專利名稱:一種基于Labview和第三方驅(qū)動程序的自動化無線電環(huán)境測試平臺的制作方法
【專利摘要】一種基于Labview和第三方驅(qū)動程序的自動化無線電環(huán)境測試平臺，分別由天線控制轉(zhuǎn)臺、總控電腦、頻譜儀三部分組成，其中總控電腦分別與天線轉(zhuǎn)動平臺、頻譜儀相連；而集成于總控電腦中的控制程序包括實時天線轉(zhuǎn)動平臺控制和頻譜儀控制兩個子模塊，其中實時天線轉(zhuǎn)動平臺控制模塊通過串口向天線轉(zhuǎn)臺下發(fā)當前的方位、俯仰值，頻譜儀控制模塊通過網(wǎng)線將總控電腦與頻譜儀相連，具有設置控制頻譜儀的觀測參數(shù)，讀取觀測數(shù)據(jù)的功能。本實用新型具有操作可視化，數(shù)據(jù)記錄方便，操作簡單以及易于野外操作的優(yōu)點。
【專利說明】一種基于Labv i ew和第三方驅(qū)動程序的自動化無線電環(huán)境測試平臺

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及無線電頻譜監(jiān)測領域，適用于野外自動化無線電環(huán)境測量以及大型射電天文望遠鏡臺址堪選等領域。
技術背景
[0002]隨著電子技術的發(fā)展，射電天文設備逐步由數(shù)字化終端取代了原有的模擬終端。這樣大大提升射電天文觀測的效率，射電窗口以上幾乎整個無線電頻段都納入了射電天文觀測范疇。但隨著全社會信息化的飛速發(fā)展，越來越多的無線電頻段被使用，因此，無線電干擾(Rad1 Frequency Interference, RFI)越來越成為嚴重困擾射電天文觀測的因素，甚至對射電天文觀測帶來致命影響。無線電干擾主要在以下幾個方面影響射電天文觀測:
[0003]1.造成接收機飽和，如果RFI在觀測頻段上過強，超過模擬接收機任何一級元件的最大輸入電平就會造成接收機飽和。在該種情況下，射電接收機無法接收到任何天文信號;
[0004]2.由于模數(shù)轉(zhuǎn)換器(Analog to digital converter, ADC)的無雜散動態(tài)范圍(Spur1us Free Dynamic Range, SFDR)參數(shù)的存在，RFI過強時會導致假譜出現(xiàn)；
[0005]3.由于FFT算法自身的一些缺陷，RFI信號的頻譜會與通過窗函數(shù)和天文信號頻譜發(fā)生譜間干涉現(xiàn)象，最終形成假譜；并且會導致噪底不平坦，從而影響射電天文信號的相對定標；
[0006]4.多RFI通過在傳輸介質(zhì)中的相互作用產(chǎn)生令人無法確定頻率的交調(diào)干擾，這種干擾非常難預料并很難通過傳統(tǒng)的方法濾除！
[0007]5.在接收機內(nèi)部，混頻時(包括模擬和數(shù)字混頻兩種)RFI信號和本振信號產(chǎn)生的調(diào)制頻率，也很容易落到感興趣的射電天文觀測頻帶中，影響到正常的天文信號的恢復與分析。
[0008]干擾消除已經(jīng)成為刻不容緩解決的重要問題。目前采用規(guī)避RFI的方法主要有以下幾種:
[0009]1.”棄” (blanking)，可以分為兩種，一是放棄RFI過強的頻段，帶來的好處是從模擬接收機至數(shù)字處理器均無干擾信號注入，二是放棄干擾較強時刻的觀測數(shù)據(jù)，特別是針對脈沖型的干擾(pulse-type signal)可以有效濾除；
