一种卫星信号带外多余辐射谱密度测试数据处理方法
阅读说明：本技术 一种卫星信号带外多余辐射谱密度测试数据处理方法 (Method for processing satellite signal out-of-band redundant radiation spectrum density test data ) 是由 皇甫松涛 谢军 刘鹤 崔永军 王妍 申洋赫 刘天雄 曹多梅 刘哲 张翼 于 2020-10-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种卫星信号带外多余辐射谱密度测试数据处理方法,包括：步骤1,确定计量设备和被标校设备,并将频率范围划分为信号带宽内区域和信号带宽外关注区域；步骤2,计算得到计量设备和被标校设备在信号带宽外关注区域的标校结果；步骤3,利用被标校设备开展带外多余辐射功率谱密度测试,并根据标校结果,得到带外多余辐射功率谱密度测试结果。本发明能够减少地面测试设备的差异对测试结果一致性的影响,给出准确的数据横纵向比对结果,解决了测试设备带来的底噪差异对测试结果影响的问题。(The invention discloses a method for processing satellite signal out-of-band redundant radiation spectral density test data, which comprises the following steps: step 1, determining a metering device and a calibrated device, and dividing a frequency range into a signal bandwidth inner area and a signal bandwidth outer interest area; step 2, calculating to obtain calibration results of the metering equipment and the calibrated equipment in the region of interest outside the signal bandwidth; and 3, carrying out-of-band redundant radiation power spectrum density test by using the calibrated equipment, and obtaining an out-of-band redundant radiation power spectrum density test result according to the calibration result. The invention can reduce the influence of the difference of ground test equipment on the consistency of the test result, give an accurate data transverse and longitudinal comparison result and solve the problem that the test result is influenced by the bottom noise difference brought by the test equipment.)
技术领域
本发明属于卫星射频信号技术领域，尤其涉及一种卫星信号带外多余辐射谱密度测试数据处理方法。
背景技术
由于滤波器的非理想特性、射频传输介质非线性互调制特性等因素，会使卫星射频信号发射系统中，在设计的信号带宽外，存在多余的频谱分量，被称为卫星射频信号带外多余辐射。在收发共用系统中，尤其是功率不对称的情况下，比如通信卫星、导航卫星等，带外多余辐射产物对接收系统的影响不容忽视；此外，带外多余辐射产物也会影响其它无线电分系统，不利于国际电联天基无线电频率申请工作。因此，卫星射频信号带外多余辐射功率谱密度是卫星关键指标之一，国内外有一些发明专利针对评估带外信号对无线电系统影响的方法和装置有专门的描述。
但是，地面测试系统电子设备噪声总是无法避免地掺杂在有用的信号中，而带外多余辐射产物幅度往往比较低，测试过程中，发现设备噪声会干扰甚至淹没带外多余辐射信号，如附图1所示。这样，参与卫星测试的测试设备差异，尤其是频谱仪、电缆和衰减器带来的底噪差异会影响测试数据结果的一致性，无法开展同类卫星的横向比对和相同卫星不同阶段的纵向比对。
发明内容
本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种卫星信号带外多余辐射谱密度测试数据处理方法，能够减少地面测试设备的差异对测试结果一致性的影响，给出准确的数据横纵向比对结果，解决了测试设备带来的底噪差异对测试结果影响的问题。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种卫星信号带外多余辐射谱密度测试数据处理方法，包括：
