导航卫星EIRP及稳定性测试系统及方法

技术领域

本发明涉及航天卫星测量技术领域，特别涉及一种导航卫星EIRP及稳定性测试系统及方法。

背景技术

导航落地信号功率在接收机接收范围内是地面用户进行导航定位的先决条件，而且其强度及稳定度直接关系到导航定位的精度。因此，导航卫星的等效全向辐射功率(equivalent isotropically radiated power，EIRP)及其稳定度是导航卫星的重要指标之一。导航卫星在出厂前需要进行EIRP及其稳定度的多次测量，以确保各阶段卫星的功率符合指标要求。

卫星在地面的EIRP测试分为有线测试和无线测试。由于受测试场限制，较难实现无线EIRP的测量要求，因此，有线EIRP的测量结果是各阶段判断卫星功率符合性的最重要依据。同时，由于不同仰角上的卫星信号在到达地面时有着近似等功率的要求，导航卫星的下行信号发射通道是多通道设计，配合RNSS下行天线阵列实现所要求等功率设计，造成了测试过程工作量大，进度缓慢。

发明内容

本发明的目的在于提供一种导航卫星EIRP及稳定性测试系统及方法，以解决现有的导航卫星EIRP及稳定性测试过程工作量大，步骤繁琐的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种导航卫星EIRP及稳定性测试系统，包括：

导航载荷，被配置为输出多个测试信号；

大功率衰减器，被配置为对测试信号进行衰减处理；

程控矩阵开关，被配置为根据选通控制信号进行测试信号的选通，以供输送至频谱仪；

频谱仪，被配置为根据测试控制信号对程控矩阵开关选通的测试信号进行采集和测量，形成测试结果和频谱图；

测试与控制系统，被配置为将测试结果与测量阈值进行实时比较，若测试结果超出测量阈值则进行异常告警，并对此时的频谱图进行截图并保存，

向程控矩阵开关提供选通控制信号，以及

向频谱仪提供测试控制信号。

可选的，在所述的导航卫星EIRP及稳定性测试系统中，所述导航载荷与所述大功率衰减器之间通过射频线缆进行连接；

所述大功率衰减器与所述程控矩阵开关之间通过射频线缆进行连接；

所述程控矩阵开关与所述频谱仪之间通过射频线缆进行连接；

所述程控矩阵开关与所述测试与控制系统之间通过网线进行连接；

所述频谱仪与所述测试与控制系统之间通过网线进行连接。

可选的，在所述的导航卫星EIRP及稳定性测试系统中，还包括壳体；

所述壳体内由上至下布置所述大功率衰减器、所述程控矩阵开关、所述频谱仪及网络交换机；

搭载所述测试与控制系统的上位机与网络交换机通信；

所述壳体内部布置风扇及散热板。

可选的，在所述的导航卫星EIRP及稳定性测试系统中，大功率衰减器的耐受功率为500W。

可选的，在所述的导航卫星EIRP及稳定性测试系统中，所述程控矩阵开关包括至少一个单刀多掷开关，所述单刀多掷开关包括多个输入引脚与一个输出引脚；

当单刀多掷开关的数量为一个时，每个输入引脚电连接一个测试信号，输出引脚电连接频谱仪；

当单刀多掷开关的数量为多个时，将单刀多掷开关分为多级，最低级的单刀多掷开关的输入引脚分别电连接一个测试信号，输出引脚电连接高一级单刀多掷开关的输入引脚，最高级的单刀多掷开关的输出引脚电连接频谱仪。

