系統的結構框圖。【具體實施方式】
[0024]下面將結合附圖和實施例對本發明做進ー步的詳細說明。
[0025]首先，結合附圖詳細闡釋本發明中基于地理信息系統和可編程衰減器的電磁兼容性測試系統的組成。參見圖1，所述的電磁兼容性測試系統包括如下組成部分:
[0026]發射設備、傳輸電纜A、定向耦合器A、前端監測設備、可編程衰減器路徑損耗模塊、定向耦合器B、基于路徑損耗的地理信息回放系統、信號回放平臺、傳輸電纜B、全向發射天線和電磁兼容性測試模塊(也稱接收設備)。
[0027]電磁兼容性測試系統中各個模塊和設備的連接方式為:發射設備通過傳輸電纜A與定向I禹合器A的輸入端連接,定向I禹合器A的I禹合端連接前端監測設備,定向I禹合器A輸出端連接可編程衰減器路徑損耗模塊。所述定向耦合器B的輸入端連接可編程衰減器路徑損耗模塊，定向耦合器B耦合端連接基于路徑損耗的地理信息回放系統，定向耦合器B輸出端通過傳輸電纜B或者全向發射天線連接電磁兼容性測試模塊。同時，可以用信號回放平臺連接基于路徑損耗的地理信息回放系統中的數據儲存模塊，通過傳輸電纜B或全向發射天線連接電磁兼容性測試模塊。
[0028]電磁兼容性測試系統中測試信號的流向如下:發射設備的發射信號通過傳輸電纜A直接注入到定向f禹合器A的輸入端,發射信號一部分通過定向I禹合器A的I禹合端傳輸到前端監測設備(包括示波器、頻譜儀等)，另一部分通過定向耦合器A的輸出端輸入到可編程衰減器路徑損耗模塊中進行可編程衰減和修正。經過可編程衰減和修正后的信號，一部分傳輸到連接在定向耦合器B耦合端的基于路徑損耗的地理信息回放系統進行回放監視，另一部分信號通過傳輸電纜B或者全向發射天線傳輸到接收設備，通過接收設備上的電磁兼容性測試模塊檢測接收設備的電磁兼容性。所述的基于路徑損耗的地理信息回放系統可以記錄經過可編程衰減和修正的信號，并通過信號回放平臺(如信號發生器)回放產生測試信號，測試信號通過傳輸電纜B或者全向發射天線傳輸到接收設備。
[0029]參見圖2，所述的可編程衰減器路徑損耗模塊包括可編程衰減器、路徑損耗計算模塊和測試系統衰減修正模塊。地理信息模塊和收發設備狀態模塊向可編程衰減器路徑損耗模塊提供路徑損耗計算所需的地理環境和電磁環境數據。其中，地理信息模塊提供測試所需數據，包括地理信息和電磁環境信息(如接收設備電磁環境數據)；收發設備狀態模塊包括接收設備的設備參數信息、發射設備的設備參數信息和收發設備三維運動參數。路徑損耗計算模塊結合上述地理信息模塊、收發設備狀態模塊傳入的參數對不同頻率的信號分段進行衰減計算，路徑損耗衰減算法參見下文中的步驟三。經過衰減計算的結果再通過測試系統衰減修正模塊修正，修正算法參見下文中的步驟三。經過修正后的結果傳輸到可編程衰減器中，用于對定向耦合器A輸出端信號進行不同頻率的分段衰減。所述的地理信息包括接收設備的經度、緯度、高度信息，發射設備的經度、緯度和高度信息，接收設備和發射設備之間連線上的高度、坡度、梯度、剖面和植被覆蓋等與地理相關的信息。所述的電磁環境信息包括發射設備和接收設備所在位置的電磁背景噪聲。
[0030]所述的發射設備的設備參數包括:發射功率、發射帶寬、發射設備工作頻率、發射效率、噪聲特性、諧波抑制特性、雜波抑制特性帶外特性、天線傾仰角、天線系數等重要參數；接收設備的設備參數包括:接收機靈敏度、選擇特性、交調抑制特性、頻率穩定性、本振輻射特性、接收機工作頻率、接收天線方向性、接收天線増益、接收天線天線系數、接收天線帶外特性等重要參數。所述的收發設備三維運動參數包括發射設備和接收設備的運動速度、運動方向、加速度等參數。