[0010]2.“阻”(shielding)，通過在接收機鏈路上相應的無線電干擾頻點設置陷波器(notch filter)的辦法可以”阻擊” RFI，這樣做的好處是觀測帶寬損失較少，并且價格低廉，如果陷波器設置合理則有可能獲得“純凈”的頻段；
[0011]3.采用空間波束形成方法(spatial beam forming techniques):包括后處理旁辦干擾消除技術(post processing techniques sidelobe-beam nulling)和主動空間波束形成技術(adaptive beam-forming techniques)避開無線電干擾；
[0012]4.數(shù)字匹配濾波技術(digital matched filter techniques)，利用數(shù)字濾波器良好的性能，使濾波器趨近于維納解(wiener solut1n)可以達到很好的矩形系數(shù)，達到濾除無線電干擾的目的。
[0013]5.“躲”，選擇良好無線電環(huán)境的臺址。例如，F(xiàn)AST等一些大型的射電望遠鏡通過選擇優(yōu)良的臺址并且采用無線電頻段保護實現(xiàn)了干擾的規(guī)避。這樣可以避開地面RFI ;
[0014]綜上，在論證建設新的大型射電望遠鏡時選擇無線電干擾較少的地區(qū)，并對該地區(qū)進行長期的無線電環(huán)境考察是必不可少的手段。
[0015]為此，構建野外高效的無線電環(huán)境測試平臺是測量無線電環(huán)境的關鍵部分。實用新型內(nèi)容
[0016]—種基于Labview圖形化編程軟件和第三方驅(qū)動程序的自動化無線電環(huán)境測試平臺主要適用于野外無線電環(huán)境測量及大型射電望遠鏡臺址勘察等領域，主要解決野外快速無線電環(huán)境測量平臺搭建、快速開展工作、全自動化測量等問題，具有安裝簡易方便、全自動化測量、數(shù)據(jù)便于管理等優(yōu)點。
[0017]本實用新型的技術方案如下:
[0018]—種基于Labview和第三方驅(qū)動程序的自動化無線電環(huán)境測試平臺，本實用新型特征在于:分別由天線控制轉(zhuǎn)臺、總控電腦、頻譜儀三部分組成，其中總控電腦分別與天線轉(zhuǎn)動平臺、頻譜儀相連；而集成于總控電腦中的控制程序包括實時天線轉(zhuǎn)動平臺控制和頻譜儀控制兩個子模塊，其中實時天線轉(zhuǎn)動平臺控制模塊通過串口向天線轉(zhuǎn)臺下發(fā)當前的方位、俯仰值，頻譜儀控制模塊通過網(wǎng)線將總控電腦與頻譜儀相連具有設置控制頻譜儀的觀測參數(shù)，讀取觀測數(shù)據(jù)的功能。
[0019]本實用新型在天線控制轉(zhuǎn)臺前連接有測試天線，天線控制轉(zhuǎn)臺與主控計算機之間依序連接有寬帶低噪聲放大器、轉(zhuǎn)臺控制電纜、射頻信號電纜；其中測試天線、天線控制轉(zhuǎn)臺、轉(zhuǎn)臺控制電纜及主控計算機構成了天線轉(zhuǎn)動控制單元，起到控制測試方向的目的；寬帶低噪聲放大器、射頻信號電纜、頻譜分析儀及主控計算機構成了頻譜測量及記錄單元。
[0020]本實用新型天線轉(zhuǎn)動平臺控制模塊設定精確到1°的天線指向角度，以及精確到秒級的每指向角度的駐留時間；頻譜儀控制模塊采用了第三方提供的頻譜儀底層驅(qū)動程序，同時可以精確到秒級遠程讀取頻譜儀數(shù)據(jù)的能力。
[0021]本實用新型記錄監(jiān)測數(shù)據(jù)的文件名由幾個關鍵的測量參數(shù)依次組成，包括天線的俯仰角、方位角，第幾測試頻段，以及測試年月日，提供給了其他用戶詳細的信息。