步骤1，确定计量设备和被标校设备，并将频率范围划分为信号带宽内区域和信号带宽外关注区域；
步骤2，计算得到计量设备和被标校设备在信号带宽外关注区域的标校结果；
步骤3，利用被标校设备开展带外多余辐射功率谱密度测试，并根据标校结果，得到带外多余辐射功率谱密度测试结果。
在上述卫星信号带外多余辐射谱密度测试数据处理方法中，计算得到计量设备和被标校设备在信号带宽外关注区域的标校结果，包括：
子步骤21，利用计量设备下的频谱仪测量被测卫星在信号带宽内区域的峰值af1；
子步骤22，在信号带宽内区域设置N个等间隔频点f1、f2、...、fN，记作频点向量完成计量设备的自标校；
子步骤23，在频点f1处利用信号源分别加幅度恒定的单载波信号，通过计量设备下的射频电缆后，调整信号源幅度，使计量设备下的频谱仪在信号带宽内区域的峰值点维持af1，并读取得到信号带宽外关注区域的信号幅度均值wa1；
子步骤24，在频点f1处利用信号源分别加幅度恒定的单载波信号，通过被标校设备下的射频电缆后，调整信号源幅度，使被标校设备下的频谱仪在信号带宽内区域的峰值点维持af1，并读取得到信号带宽外关注区域的信号幅度均值wb1；
子步骤25，根据wa1和wb1，得到标校结果d1；其中，d1＝wa1-wb1；
子步骤26，在频点向量的频点f2、...、fN，重复子步骤22～子步骤24，得到N个标校结果向量
在上述卫星信号带外多余辐射谱密度测试数据处理方法中，利用被标校设备开展带外多余辐射功率谱密度测试，并根据标校结果，得到带外多余辐射功率谱密度测试结果，包括：
子步骤31，利用被标校设备开展带外多余辐射功率谱密度测试，通过被标校设备下的频谱仪测量得到带宽外关注区域幅度最大值wi，以及信号带宽内区域的峰值af1对应的测量频点f′i；
子步骤32，根据子步骤31得到的测量频点f′i，确定频点位置差值的绝对值向量
子步骤33，若则将r＝af1-(wi-dj)作为带外多余辐射功率谱密度测试结果输出。
在上述卫星信号带外多余辐射谱密度测试数据处理方法中，
计量设备为通过计量检测、满足测试精度要求的设备，包括：信号源、射频电缆和频谱仪；
被标校设备为未通过计量检测，包括：射频电缆、衰减器和频谱仪。
在上述卫星信号带外多余辐射谱密度测试数据处理方法中，对同类卫星或相同卫星不同阶段的带外多余辐射功率谱密度测试，重复步骤1～步骤3即得到具有可比性的带外多余辐射功率谱密度测试结果。
本发明具有以下优点：
(1)本发明公开了一种卫星信号带外多余辐射谱密度测试数据处理方法，将所有的测试误差都归一到同一套计量设备的测量误差，这样在多套设备并行开展多星带外多余辐射功率谱密度测试时，能够减少地面设备差异，尤其是底噪的差异对测试结果的影响，从而可以有效开展数据多星一致性比对，建立成功包络线。
(2)本发明公开了一种卫星信号带外多余辐射谱密度测试数据处理方法，在多套设备参与相同卫星带外多余辐射功率谱密度测试时，能够排除地面设备差异对测试结果的影响，从而可以有效开展卫星不同阶段数据一致性比对，比如热试验与常温常压数据比对，准确分析卫星状态是否发生变化。
附图说明
图1是本发明实施例中一种地面测试系统差异对测试数据影响原理图；
图2是本发明实施例中一种卫星信号带外多余辐射谱密度测试数据处理方法的步骤流程图；
图3是本发明实施例中一种标校处理方案框图；
图4是本发明实施例中一种标校处理原理图；
图5是本发明实施例中一种测试系统连接示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明公开的实施方式作进一步详细描述。
如图2，在本实施例中，该卫星信号带外多余辐射谱密度测试数据处理方法，包括：
步骤1，确定计量设备和被标校设备，并将频率范围划分为信号带宽内区域和信号带宽外关注区域。
在本实施例中，计量设备为通过计量检测、满足测试精度要求的设备，包括：信号源、射频电缆和频谱仪。被标校设备为未通过计量检测，包括：射频电缆、衰减器和频谱仪。
步骤2，计算得到计量设备和被标校设备在信号带宽外关注区域的标校结果。
在本实施例中，步骤2具体可以包括：子步骤21，利用计量设备下的频谱仪测量被测卫星在信号带宽内区域的峰值af1。子步骤22，在信号带宽内区域设置N个等间隔频点f1、f2、...、fN，记作频点向量完成计量设备的自标校。子步骤23，在频点f1处利用信号源分别加幅度恒定的单载波信号，通过计量设备下的射频电缆后，调整信号源幅度，使计量设备下的频谱仪在信号带宽内区域的峰值点维持af1，并读取得到信号带宽外关注区域的信号幅度均值wa1。子步骤24，在频点f1处利用信号源分别加幅度恒定的单载波信号，通过被标校设备下的射频电缆后，调整信号源幅度，使被标校设备下的频谱仪在信号带宽内区域的峰值点维持af1，并读取得到信号带宽外关注区域的信号幅度均值wb1。子步骤25，根据wa1和wb1，得到标校结果d1；其中，d1＝wa1-wb1。子步骤26，在频点向量的频点f2、...、fN，重复子步骤22～子步骤24，得到N个标校结果向量