可选的，在所述的导航卫星EIRP及稳定性测试系统中，所述程控矩阵开关的输入引脚与输出引脚的数量比为15；

所述程控矩阵开关的频率范围为0～4GHz；

所述程控矩阵开关的通道插入损耗小于3dB；

所述程控矩阵开关的最大承受功率为1W；

所述程控矩阵开关的端口驻波小于1.4；

所述程控矩阵开关的通道间隔离度大于90dB。

可选的，在所述的导航卫星EIRP及稳定性测试系统中，所述测试与控制系统包括：

数据分析模块，被配置为接收用户的测试用例，根据测试用例自动生成测试项目和测试顺序；

矩阵开关控制模块，被配置为根据测试项目和测试顺序生成选通控制信号；

频谱仪控制模块，被配置为根据测试项目和测试顺序生成测试控制信号，以对频谱仪的测量模式、测试频点、测量带宽及频率分辨率进行设置，并接收频谱仪的测试结果和频谱图；

数据分析模块，还被配置为分析和存储测试结果和频谱图；

人机交互界面，被配置为显示测试结果和频谱图，以及供用户输入频谱仪的测量模式、测试频点、测量带宽及频率分辨率。

本发明还提供一种导航卫星EIRP及稳定性测试方法，

导航载荷提供多个测试信号；

大功率衰减器对测试信号进行衰减处理；

测试与控制系统向程控矩阵开关提供选通控制信号；

程控矩阵开关根据选通控制信号进行测试信号的选通，并输送至频谱仪；

测试与控制系统向程控矩阵开关提供选通控制信号；

频谱仪根据测试控制信号对程控矩阵开关选通的测试信号进行采集和测量，形成测试结果和频谱图；

测试与控制系统将测试结果与测量阈值进行实时比较，若测试结果超出测量阈值则进行异常告警，并对此时的频谱图进行截图并保存。

可选的，在所述的导航卫星EIRP及稳定性测试方法中，还包括：

将导航卫星EIRP及稳定性测试系统初始化；

导航载荷开机并预热；

数据分析模块接收用户的测试用例，根据测试用例自动生成测试项目和测试顺序；

矩阵开关控制模块根据测试项目和测试顺序生成选通控制信号；

频谱仪控制模块根据测试项目和测试顺序生成测试控制信号；

导航载荷的测试信号经过大功率衰减器进行信号衰减后，将测试信号经过射频线缆送入程控矩阵开关；

程控矩阵开关通过网线与上位机进行连接，上位机通过测试与控制系统选通程控矩阵开关的某一路，从而将选通的测试信号提供至频谱仪；

频谱仪接收到选通的测试信号后，利用通道功率测量功能进行带内功率测量，将测试结果通过网线上传至上位机的测试与控制系统；

测试与控制系统将测试结果进行实时记录与保存；

测试与控制系统将测试结果与测量阈值进行对比，若测试结果超出测量阈值则将频谱仪屏幕上的超出数据标红并将异常时刻的频谱图进行保存。

可选的，在所述的导航卫星EIRP及稳定性测试方法中，还包括：

若测试结果未超出测量阈值则保存测试结果并判断是否到达固定截图时间，若是则自动截图保存频谱图后进行下一步，否则直接进行下一步；

判断测试时间是否满足要求，若是则结束，否则返回执行上位机通过测试与控制系统选通程控矩阵开关的某一路。

本发明的发明人经研究发现，传统的EIRP有线测量方法是每次仅发射一个频点的信号，然后利用功率计逐个测量卫星的每个下行信号通道功率，再加上RNSS天线阵列的增益计算卫星的发射EIRP。该方法存在着每次仅能测量一个频点、测试过程中需要人工进行测试端口的更换、无法进行EIRP稳定度的长时间连续性测试等问题。因此，亟需根据导航卫星的特点，进行EIRP及其稳定度的自动化测试方法探索。

因此，本发明提供了一种导航卫星EIRP及稳定性测试系统及方法，通过测试与控制系统向程控矩阵开关提供选通控制信号，程控矩阵开关根据选通控制信号进行测试信号的选通，频谱仪根据测试控制信号对程控矩阵开关选通的测试信号进行采集和测量，克服了传统的EIRP测试过程中需要人工进行测试端口切换的麻烦；进一步的，通过测试与控制系统将测试结果与测量阈值进行实时比较，若测试结果超出测量阈值则进行异常告警，并对此时的频谱图进行截图并保存，克服了EIRP测量结果无法自动保存、不具备自动化测试能力的缺陷。

本发明提出了一种利用程控矩阵开关、频谱仪及测试与控制系统，进行EIRP及其稳定度的测量方法，可以实现导航卫星的发射EIRP的快速、准确测量，同步可以完成EIRP稳定度的连续监测与测量。同时，测试与控制系统可以完成测试过程中的异常功率告警与异常频谱记录。

本发明与现有技术相比的有益效果：

测试自动化。本发明通过程控矩阵开关进行测试信号的选通设置，通过测试与控制系统进行频谱仪的控制及测量、测试结果保存，可完成EIRP测试过程的自动化。

具备告警功能。测试与控制系统可以将测试结果与测量阈值进行实时比较，如果超出阈值则进行异常告警，可以进行异常频谱的自动保存。

集成整体化设计。将常规功率测试项目中的下行复杂链路集成在一个壳体(测试机柜)中，形成为一套多输入单输出的黑盒系统，可方便导航卫星EIRP及稳定性测试系统的转移并稳定的测试连接关系，可以一次标定多次使用。

附图说明

图1是本发明一实施例的导航卫星EIRP及稳定性测试系统总体示意图；

图2是本发明一实施例的导航卫星EIRP及稳定性测试系统测试机柜示意图；

图3是本发明一实施例的程控矩阵开关原理示意图；

图4是本发明一实施例的测试与控制系统原理示意图；

图5是本发明一实施例的导航卫星EIRP及稳定性测试方法流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的导航卫星EIRP及稳定性测试系统及方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

