一種相對實(shí)時(shí)的電波環(huán)境測試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種射電天文技術(shù)，尤其涉及一種相對實(shí)時(shí)的電波環(huán)境測試方法。
【背景技術(shù)】
[0002]射電望遠(yuǎn)鏡具有極高的系統(tǒng)靈敏度，用于接收宇宙中微弱的天體信號(hào)，射電天文業(yè)務(wù)較低頻段易受到地面及空間無線電業(yè)務(wù)的干擾(主要影響頻段為L和S波段，此波段主要的科學(xué)需求為脈沖星觀測、連續(xù)譜觀測及國家探月任務(wù)等)，其原因是射電望遠(yuǎn)鏡裝備有寬帶接收機(jī)，而地面、空間等等從多干擾信號(hào)通過天線旁瓣接入接收機(jī)系統(tǒng)。
[0003]射電望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)內(nèi)、系統(tǒng)間及臺(tái)址內(nèi)電子設(shè)備眾多。隨著高頻電子技術(shù)、寬帶高速采樣及數(shù)字處理技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，數(shù)字接收機(jī)、數(shù)字終端、商用設(shè)備、電氣設(shè)備及臺(tái)址光學(xué)觀測設(shè)備的建設(shè)使臺(tái)址內(nèi)電磁環(huán)境變得尤為復(fù)雜，如工作環(huán)境電磁場強(qiáng)的幅度不斷增大，信號(hào)特性的多樣性，信號(hào)密度不斷提高，頻譜不斷擴(kuò)張。另外，臺(tái)址外存在有通信鏈路系統(tǒng)、移動(dòng)通信、飛機(jī)導(dǎo)航、雷達(dá)測距、衛(wèi)星等無線通信業(yè)務(wù)，均會(huì)影響射天天文觀測業(yè)務(wù)。
[0004]射頻干擾(rad1 frequency interference，RFI)的強(qiáng)度和頻譜密度使得觀測結(jié)果深受射頻干擾的影響以致失去使用價(jià)值。尤其利用單天線射電望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行的觀測(連續(xù)譜或光譜)最易受到干擾的影響，其原因是:積分時(shí)間的增加提高了望遠(yuǎn)鏡對天文信號(hào)的靈敏度，但也同等程度地提高了其對射頻干擾信號(hào)的靈敏度。
[0005]由此可見，射頻干擾不僅會(huì)影響某些觀測或特定觀測類型的質(zhì)量，而且還會(huì)限制射電天文系統(tǒng)的總體效率，加大了觀測時(shí)間以及處理數(shù)據(jù)的復(fù)雜性。
[0006]綜上，由于射電望遠(yuǎn)鏡具有極高的靈敏度，且射電天文臺(tái)站的電波環(huán)境復(fù)雜，因此，有效的電波環(huán)境測試及頻譜分析對研宄臺(tái)站干擾信號(hào)特征(如極化性、瞬時(shí)性、帶寬性)具有重要作用。
[0007]目前射電天文技術(shù)認(rèn)可的電波環(huán)境測試方法為SKA (Square kilometer array，平方公里陣)選址射頻干擾測試方法，業(yè)內(nèi)人士已運(yùn)用此方法對國內(nèi)射電天文臺(tái)站前期選址做了一定的測試工作。該電波環(huán)境測試方法對于射電天文臺(tái)站前期選址及臺(tái)站電波環(huán)境綜合評估具有一定的優(yōu)勢，但針對已經(jīng)確定或者正在運(yùn)行的天文臺(tái)站進(jìn)行電波環(huán)境測試，缺乏信號(hào)的實(shí)時(shí)性信息；而現(xiàn)有很多臺(tái)站前期設(shè)計(jì)階段沒有考慮電磁兼容性設(shè)計(jì)及屏蔽防護(hù)，自身設(shè)備及外在無線通信業(yè)務(wù)存對射電天文觀測影響越來越大。因此，研宄相對實(shí)時(shí)電波環(huán)境頻譜能夠有效分析電波環(huán)境隨著時(shí)間的變化趨勢，分析瞬態(tài)信號(hào)、固定信號(hào)、極化信號(hào)等隨時(shí)間變化特點(diǎn)，為射電天文觀測消干擾策略、接收機(jī)改造、臺(tái)站無線電管理提供重要支持。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明旨在提供一種相對實(shí)時(shí)的電波環(huán)境測試方法，以分析臺(tái)站不同方向不同時(shí)間的信號(hào)特征，為臺(tái)站無線電管理及消干擾策略提高重要支撐。