[0022]本實用新型采用天線自動化控制系統(tǒng)+頻譜儀自動測量記錄系統(tǒng)模式，可以自動設置測試方向、每測試方向駐留時間、測試頻道、測試精度等。
[0023]其具體實施方案如下:
[0024]1.測試天線射頻輸出口直接與寬帶低噪聲放大器輸入端相連，其優(yōu)勢在于:減少了之間的連接電纜，可以降低測試系統(tǒng)的噪聲；
[0025]2.通過金屬卡座將測試天線固定于轉(zhuǎn)臺上，主控電腦通過RS232協(xié)議經(jīng)長串口線控制轉(zhuǎn)臺；
[0026]3.低噪聲放大器輸出端通過長射頻電纜與頻譜分析儀相連，主控電腦通過TCP/IP協(xié)議經(jīng)網(wǎng)線與頻譜分析儀相連；
[0027]4.在天線控制軟件方面，通過軟件可以設置天線觀測方向角，每個觀察方向角的駐留時間等參數(shù)；
[0028]5.在頻譜儀控制軟件方面，通過軟件可以設置分辨率帶寬(RBW)、觀測帶寬(span)、中心頻點(centre frequency)、掃描時間(sweep time)、平均次數(shù)(integratetime)、掃描點數(shù)(points)等參數(shù)；實時顯示當前頻譜儀抓圖；切換方向后自動更新；顯示圖包括兩條測試線:最大保持+實時均值；
[0029]6.在程序啟動后，天線自動歸位到初始測試方向角，頻譜分析儀自動從第一測試頻段開始測量。
[0030]本實用新型的效果:
[0031]本實用新型具有操作可視化，數(shù)據(jù)記錄方便，操作簡單以及易于野外操作等優(yōu)占.V.
[0032]1.采用模塊化設計，分為天線控制單元和射頻測量單元兩部分，兩部分可以作為單獨的控制、測量模塊，不相互影響，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時也便于野外操作；
[0033]2.程序開發(fā)采用了 NI提供的底層儀器驅(qū)動模塊，在程序開發(fā)上大大降低了難度；
[0034]3.頻譜儀參數(shù)設置、天線控制界面均在主控計算機界面上實現(xiàn)，數(shù)字化控制和輸入；
[0035]4.數(shù)據(jù)文件采用了清晰的文件名記錄方式，可以獲知測量文件的各項相關參數(shù)。

【附圖說明】

[0036]圖1本實用新型整體結構示意圖；
[0037]圖2頻譜儀控制程序流程圖；
[0038]圖3天線轉(zhuǎn)臺控制程序流程圖；
[0039]圖4本實用新型控制界面圖；
[0040]圖5本實用新型測量記錄文件名構成示意圖。

【具體實施方式】
[0041 ] 如圖1所示，一種基于Labview和第三方驅(qū)動程序的自動化無線電環(huán)境測試平臺，本實用新型特征在于:分別由天線控制轉(zhuǎn)臺、總控電腦、頻譜儀三部分組成，其中總控電腦分別與天線轉(zhuǎn)動平臺、頻譜儀相連；而集成于總控電腦中的控制程序包括實時天線轉(zhuǎn)動平臺控制和頻譜儀控制兩個子模塊，其中實時天線轉(zhuǎn)動平臺控制模塊通過串口向天線轉(zhuǎn)臺下發(fā)當前的方位、俯仰值，頻譜儀控制模塊通過網(wǎng)線將總控電腦與頻譜儀相連具有設置控制頻譜儀的觀測參數(shù)，讀取觀測數(shù)據(jù)的功能。