[0031]參見圖3，本發明中基于路徑損耗的地理信息回放系統的架構根據2007年9月上海交通大學周承誠的碩士論文《GIS無線網絡管理系統的研究與實現》，第3章GIS無線網絡管理系統的設計的公開內容改進。本發明中基于路徑損耗的地理信息回放系統的組成為:數據導入模塊、備份恢復模塊、數據庫、用戶基本操作模塊、空間數據引擎、地圖引擎、數據回放展現模塊、信息查詢模塊，專題分析功能模塊、數據儲存模塊、打印模塊、服務器或計算機、用戶界面等。其中專題分析功能模塊和數據儲存模塊為本發明的増加部分，專題分析功能模塊實現的功能在步驟四中詳細闡釋，數據儲存模塊的功能在步驟五中詳細闡釋。
[0032]基于路徑損耗的地理信息回放系統的數據流向如下:數據導入模塊將圖2 (可編程衰減器路徑損耗模塊的結構框圖)所述的地理信息模塊的數據(包括地理信息數據、電磁環境信息數據)，收發狀態模塊的數據(發射設備和接收設備的設備參數、收發設備的三維運動參數等和圖1 (基于地理信息系統和可編程衰減器的電磁兼容性測試系統的結構框圖)所示定向耦合器A輸出端可編程衰減前信號及定向耦合器B耦合端的可編程衰減后信號導入到基于路徑損耗的地理信息回放系統的數據庫中。數據庫的數據可以通過備份恢復模塊備份。用戶基本操作模塊可以對數據庫進行直接的増加、刪除、修改、查詢、索引等操作。通過空間數據引擎和地圖引擎可以在服務器或計算機上實現數據回放展現模塊、信息查詢模塊、專題分析功能模塊、數據儲存模塊、打印模塊的功能。最后，這些模塊和操作都可以通過良好的用戶界面實現人機交互。
[0033]基于上述的電磁兼容測試系統，本發明還提供一種測試方法，參見圖1，所述測試方法具體的實施步驟如下:
[0034]步驟ー:測試系統接收發射設備發射信號。
[0035]用發射設備作為測試系統的發射端，采用直接注入法，拆除發射設備的天線(若發射設備有天線)，用傳輸電纜A直接將發射設備的發射信號注入到定向耦合器A的輸入端。傳輸電纜A的電纜損耗應該事先被嚴格測試和記錄。
[0036]步驟ニ:定向耦合器A輸入端接收發射設備直接輸入的發射信號，通過定向耦合器A在線測量和監測輸入的發射信號，將耦合端的信號送到前端監測設備(包括頻譜儀、示波器等)，將輸出端的信號送到可編程衰減器路經損耗模塊。
[0037]步驟三:對定向耦合器A輸出端的發射信號進行可編程衰減。定向耦合器A將信號直接輸出到可編程衰減器。因為可編程衰減器的衰減對于電波傳播損耗是窄帶的(即ー定帶寬的電波衰減程度隨頻率的變化是非線性的)，而接收設備受到干擾頻點一般也是窄帶的，所以需要對所測接收設備較為敏感的干擾頻點(如本振頻點、諧波頻率、互調頻率和交調頻率等)進行分段的電波傳播損耗計算，而不需對所有的頻率衰減。這樣可以縮短計算的時間，減小計算的復雜度。
[0038]所述的電波傳播損耗計算包括通視情況路徑損耗算法和非通視情況路徑損耗算法。本發明中路徑損耗算法只考慮地球表面均勻大氣的電波傳播，不考慮大氣波導模式。
[0039]當傳播路徑滿足通視條件時(即發射設備和接收設備之間滿足沒有有效遮擋物的條件)，用自由空間的電波傳播算法或地面反射雙徑模型。自由空間的電波傳播是電波在一種理想的、均勻的、各向同性的介質空間中，不發生反射、折射、散射和吸收現象的電波傳播情況，這樣只存在電磁波能量擴散而引起的傳播損耗。當電磁波在不同介質交接處，會發生反射。地面反射雙徑模型不僅考慮了空中的直射傳播路徑，還考慮了地面的反射路徑。本發明中所述的通視情況路徑損耗算法為機械エ業出版社于2003年8月出版的《移動傳播環境》，楊大成編著；第3章第3.2節自由空間的傳播和第3.3節反射公開的內容。
[0040]通視情況的地面反射雙徑模型路徑損耗算法的公式為:
[0041]
【權利要求】
1.一種基于地理信息系統和可編程衰減器的電磁兼容性測試方法，其特征在于包括如下: 步驟ー:測試系統接收發射設備發射信號； 采用直接注入法，用傳輸電纜A直接將發射設備的發射信號注入到定向耦合器A的輸入端; 步驟ニ:定向耦合器A輸入端接收發射設備直接輸入的發射信號，通過定向耦合器A在線測量和監測輸入的發射信號，將耦合端的信號送到前端監測設備，將輸出端的信號送到可編程衰減器路徑損耗模塊； 步驟三:對定向耦合器A輸出端信號進行可編程衰減，得到干擾信號； 所述的可編程衰減器路徑損耗模塊包括路徑損耗計算模塊、測試系統衰減修正模塊和可編程衰減器，所述的路徑損耗計算模塊根據地理信息和收發設備狀態信息進行路徑損耗計算，計算結果在測試系統衰減修正模塊中進行衰減修正，然后將衰減修正結果輸入到可編程衰減器中對定向耦合 器A輸出端信號進行可編程衰減，得到干擾信號；步驟四:對所述干擾信號進行測試回放。經過可編程衰減后的干擾信號通過定向耦合器B輸出:定向耦合器B耦合端信號通過基于路徑損耗的地理信息回放系統記錄和回放，并將記錄結果保存在數據儲存模塊中； 步驟五:定向耦合器B或信號回放平臺輸出端信號采用如下兩種方法中的任意ー種輸出到接收設備，再根據電磁兼容測試標準測試接收設備的電磁兼容性: (1)采用直接注入的方法，通過傳輸電纜B將定向耦合器B或信號回放平臺輸出端信號直接送到接收設備； (2)采用全向發射天線輻射發射的方式照射到接收設備上； 步驟六:根據實驗相應的測試標準，接收設備中的電磁兼容性測試模塊判斷測試結果是否滿足電磁兼容性，記錄結果，形成報告。
2.根據權利要求1所述的ー種基于地理信息系統和可編程衰減器的電磁兼容性測試方法，其特征在于:所述的路徑損耗計算包括通視情況路徑損耗算法和非通視情況路徑損耗算法。
3.根據權利要求1所述的ー種基于地理信息系統和可編程衰減器的電磁兼容性測試方法，其特征在于:所述的衰減修正考慮傳輸電纜A和傳輸電纜B的傳輸損耗L1、L2、定向耦合器A和定向耦合器B的傳輸損耗L3、L4以及可編程衰減器的誤差E1，得到修正后的最終的損耗計算結果為: L=Lm+LI+L2+L3+L4+EI (12)。
4.根據權利要求1所述的ー種基于地理信息系統和可編程衰減器的電磁兼容性測試方法，其特征在干:所述的信號回放平臺回放和復現產生記錄的定向耦合器B耦合端的輸出信號，并作為測試信號。
5.一種基于地理信息系統和可編程衰減器的電磁兼容性測試系統，其特征在于:所述測試系統包括發射設備、傳輸電纜A、定向耦合器A、前端監測設備、可編程衰減器路徑損耗模塊、定向耦合器B、基于路徑損耗的地理信息回放系統、信號回放平臺、傳輸電纜B、全向發射天線和電磁兼容性測試模塊，發射設備通過傳輸電纜A與定向耦合器A的輸入端連接，定向耦合器A的耦合端連接前端監測設備，定向耦合器A輸出端連接可編程衰減器路徑損耗模塊；所述定向耦合器B的輸入端連接可編程衰減器路徑損耗模塊，定向耦合器B耦合端連接基于路徑損耗的地理信息回放系統，定向耦合器B輸出端通過傳輸電纜B或者全向發射天線連接電磁兼容性測試模塊。同時，信號回放平臺連接基于路徑損耗的地理信息回放系統中的數據儲存 模塊，通過傳輸電纜B或全向發射天線連接電磁兼容性測試模塊。
【文檔編號】G01R31/00GK103454524SQ201310369530
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年8月22日 優先權日:2013年8月22日
【發明者】戴飛, 李文杰, 高萬峰, 林健, 曾達, 李柏超 申請人:北京航空航天大學