一種無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)鏈測(cè)試用電磁環(huán)境數(shù)據(jù)自動(dòng)化采集系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)鏈電磁環(huán)境數(shù)據(jù)采集技術(shù)，具體地說(shuō)，是指一種無(wú)人機(jī)數(shù) 據(jù)鏈測(cè)試用電磁環(huán)境數(shù)據(jù)自動(dòng)化采集系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著電子信息技術(shù)的不斷發(fā)展，無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)鏈所處的電磁環(huán)境越來(lái)越復(fù)雜，充斥 著各種電磁信號(hào)，主要包括通信信號(hào)、導(dǎo)航信號(hào)、雷達(dá)信號(hào)以及敵方惡意的干擾信號(hào)等。圖1 為無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)鏈電磁環(huán)境的主要構(gòu)成因素。根據(jù)電磁信號(hào)的來(lái)源，將無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)鏈空間電 磁環(huán)境分為自然電磁環(huán)境和人為電磁環(huán)境兩類(lèi)。人為電磁環(huán)境又可以分為對(duì)抗信號(hào)電磁環(huán) 境和非對(duì)抗信號(hào)電磁環(huán)境。其中對(duì)抗信號(hào)電磁環(huán)境包括通信對(duì)抗電磁環(huán)境、雷達(dá)對(duì)抗電磁 環(huán)境、光電對(duì)抗電磁環(huán)境等，而非對(duì)抗信號(hào)電磁環(huán)境則主要指民用方面的信號(hào)電磁環(huán)境，包 括移動(dòng)通信電磁環(huán)境和其他民用電磁環(huán)境。
[0003] 無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)鏈起到連接無(wú)人機(jī)與地面控制中心的紐帶作用，無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)鏈的通信 性能直接關(guān)系到無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的整體性能，而電磁環(huán)境中的干擾信號(hào)是危害無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)鏈性 能的主要因素。圖2為無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)及電磁環(huán)境示意圖。（a)表示無(wú)人機(jī)1和地面控 制站2之間的雙向通信，（b)表示人為電磁環(huán)境3對(duì)地面控制站2的干擾，（c)表示人為電 磁環(huán)境3對(duì)無(wú)人機(jī)1的干擾，（d)和（e)分別表示自然電磁環(huán)境4對(duì)地面控制站2和無(wú)人機(jī) 1的干擾。采集得到的無(wú)人機(jī)所處真實(shí)電磁環(huán)境的干擾信號(hào)數(shù)據(jù)及環(huán)境信息數(shù)據(jù)，可以用于 無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)鏈電磁抗擾度的測(cè)試，為無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的研制以及可靠性評(píng)估提供基礎(chǔ)支 撐。目前，對(duì)于無(wú)人機(jī)電磁環(huán)境數(shù)據(jù)的采集主要有真實(shí)飛行電磁環(huán)境數(shù)據(jù)采集和干擾源信 息采集兩種，前者是指有人機(jī)沿著無(wú)人機(jī)的真實(shí)航路進(jìn)行實(shí)時(shí)電磁數(shù)據(jù)的采集，采集得到 的電磁環(huán)境數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度高，但是需要根據(jù)不同的航路反復(fù)調(diào)整，實(shí)施的成本和局限性都很 大；后者是指根據(jù)選取的干擾源信號(hào)發(fā)射模型以及電波傳播衰減模型，近似估計(jì)無(wú)人機(jī)航 路中任意空間點(diǎn)上電磁環(huán)境數(shù)據(jù)，該方法可反復(fù)使用，但獲得的電磁環(huán)境數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度低。