[0009]本發(fā)明所述的一種相對實(shí)時(shí)的電波環(huán)境測試方法，其包括以下步驟:
[0010]步驟S0，提供具有測試天線和信號(hào)分析儀的電波環(huán)境測試系統(tǒng)，其中所述信號(hào)分析儀包括依次連接的中頻濾波器、檢波器和視頻濾波器；
[0011]步驟SI，將所述電波環(huán)境測試系統(tǒng)安裝在射電望遠(yuǎn)鏡上，并使所述測試天線靠近所述射電望遠(yuǎn)鏡的饋源口面，同時(shí)將所述射電望遠(yuǎn)鏡的俯仰角度調(diào)節(jié)至小于20度，以使所述測試天線的口面無遮擋；
[0012]步驟S2，采用標(biāo)準(zhǔn)噪聲源對所述電波環(huán)境測試系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)，直至其系統(tǒng)噪聲低于2000K，并獲得系統(tǒng)增益；
[0013]步驟S3，采用所述電波環(huán)境測試系統(tǒng)分別在工作日和周末的白天測試時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行水平極化電波環(huán)境測試和垂直極化電波環(huán)境測試，所述水平和垂直極化電波環(huán)境測試均包括:通過轉(zhuǎn)動(dòng)所述射電望遠(yuǎn)鏡改變所述測試天線的方向，并通過多次測試以覆蓋360度全天區(qū)，并在所述白天測試時(shí)間段的每個(gè)小時(shí)內(nèi)針對所述測試天線的各個(gè)方向各測試一次；通過所述信號(hào)分析儀將所述測試天線在每次測試時(shí)接收的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，然后經(jīng)過中頻濾波和采樣、并對采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行線性平均后進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；
[0014]其中，所述電波環(huán)境測試的終止頻率為2600MHz，起始頻率為1000MHz，所述測試天線的每次測試范圍為測試天線3dB波束寬度，所述信號(hào)分析儀單次掃描點(diǎn)數(shù)為10000個(gè)，所述中頻濾波器的帶寬為30K，且該中頻濾波器帶寬內(nèi)的采集點(diǎn)數(shù)為10個(gè)，掃描時(shí)間為100 μ S，線性平均次數(shù)為200次，所述視頻濾波器的帶寬為300Κ ；
[0015]步驟S4，對存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)，并對所述中頻濾波器帶寬內(nèi)的10個(gè)采集點(diǎn)的校準(zhǔn)后的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并計(jì)算出平均值作為每30Κ頻點(diǎn)對應(yīng)的功率值，從而獲得所述測試天線口面的功率值；以及
[0016]步驟S5，根據(jù)所述測試天線口面的功率值，繪制所述測試天線在同一方向不同時(shí)間以及在同一時(shí)間不同方向的電波環(huán)境頻譜圖，并根據(jù)所述電波環(huán)境頻譜圖分析所述測試天線在同一方向下干擾信號(hào)隨著時(shí)間變化的特征以及在同一時(shí)間下干擾信號(hào)隨著方向變化的特征，并由此對比分析工作日和周末干擾信號(hào)的特征差異。
[0017]在上述的相對實(shí)時(shí)的電波環(huán)境測試方法中，所述測試天線3dB波束寬度為60度。
[0018]在上述的相對實(shí)時(shí)的電波環(huán)境測試方法中，所述白天測試時(shí)間段為每天的北京時(shí)間8:30分至21:30分。
[0019]在上述的相對實(shí)時(shí)的電波環(huán)境測試方法中，在所述步驟S3中，在所述信號(hào)分析儀將所述測試天線在每次測試時(shí)接收的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)之前，通過低噪聲放大器對所述模擬信號(hào)進(jìn)行放大。