[0042]本實用新型在天線控制轉(zhuǎn)臺前連接有測試天線，天線控制轉(zhuǎn)臺與主控計算機之間依序連接有寬帶低噪聲放大器、轉(zhuǎn)臺控制電纜、射頻信號電纜；其中測試天線、天線控制轉(zhuǎn)臺、轉(zhuǎn)臺控制電纜及主控計算機構成了天線轉(zhuǎn)動控制單元，起到控制測試方向的目的；寬帶低噪聲放大器、射頻信號電纜、頻譜分析儀及主控計算機構成了頻譜測量及記錄單元。
[0043]本實用新型天線轉(zhuǎn)動平臺控制模塊設定精確到1°的天線指向角度，以及精確到秒級的每指向角度的駐留時間；頻譜儀控制模塊采用了第三方提供的頻譜儀底層驅(qū)動程序，同時可以精確到秒級遠程讀取頻譜儀數(shù)據(jù)的能力。
[0044]本實用新型記錄監(jiān)測數(shù)據(jù)的文件名由幾個關鍵的測量參數(shù)依次組成，包括天線的俯仰角、方位角，第幾測試頻段，以及測試年月日，提供給了其他用戶詳細的信息。
[0045]本實用新型采用天線自動化控制系統(tǒng)+頻譜儀自動測量記錄系統(tǒng)模式，可以自動設置測試方向、每測試方向駐留時間、測試頻道、測試精度等。
[0046]本實用新型具體實施方案如下:
[0047]1.測試天線射頻輸出口直接與寬帶低噪聲放大器輸入端相連，其優(yōu)勢在于:減少了之間的連接電纜，可以降低測試系統(tǒng)的噪聲；
[0048]2.通過金屬卡座將測試天線固定于轉(zhuǎn)臺上，主控電腦通過RS232協(xié)議經(jīng)長串口線控制轉(zhuǎn)臺；
[0049]3.低噪聲放大器輸出端通過長射頻電纜與頻譜分析儀相連，主控電腦通過TCP/IP協(xié)議經(jīng)網(wǎng)線與頻譜分析儀相連；
[0050]4.在天線控制軟件方面，通過軟件可以設置天線觀測方向角，每個觀察方向角的駐留時間等參數(shù)；
[0051]5.在頻譜儀控制軟件方面，通過軟件可以設置分辨率帶寬(RBW)、觀測帶寬(span)、中心頻點(centre frequency)、掃描時間(sweep time)、平均次數(shù)(integratetime)、掃描點數(shù)(points)等參數(shù)；實時顯示當前頻譜儀抓圖；切換方向后自動更新；顯示圖包括兩條測試線:最大保持+實時均值；
[0052]6.在程序啟動后，天線自動歸位到初始測試方向角，頻譜分析儀自動從第一測試頻段開始測量。
[0053]如圖1所示，本實用新型的硬件部分連接方式在于:測試天線經(jīng)卡座固定于可控天線轉(zhuǎn)臺上，主控計算機通過RS232串口線與之相連實現(xiàn)控制；測試天線的射頻輸出口于低噪聲寬帶放大器的輸入端相連，低噪聲寬帶放大器的輸出端經(jīng)長同軸電纜于頻譜分析儀相連實現(xiàn)頻譜測量；主控計算機通過TCP/IP協(xié)議經(jīng)網(wǎng)線與頻譜分析儀相連，達到控制與數(shù)據(jù)讀取的目的；
[0054]如圖2所示，一種基于Labview圖形化編程軟件和第三方驅(qū)動程序的自動化無線電環(huán)境測試平臺的頻譜分析儀控制部分的程序流程在于:程序開始后首先進行頻譜分析儀的初始化配置一一包括設置初始化的中心頻點、觀測頻寬及其步進增量、掃描方式(連續(xù)掃描還是單次掃描)、分辨率帶寬(Resolut1n Bandwidth, RBW)、視頻帶寬(VideoBandwidth, VBff)、掃描時間、參考電平值、量化單位，其中分別在觀測頻寬及其步進增量和掃描方式設置、掃描時間和參考電平值設置之間插入5秒延遲以便頻譜分析儀有充裕的時間進行響應；然后設置三條測量顯示、記錄線分別表示測量的實時值、平均值及最大值；以上設置完成后開始進行測量。測量流程如下:在測量中采用循環(huán)測量模式，設置一個計時模塊計時、程序詢問是否達到測量時間，如沒有達到繼續(xù)測量；如果達到記錄三條測量線的數(shù)據(jù)，然后跳出循環(huán)，根據(jù)觀測頻寬的步進增量設置下一觀測頻段的中心頻點，設置完成后繼續(xù)進入測量循環(huán)。在全部測量頻段測量完后，通知天線控制程序轉(zhuǎn)換測量角度。