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。

本发明的核心思想在于提供一种导航卫星EIRP及稳定性测试系统及方法，以解决现有的导航卫星EIRP及稳定性测试过程工作量大，步骤繁琐的问题。

为实现上述思想，本发明提供了一种导航卫星EIRP及稳定性测试系统及方法，包括：导航载荷提供多个测试信号；大功率衰减器对测试信号进行衰减处理；测试与控制系统向程控矩阵开关提供选通控制信号；程控矩阵开关根据选通控制信号进行测试信号的选通，并输送至频谱仪；测试与控制系统向程控矩阵开关提供选通控制信号；频谱仪根据测试控制信号对程控矩阵开关选通的测试信号进行采集和测量，形成测试结果和频谱图；测试与控制系统将测试结果与测量阈值进行实时比较，若测试结果超出测量阈值则进行异常告警，并对此时的频谱图进行截图并保存。

本实施例提供一种导航卫星EIRP及稳定性测试系统，如图1所示，包括：导航载荷10，被配置为输出多个测试信号；大功率衰减器50，被配置为对测试信号进行衰减处理；程控矩阵开关20，被配置为根据选通控制信号进行测试信号的选通，以供输送至频谱仪30；频谱仪30，被配置为根据测试控制信号对程控矩阵开关20选通的测试信号进行采集和测量，形成测试结果和频谱图；测试与控制系统40，被配置为将测试结果与测量阈值进行实时比较，若测试结果超出测量阈值则进行异常告警，并对此时的频谱图进行截图并保存，向程控矩阵开关20提供选通控制信号，以及向频谱仪30提供测试控制信号。

在本发明的一个实施例中，在所述的导航卫星EIRP及稳定性测试系统中，所述导航载荷10与所述大功率衰减器50之间通过射频线缆n-1进行连接；所述大功率衰减器50与所述程控矩阵开关20之间通过射频线缆n-2进行连接；所述程控矩阵开关20与所述频谱仪30之间通过射频线缆进行连接；所述程控矩阵开关20与所述测试与控制系统40之间通过网线进行连接；所述频谱仪30与所述测试与控制系统40之间通过网线进行连接。

同时，为了保证设备的灵活性及测试环境的稳定性，本实施例将大功率衰减器50、程控矩阵开关20、频谱仪30等均集成在一个可以移动的测试机柜中。为了保证机柜的良好散热，机柜内部内置风扇60及散热板。如图2所示，在所述的导航卫星EIRP及稳定性测试系统中，还包括壳体；所述壳体内由上至下布置所述大功率衰减器50、所述程控矩阵开关20、所述频谱仪30及网络交换机41；搭载所述测试与控制系统40的上位机与网络交换机41通信；所述壳体内部布置风扇60及散热板。为了保证导航卫星的安全，大功率衰减器50的耐受功率需远大于导航的下行信号功率，本实施例使用的大功率衰减器50的功率为500W，可满足导航信号的测量安全性需求。

本实施例的程控矩阵开关20的原理框图如图3所示，所述程控矩阵开关20包括至少一个单刀多掷开关，所述单刀多掷开关包括多个输入引脚与一个输出引脚；当单刀多掷开关的数量为一个时，每个输入引脚电连接一个测试信号，输出引脚电连接频谱仪30；当单刀多掷开关的数量为多个时，将单刀多掷开关分为多级，最低级的单刀多掷开关的输入引脚分别电连接一个测试信号，输出引脚电连接高一级单刀多掷开关的输入引脚，最高级的单刀多掷开关的输出引脚电连接频谱仪30。图3中的程控矩阵开关包括2级，第一级包括三个单刀六掷开关SP6T，共18个输入引脚，各电连接一个测试信号；第二级为一个单刀四掷开关SP4T，三个单刀六掷开关的输出引脚分别连接单刀四掷开关SP4T的输入引脚，单刀四掷开关SP4T的输出引脚连接频谱仪30。

进一步的，单刀多掷开关(射频微波开关矩阵)能够在测试仪器(频谱仪30)与被测器件(导航载荷10)之间自动路由射频微波信号，它们可以提供一致的信号路径，支持自动测试，通常还包括信号调理能力。在设计射频开关系统时，要考虑一些关键电气规范包括串扰(路径隔离)、插入损耗、电压驻波比(VSWR)和带宽。可能影响开关系统性能的其他因素包括阻抗匹配、端接、功率传输、信号滤波器、相位畸变和布线。开关的使用不可避免地会降低测量系统的性能，因此需要着重考虑能显著影响系统性能的关键参数。程控矩阵开关20的主要技术指标如下所示，可满足导航信号的EIRP测量要求，所述程控矩阵开关20的输入引脚与输出引脚的数量比为15；所述程控矩阵开关20的频率范围为0～4GHz；所述程控矩阵开关20的通道插入损耗小于3dB；所述程控矩阵开关20的最大承受功率为1W；所述程控矩阵开关20的端口驻波小于1.4；所述程控矩阵开关20的通道间隔离度大于90dB。