[0020]在上述的相對實(shí)時(shí)的電波環(huán)境測試方法中，所述步驟S4中對存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)包括將該數(shù)據(jù)減去所述測試天線的固有增益以及所述系統(tǒng)增益。
[0021]在上述的相對實(shí)時(shí)的電波環(huán)境測試方法中，所述干擾信號(hào)的特征包括瞬態(tài)性、寬帶、窄帶和極化信息。
[0022]由于采用了上述的技術(shù)解決方案，本發(fā)明基于現(xiàn)有射電望遠(yuǎn)鏡科學(xué)需求及技術(shù)特點(diǎn)，對電波環(huán)境測試系統(tǒng)安裝位置、測試時(shí)間、測試系統(tǒng)靈敏度、極化方式、信號(hào)分析儀設(shè)置、積分時(shí)間等提出一定的要求；同時(shí)選擇人類活動(dòng)密集的白天時(shí)間段，獲得工作日和節(jié)假日相對實(shí)時(shí)的電波環(huán)境頻譜圖，并通過該相對實(shí)時(shí)的電波環(huán)境頻譜圖有效分析電波環(huán)境隨著時(shí)間的變化趨勢，分析瞬態(tài)信號(hào)、固定信號(hào)、極化信號(hào)等隨時(shí)間變化特點(diǎn)，從而為射電天文觀測消干擾策略、接收機(jī)改造、臺(tái)站無線電管理提供重要支持。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面給出本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并予以詳細(xì)描述。
[0024]本發(fā)明，即一種相對實(shí)時(shí)的電波環(huán)境測試方法，其包括以下步驟:
[0025]步驟S0，提供具有測試天線和信號(hào)分析儀的電波環(huán)境測試系統(tǒng)(該系統(tǒng)還包括低噪聲放大器、標(biāo)準(zhǔn)噪聲源以及計(jì)算機(jī)等，該系統(tǒng)搭建簡單便攜，方便安裝及搬移，且由于其中低噪聲放大器具有較好的性能，如帶寬較寬，增益及噪聲系數(shù)性能較好，因此系統(tǒng)具有較好的系統(tǒng)靈敏度；該系統(tǒng)為現(xiàn)有系統(tǒng)，故此處不再贅述)，其中信號(hào)分析儀包括依次連接的中頻濾波器、檢波器和視頻濾波器；
[0026]步驟SI，將電波環(huán)境測試系統(tǒng)安裝在射電望遠(yuǎn)鏡上，并使測試天線靠近射電望遠(yuǎn)鏡的饋源口面，從而使得測試天線處的電波環(huán)境可近似認(rèn)為為射電望遠(yuǎn)鏡饋源口面的電波環(huán)境，同時(shí)將射電望遠(yuǎn)鏡的俯仰角度調(diào)節(jié)至小于20度，以使測試天線的口面無遮擋；
[0027]步驟S2，采用標(biāo)準(zhǔn)噪聲源對電波環(huán)境測試系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)(校準(zhǔn)方法為現(xiàn)有技術(shù)，故此處不再贅述)，直至其系統(tǒng)噪聲低于2000K (若系統(tǒng)噪聲不滿足要求，則需查看系統(tǒng)鏈路中線纜、濾波器、衰減器接頭連接是否正常，有問題時(shí)需要更換器件，以保證系統(tǒng)具有較好的系統(tǒng)性能)，并獲得系統(tǒng)增益；
[0028]步驟S3，采用電波環(huán)境測試系統(tǒng)分別在工作日和周末的白天測試時(shí)間段(例如每天的北京時(shí)間8:30分至21:30分)內(nèi)進(jìn)行水平極化電波環(huán)境測試和垂直極化電波環(huán)境測試(通過改變測試天線的極化方式即可實(shí)現(xiàn)不同極化的電波環(huán)境測試)，水平和垂直極化電波環(huán)境測試均包括:通過轉(zhuǎn)動(dòng)射電望遠(yuǎn)鏡改變測試天線的方向，并通過多次測試以覆蓋360度全天區(qū)，并在白天測試時(shí)間段的每個(gè)小時(shí)內(nèi)針對測試天線的各個(gè)方向各測試一次；通過低噪聲放大器對測試天線在每次測試時(shí)接收的模擬信號(hào)進(jìn)行放大；通過信號(hào)分析儀將放大后的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，然后