[0004] 無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)鏈主要覆蓋UHF、C、S、K等微波波段，具有通信波段寬的特點(diǎn)，所處的 地理類(lèi)型、天氣類(lèi)型、人文類(lèi)型等復(fù)雜多變，并且無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)鏈對(duì)于信息傳輸?shù)目煽啃杂兄?較高的要求，目前國(guó)內(nèi)主要的電磁環(huán)境數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)無(wú)法同時(shí)滿足高準(zhǔn)確度和低損耗的要 求，現(xiàn)有系統(tǒng)或是以消耗大量人力物力為代價(jià)獲得較為準(zhǔn)確的電磁環(huán)境數(shù)據(jù)，或是只采集 某一窄帶的電磁信息而忽略大部分波段，同時(shí)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方面或是無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間保存，或是 存儲(chǔ)的信息量較大、冗余較多，例如基于GPIB(General-PurposeInterfaceBus，通用接口 總線）的電磁環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的頻率測(cè)量范圍無(wú)法與無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)鏈工作波段相 適應(yīng)且無(wú)法長(zhǎng)久保存數(shù)據(jù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明針對(duì)無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)鏈所處真實(shí)電磁環(huán)境數(shù)據(jù)采集時(shí)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和高準(zhǔn) 確度的要求，提出了一種無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)鏈測(cè)試用電磁環(huán)境數(shù)據(jù)自動(dòng)化采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠 對(duì)自動(dòng)化采集得到的大波段電磁數(shù)據(jù)進(jìn)行分段處理，使用戶可以選取感興趣的信號(hào)子波段 進(jìn)行精細(xì)采集，然后存儲(chǔ)采集到的信號(hào)子波段干擾信號(hào)數(shù)據(jù)和環(huán)境信息。
[0006] 本發(fā)明所述的無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)鏈測(cè)試用電磁環(huán)境數(shù)據(jù)自動(dòng)化采集系統(tǒng)在硬件架構(gòu)上 使用符合無(wú)人機(jī)工作波段測(cè)試要求的全向接收天線，頻譜分析儀以及普通的個(gè)人計(jì)算機(jī)， 計(jì)算機(jī)通過(guò)GPIB總線與頻譜分析儀相連，使用GPIB編程技術(shù)，充分應(yīng)用VISA(Virtual InstrumentationSoftwareArchitecture，虛擬儀器軟件結(jié)構(gòu)）庫(kù)中的函數(shù)及 SCPI(StandardCommandsforProgrammableInstruments，可編程儀器標(biāo)準(zhǔn)命令集）命令 集，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與頻譜分析儀一起控制和進(jìn)行資源管理的功能。系統(tǒng)通過(guò)用戶選擇完成預(yù) 采集模塊的配置，在采集到全向接收天線接收的電磁環(huán)境數(shù)據(jù)后，控制頻譜分析儀繪制預(yù) 采集頻譜圖，并采用分段策略處理大波段電磁數(shù)據(jù)。系統(tǒng)根據(jù)用戶選擇確定進(jìn)行精細(xì)采集 的信號(hào)子波段，并根據(jù)用戶選擇完成子波段精細(xì)采集模塊的配置，進(jìn)而通過(guò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊 選擇性的存儲(chǔ)采集得到的信號(hào)子波段電磁環(huán)境數(shù)據(jù)即可。