[0055]如圖3所示，一種基于Labview圖形化編程軟件和第三方驅(qū)動程序的自動化無線電環(huán)境測試平臺的天線轉(zhuǎn)臺控制部分的程序流程在于:程序開始后首先進行天線轉(zhuǎn)臺的初始化配置一一設置串口參數(shù)，設置天線檢查角度測試轉(zhuǎn)臺是否正常工作，在確認天線正常工作后設置天線初始監(jiān)測角度并在天線指向該角度后向頻譜分析儀控制軟件發(fā)出天線就位指令，然后等待頻譜分析儀控制程序發(fā)來的頻道測量結束指令，該指令到達后讀取下一測量方向的天線方位、俯仰值，待天線就位后向頻譜分析儀控制軟件發(fā)送就位指令。
【權利要求】
1.一種基于Labview和第三方驅(qū)動程序的自動化無線電環(huán)境測試平臺，其特征在于:分別由天線控制轉(zhuǎn)臺、總控電腦、頻譜儀三部分組成，其中總控電腦分別與天線轉(zhuǎn)動平臺、頻譜儀相連；而集成于總控電腦中的控制程序包括實時天線轉(zhuǎn)動平臺控制和頻譜儀控制兩個子模塊，其中實時天線轉(zhuǎn)動平臺控制模塊通過串口向天線轉(zhuǎn)臺下發(fā)當前的方位、俯仰值，頻譜儀控制模塊通過網(wǎng)線將總控電腦與頻譜儀相連，具有設置控制頻譜儀的觀測參數(shù)，讀取觀測數(shù)據(jù)的功能。2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于Labview和第三方驅(qū)動程序的自動化無線電環(huán)境測試平臺，其特征在于:在天線控制轉(zhuǎn)臺前連接有測試天線，天線控制轉(zhuǎn)臺與主控計算機之間依序連接有寬帶低噪聲放大器、轉(zhuǎn)臺控制電纜、射頻信號電纜；其中測試天線、天線控制轉(zhuǎn)臺、轉(zhuǎn)臺控制電纜及主控計算機構成了天線轉(zhuǎn)動控制單元，起到控制測試方向的目的；寬帶低噪聲放大器、射頻信號電纜、頻譜分析儀及主控計算機構成了頻譜測量及記錄單元。3.根據(jù)權利要求1所述的一種基于Labview和第三方驅(qū)動程序的自動化無線電環(huán)境測試平臺，其特征在于:天線轉(zhuǎn)動平臺控制模塊設定精確到1°的天線指向角度，以及精確到秒級的每指向角度的駐留時間；頻譜儀控制模塊采用了第三方提供的頻譜儀底層驅(qū)動程序，同時具有精確到秒級遠程讀取頻譜儀數(shù)據(jù)的能力。4.根據(jù)權利要求1所述的一種基于Labview和第三方驅(qū)動程序的自動化無線電環(huán)境測試平臺，其特征在于:記錄觀測數(shù)據(jù)的文件名由幾個關鍵的測量參數(shù)依次組成，包括天線的俯仰角、方位角，第幾測試頻段，以及測試年月日，提供給了其他用戶詳細的信息。
【文檔編號】G01R23-16GK204287322SQ201420545052
【發(fā)明者】董亮, 汪敏, 陳德章, 馮云, 陳志鋼, 常建偉, 田斌, 李升陽, 許春, 施碩彪 [申請人]中國科學院云南天文臺