另外，测试与控制系统40运行在Windows系统软件的PC上，通过网线输出选通控制信号、测试控制信号及接收测试结果。测试与控制系统40的组成框图如图4所示，在所述的导航卫星EIRP及稳定性测试系统中，所述测试与控制系统40包括：数据分析模块43，被配置为接收用户的测试用例，根据测试用例自动生成测试项目和测试顺序；矩阵开关控制模块41，被配置为根据测试项目和测试顺序生成选通控制信号；频谱仪控制模块42，被配置为根据测试项目和测试顺序生成测试控制信号，以对频谱仪30的测量模式、测试频点、测量带宽及频率分辨率进行设置，并接收频谱仪30的测试结果和频谱图；数据分析模块43，还被配置为分析和存储测试结果和频谱图；人机交互界面44，被配置为显示测试结果和频谱图，以及供用户输入频谱仪30的测量模式、测试频点、测量带宽及频率分辨率。

具体的，矩阵开关控制模块41的主要作用是控制程控矩阵开关20的选通，开关之间的选通是互斥的，测量时每次仅能选通一个通道，同时未选通的支路在矩阵开关内部有匹配负载，可以匹配未选通支路的输出功率。频谱仪控制模块42的主要作用是对频谱仪30的测量模式、测试频点、测量带宽、频率分辨率等参数进行设置，并接收频谱仪30的测量结果。数据分析模块43对接收到的频谱仪30数据进行分析及存储。同时，数据分析模块43在测试时将测量数据与用户设定的阈值进行实时比较，如果超出阈值则控制频谱仪30进行频谱的截图及保存。

本实施例还提供一种导航卫星EIRP及稳定性测试方法，如图5所示，导航载荷10提供多个测试信号；大功率衰减器50对测试信号进行衰减处理；测试与控制系统40向程控矩阵开关20提供选通控制信号；程控矩阵开关20根据选通控制信号进行测试信号的选通，并输送至频谱仪30；测试与控制系统40向程控矩阵开关20提供选通控制信号；频谱仪30根据测试控制信号对程控矩阵开关20选通的测试信号进行采集和测量，形成测试结果和频谱图；测试与控制系统40将测试结果与测量阈值进行实时比较，若测试结果超出测量阈值则进行异常告警，并对此时的频谱图进行截图并保存。

在本发明的一个实施例中，如图5所示，在所述的导航卫星EIRP及稳定性测试方法中，还包括：将导航卫星EIRP及稳定性测试系统初始化；导航载荷10开机并预热；数据分析模块接收用户的测试用例，根据测试用例自动生成测试项目和测试顺序；矩阵开关控制模块根据测试项目和测试顺序生成选通控制信号；频谱仪30控制模块根据测试项目和测试顺序生成测试控制信号；导航载荷10的测试信号经过大功率衰减器50进行信号衰减后，将测试信号经过射频线缆送入程控矩阵开关20；程控矩阵开关20通过网线与上位机进行连接，上位机通过测试与控制系统40选通程控矩阵开关20的某一路，从而将选通的测试信号提供至频谱仪30；频谱仪30接收到选通的测试信号后，利用通道功率测量功能进行带内功率测量，将测试结果通过网线上传至上位机的测试与控制系统40；测试与控制系统40将测试结果进行实时记录与保存；测试与控制系统40将测试结果与测量阈值进行对比，若测试结果超出测量阈值则将频谱仪30屏幕上的超出数据标红并将异常时刻的频谱图进行保存。

进一步的，在所述的导航卫星EIRP及稳定性测试方法中，还包括：若测试结果未超出测量阈值则保存测试结果并判断是否到达固定截图时间，若是则自动截图保存频谱图后进行下一步，否则直接进行下一步；判断测试时间是否满足要求，若是则结束，否则返回执行上位机通过测试与控制系统40选通程控矩阵开关20的某一路。

综上，上述实施例对导航卫星EIRP及稳定性测试系统及方法的不同构型进行了详细说明，当然，本发明包括但不局限于上述实施中所列举的构型，任何在上述实施例提供的构型基础上进行变换的内容，均属于本发明所保护的范围。本领域技术人员可以根据上述实施例的内容举一反三。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。