[0007] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0008] 1)采用計(jì)算機(jī)、頻譜分析儀和全向接收天線聯(lián)合工作模式，由計(jì)算機(jī)軟件控制頻 譜分析儀一次性完成所有非重復(fù)子波段的電磁環(huán)境、采集點(diǎn)參數(shù)信息以及采集點(diǎn)位置信息 等數(shù)據(jù)的保存，實(shí)現(xiàn)了電磁環(huán)境數(shù)據(jù)采集的自動(dòng)化；
[0009]2)采用可設(shè)置的預(yù)采集模塊，自動(dòng)采集無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)鏈工作較寬波段內(nèi)的全部信 號(hào)，使系統(tǒng)采集到的信號(hào)比較全面，然后采用分段策略處理較寬波段電磁數(shù)據(jù)，有利于降低 后續(xù)數(shù)據(jù)處理的復(fù)雜度；
[0010] 3)采用可設(shè)置的子波段精細(xì)采集模塊，將用戶選擇的感興趣子波段進(jìn)行精細(xì)采 集，修正預(yù)采集信號(hào)數(shù)據(jù)的誤差，提高了電磁環(huán)境數(shù)據(jù)的采集精度，縮短了采集時(shí)間，采用 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，存儲(chǔ)信號(hào)子波段的電磁環(huán)境數(shù)據(jù)，避免了存儲(chǔ)冗余信息。
【附圖說(shuō)明】
[0011] 圖1為無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)鏈電磁環(huán)境的主要構(gòu)成因素示意圖；
[0012] 圖2為無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)及電磁環(huán)境示意圖；
[0013]圖3為本發(fā)明系統(tǒng)的硬件架構(gòu)；
[0014] 圖4為本發(fā)明系統(tǒng)計(jì)算機(jī)上的軟件模塊組成；
[0015] 圖5為本發(fā)明系統(tǒng)總流程圖；
[0016] 圖6為本發(fā)明實(shí)施例中系統(tǒng)采集頻譜圖；
[0017] 圖7為本發(fā)明實(shí)施例中子波段精細(xì)采集頻譜圖；
[0018] 圖8為本發(fā)明系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊存儲(chǔ)數(shù)據(jù)類(lèi)型。
[0019] 圖中：
[0020] 1.無(wú)人機(jī)； 2.地面控制站； 3.人為電磁環(huán)境；
[0021] 4.自然電磁環(huán)境； 5.全向接收天線； 6.頻譜分析儀；
[0022] 7.數(shù)據(jù)采集控制計(jì)算機(jī)； 8.設(shè)備組選擇模塊；9預(yù)采集模塊；
[0023] 10.信號(hào)子波段數(shù)據(jù)提取及顯示模塊； 11.子波段精細(xì)采集模塊；
[0024] 12.數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊； 13.預(yù)采集參數(shù)設(shè)置模塊；
[0025] 14?子波段精細(xì)采集參數(shù)設(shè)置模塊。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0027] 本發(fā)明所述的無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)鏈測(cè)試用電磁環(huán)境數(shù)據(jù)自動(dòng)化采集系統(tǒng)，如圖3所示， 在硬件上主要包括全向接收天線5、頻譜分析儀6和數(shù)據(jù)采集控制計(jì)算機(jī)7,其中全向接收 天線5將接收到的無(wú)線電波信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)后通過(guò)電纜傳輸?shù)筋l譜分析儀6,進(jìn)行電 壓信號(hào)的測(cè)量與處理，數(shù)據(jù)采集控制計(jì)算機(jī)7通過(guò)USB或GPIB接口線與頻譜分析儀6相 連，并且利用GPIB的三掛鉤技術(shù)實(shí)現(xiàn)兩者之間命令與數(shù)據(jù)傳輸，以此完成對(duì)自動(dòng)化采集過(guò) 程的控制。