步骤3，利用被标校设备开展带外多余辐射功率谱密度测试，并根据标校结果，得到带外多余辐射功率谱密度测试结果。
在本实施例中，步骤3具体可以包括：子步骤31，利用被标校设备开展带外多余辐射功率谱密度测试，通过被标校设备下的频谱仪测量得到带宽外关注区域幅度最大值wi，以及信号带宽内区域的峰值af1对应的测量频点f′i。子步骤32，根据子步骤31得到的测量频点f′i，确定频点位置差值的绝对值向量子步骤33，若则将r＝af1-(wi-dj)作为带外多余辐射功率谱密度测试结果输出。
其中，需要说明的是，对同类卫星或相同卫星不同阶段的带外多余辐射功率谱密度测试，重复步骤1～步骤3即得到具有可比性的带外多余辐射功率谱密度测试结果。
在上述实施例的基础上，下面结合一个实例进行说明。
本发明在卫星射频信号带外多余辐射功率谱密度的测试中得到应用。某批产卫星被测信号中心频点f＝1.6GHz，信号带宽＝20MHz(f-10MHz～f+10MHz)。带外关注区域分为上边带和下边带，上边带频率范围为f+35MHz～f+40MHz，下边带频率范围为f-35MHz～f-15MHz，需要测量信号带宽内区域峰值与带宽外关注区域幅度最大值之差，作为卫星射频信号带外多余辐射功率谱密度的测试结果，同时需要开展批产卫星之间及相同卫星各阶段该测试结果的一致性比对。实施方式如下：
1)准备计量设备。
计量设备，包括：信号源、射频电缆和频谱仪。本实施例选用Keysight E8267D作为信号源、Keysight N9030A作为频谱仪、Keysight N5244A配套的稳相电缆作为射频电缆。
2)准备被标校设备。
被标校设备，包括：射频电缆、衰减器和频谱仪。本实施例选用雷格讯TNC-N 10米同轴电缆作为射频电缆、Weinschel 58-40-33作为衰减器、Agilent E4440A作为频谱仪。
3)考虑信号带内功率远高于测试系统电子设备噪声，因此测试系统对带内信号峰值功率影响有限(经测量在0.5dB以内)，按照附图5连接测试系统，针对被测件1测量得到：信号带宽内区域幅度峰值点af1、幅度峰值对应的频率位置f′i和带宽外关注区域幅度最大值wi。其中，频谱仪E4440A分辨率带宽RBW设置为100KHz，视频带宽VBW设置为3KHz。
4)将卫星信号带宽内区域分隔为20个等间隔频点，频点向量为按照附图3计量步骤部分连接计量系统；
5)在计量设备中，通过信号源E8267D在f1频点处产生单载波信号，通过稳相电缆后，利用Keysight N9030A高性能频谱仪读取峰值点幅度，N9030A分辨率带宽RBW设置为100KHz，视频带宽VBW设置为3KHz；调整信号源E8267D的幅度(AMP)，使N9030A峰值点幅度值读数为af1，读取带外关注区域上边带和下边带频率部分N9030A测量幅度值，得到标校区域幅度均值wa1。
6)按照附图3标校步骤部分连接标校系统，通过信号源E8267D在f1频点处利用信号源加单载波信号，通过射频电缆和衰减器后，利用频谱仪Agilent E4440A读取峰值点幅度，E4440A分辨率带宽RBW设置为100KHz，视频带宽VBW设置为3KHz；调整信号源E8267D的幅度(AMP)，使E4440A峰值点幅度值读数为af1，读取带外关注区域上边带和下边带频率部分E4440A测量幅度值，得到标校区域幅度均值wb1。
7)由标校步骤标校区域幅度均值wb1和计量步骤标校区域幅度均值wa1，可得标校结果d1＝wa1-wb1。
8)通过信号源E8267D在f2...f20频点处产生单载波信号，重复步骤6)至7)，得到20个标校结果向量
9)利用步骤3)信号带宽内区域峰值出现的频率位置测量值f′i，构建向量
10)若那么利用步骤3)信号带宽内区域幅度峰值测量值af1、和带宽外关注区域幅度最大点测量值wi，r＝af1-(wi-dj)即为卫星带外多余辐射功率谱密度处理结果。
11)对同类卫星或相同卫星不同阶段的的带外多余辐射功率谱密度测试，重复步骤1)至10)，即得到具有可比性的测试结果，处理前后的效果如下表1所示：
表1，处理前后的效果对比示意表
其中，需要说明的是，相同卫星不同阶段带外多余辐射功率谱密度差异在0.5dB，不同卫星之间带外多余辐射功率谱密度差异在3dB以内视为一致。
综上所述，本发明公开了一种卫星信号带外多余辐射谱密度测试数据处理方法,将标校系统和计量系统对卫星射频信号带外关注区域(标校区域)幅度均值之差作为标校结果，修正卫星射频信号带外多余辐射功率谱密度测量结果，从而将所有的测试误差都统一到指标更高的同一计量系统测量误差的方法。这样在多套设备并行开展多星带外多余辐射功率谱密度测试时，能够减少地面设备差异，尤其是底噪的差异对测试结果的影响，从而可以有效开展数据一致性比对，建立成功包络线；同时也可以有效开展卫星不同阶段数据一致性比对，比如热试验与常温常压数据比对，准确分析卫星状态是否发生变化。
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专业技术人员的公知技术。
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