[0028] 圖4為本發(fā)明中數(shù)據(jù)采集控制計(jì)算機(jī)7上的模塊組成示意圖，所述的數(shù)據(jù)采集控 制計(jì)算機(jī)7包括設(shè)備組選擇模塊8、預(yù)采集模塊9、信號(hào)子波段數(shù)據(jù)提取及顯示模塊10、子波 段精細(xì)采集模塊11、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊12、預(yù)采集參數(shù)設(shè)置模塊13和子波段精細(xì)采集參數(shù)設(shè)置 模塊14。用戶根據(jù)測(cè)試需要從設(shè)備組選擇模塊8中選擇適當(dāng)?shù)念l譜分析儀型號(hào)和全向接 收天線型號(hào)，并存入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊12中。在預(yù)采集參數(shù)設(shè)置模塊13中進(jìn)行預(yù)采集參數(shù)設(shè) 置，所述的預(yù)采集參數(shù)設(shè)置包括頻率參數(shù)、儀器設(shè)置參數(shù)和自定義參數(shù)的設(shè)置，所述的頻率 參數(shù)包括波段選擇、起始頻率和終止頻率；儀器設(shè)置參數(shù)包括分辨率帶寬、視頻帶寬、參考 電平和輸入衰減，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)頻譜分析儀的初始化；自定義參數(shù)包括背景噪聲門(mén)限值和自 動(dòng)采集時(shí)間，背景噪聲門(mén)限值是判斷預(yù)采集信號(hào)是否存在的標(biāo)準(zhǔn)，自動(dòng)采集時(shí)間用于實(shí)現(xiàn) 預(yù)采集的自動(dòng)化。預(yù)采集模塊9根據(jù)用戶設(shè)置的預(yù)采集參數(shù)，進(jìn)行大波段電磁數(shù)據(jù)（電壓 信號(hào)）的采集，并采集頻譜分析儀6繪制的預(yù)采集數(shù)據(jù)頻譜，向用戶展現(xiàn)大波段（如C波段 等）信號(hào)頻譜的分布情況。然后根據(jù)設(shè)置的信號(hào)子波段帶寬，進(jìn)行預(yù)采集數(shù)據(jù)頻譜分段處 理，將大波段劃分為多個(gè)信號(hào)子波段，然后在信號(hào)子波段數(shù)據(jù)提取及顯示模塊10中提取具 有信號(hào)的子波段（簡(jiǎn)稱(chēng)信號(hào)子波段）數(shù)據(jù)，包括檢測(cè)到的信號(hào)的中心頻率、幅度和帶寬。將 所有采集到的信號(hào)按照信號(hào)幅度由大到小的順序排列，使用戶對(duì)大波段內(nèi)干擾信號(hào)情況有 較直觀的認(rèn)識(shí)。
[0029] 用戶選擇感興趣的信號(hào)子波段，進(jìn)入子波段精細(xì)采集模塊11。所述的感興趣的信 號(hào)子波段可以是幅度最大的信號(hào)存在的信號(hào)子波段，或者處于無(wú)人機(jī)通信波段的信號(hào)子波 段等。子波段精細(xì)采集具有較小的頻譜分析儀掃描范圍并且設(shè)置更精細(xì)的儀器設(shè)置參數(shù)， 如較小的分辨率帶寬等，能夠減小測(cè)量誤差，使獲得的信號(hào)數(shù)據(jù)更精確，相當(dāng)于修正了預(yù)采 集獲得的信號(hào)數(shù)據(jù)。子波段精細(xì)采集模塊11進(jìn)行精細(xì)采集之前需要在子波段精細(xì)采集參 數(shù)設(shè)置模塊14中設(shè)置采集參數(shù)和采集點(diǎn)參數(shù)，所述的采集參數(shù)包括儀器設(shè)置參數(shù)和天線 衰減補(bǔ)償，儀器設(shè)置參數(shù)有頻譜分析儀的分辨帶寬、視頻帶寬、參考電平和輸入衰減值，同 預(yù)采集儀器設(shè)置參數(shù)相比更精細(xì)，有利于提高測(cè)量精度。采集點(diǎn)參數(shù)包括采集點(diǎn)所屬地區(qū) 和地理位置坐標(biāo)。子波段精細(xì)采集模塊11輸出的電磁環(huán)境數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊12中， 存儲(chǔ)用戶感興趣的子波段信號(hào)數(shù)據(jù)而不是大波段內(nèi)所有信號(hào)數(shù)據(jù)，避免了存儲(chǔ)冗余數(shù)據(jù)。
[0030] 基于上述的無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)鏈測(cè)試用電磁環(huán)境數(shù)據(jù)自動(dòng)化采集系統(tǒng)，本發(fā)明還提供一 種無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)鏈測(cè)試用電磁環(huán)境數(shù)據(jù)自動(dòng)化采集方法，包括預(yù)采集流程和信號(hào)子波段精細(xì) 采集流程，如圖5。系統(tǒng)搭建完成后，開(kāi)始電磁環(huán)境數(shù)據(jù)的采集，進(jìn)入預(yù)采集流程：