計(jì)算機(jī)頻譜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在衛(wèi)星通信的應(yīng)用

　　這篇計(jì)算機(jī)核心期刊論文發(fā)表了計(jì)算機(jī)頻譜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在衛(wèi)星通信的應(yīng)用，計(jì)算機(jī)頻譜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以測(cè)量和顯示頻域內(nèi)的電平、頻率和功率，實(shí)現(xiàn)24小時(shí)持續(xù)檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和處理，可實(shí)現(xiàn)24小時(shí)不間斷檢測(cè)載波，實(shí)現(xiàn)故障實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

　　關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)核心期刊論文,衛(wèi)星通信,計(jì)算機(jī),頻譜分析儀

　　萬(wàn)用表、示波器一般應(yīng)用于低頻和數(shù)字電路中，輔助一些工程測(cè)試工作，但是在毫米、微波段會(huì)出現(xiàn)受到信號(hào)串?dāng)_等情況，所以這兩種儀器無(wú)法使用，進(jìn)而產(chǎn)生了毫米波、微波六大測(cè)試儀器，包括：網(wǎng)絡(luò)分析儀、信號(hào)源、噪聲系數(shù)檢測(cè)儀、頻譜分析儀、功率計(jì)、頻率計(jì)。由于頻譜分析儀制作技術(shù)比較復(fù)雜，所以在該市場(chǎng)領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位。現(xiàn)代頻譜分析儀逐漸從本振信號(hào)發(fā)展到自由震蕩式的頻率合成方式，頻率分辨率逐漸從1kHz減少到1Hz。通過與平坦度技術(shù)相結(jié)合，頻譜分析儀的檢測(cè)精確度逐漸提高。

　　1計(jì)算機(jī)輔助頻譜檢測(cè)系統(tǒng)介紹

　　CAMS就是利用計(jì)算機(jī)來完成頻譜分析儀在射頻(中頻)信號(hào)中的信息分析和顯示、采集和處理、儲(chǔ)存和查詢等功能，并能夠?qū)崿F(xiàn)24小時(shí)持續(xù)檢測(cè)，這樣能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)頻譜干擾、發(fā)射和接收信號(hào)出現(xiàn)的異常情況，然后保存這些信息。之后遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)可以利用網(wǎng)絡(luò)等無(wú)線登錄計(jì)算機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)查詢和操作。如圖1所示。軟件功能包含：頻譜圖、計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程狀態(tài)再現(xiàn)和告警、異常事件的重現(xiàn)和儲(chǔ)存、打印和查詢模塊、在線幫助模塊、查詢系統(tǒng)模塊。主要實(shí)現(xiàn)的功能如下。

　　(1)在信號(hào)出現(xiàn)異常時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出聲光告警，并在主界面上給出提示，同時(shí)將出現(xiàn)異常的頻譜圖保存到計(jì)算機(jī)的硬盤中，系統(tǒng)日志也會(huì)將這些異常出現(xiàn)的時(shí)間、原因和信號(hào)明名稱等記錄下來。

　　(2)取點(diǎn)功能。鼠標(biāo)點(diǎn)擊位置會(huì)顯示電平值和頻率，如果信號(hào)數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，那么鼠標(biāo)位置處會(huì)顯示信號(hào)的名稱。

　　(3)利用局域網(wǎng)把系統(tǒng)相關(guān)信息顯示在各個(gè)終端計(jì)算機(jī)中。

　　(4)記錄功能。能夠?qū)崿F(xiàn)定時(shí)記錄、記錄各種干擾和異常情況，并查看保存的頻譜圖，實(shí)現(xiàn)打印操作和數(shù)據(jù)傳輸、共享等。(5)通過電話線或是網(wǎng)絡(luò)等實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程連接，對(duì)頻譜儀進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

　　2頻譜分析儀的工作原理分析

　　2.1頻譜分析儀的種類

　　頻譜分析儀有很多種類，根據(jù)處理方法的不同可分為：數(shù)字式頻譜分析儀、模擬式頻譜分析儀、模擬/數(shù)字混合式頻譜分析儀。根據(jù)工作原理進(jìn)行分類可分為：非掃描式頻譜分析儀、掃頻調(diào)諧式頻譜分析儀等。根據(jù)發(fā)展歷史進(jìn)行分類可分為：傳統(tǒng)頻譜分析儀、快速傅立葉變換(FFT)頻譜分析儀。目前，使用最多的頻譜分析儀基本都是將外差式掃描技術(shù)結(jié)合FFT數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)進(jìn)行使用，前端部分使用外差式結(jié)構(gòu)，中頻部分使用數(shù)字結(jié)構(gòu)，中頻信號(hào)是由模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)進(jìn)行量化，利用微處理器或是專門的數(shù)字邏輯對(duì)輸出的信號(hào)進(jìn)行FFT運(yùn)算，最后將計(jì)算出的結(jié)果顯示在CRT上。該頻譜分析儀工作的原理框架如圖2所示。

　　2.2頻譜分析儀相關(guān)算法

　　通常使用博氏理論可以描述信號(hào)時(shí)域和頻域之間的關(guān)系，該原理包括傅立葉變換和傅立葉級(jí)數(shù)。傅立葉級(jí)數(shù)在周期信號(hào)變換頻域應(yīng)用，周期信號(hào)利用傅里葉級(jí)數(shù)實(shí)現(xiàn)變換，在頻域中處于離散狀態(tài)的譜線;非周期信號(hào)是用傅里葉變換，在頻域中呈現(xiàn)的是一條連續(xù)的譜線。頻譜分析儀是通過離散傅立葉變換而獲取頻域檢測(cè)的相關(guān)數(shù)據(jù)。由于利用DFT進(jìn)行計(jì)算比較繁瑣且速度慢，所以不能應(yīng)用在實(shí)際中。FFT是DFT算法中一種快速而有效的計(jì)算方法，而且它也具有DFT中的奇和偶、虛和實(shí)等特征，它是在離散傅里葉變換算法的基礎(chǔ)上改進(jìn)獲得的，在計(jì)算速度上比DFT具有很大的優(yōu)勢(shì)，比如可以將DFT計(jì)算出的次數(shù)約為N2(N是取樣數(shù))，F(xiàn)FT完成的計(jì)算次數(shù)是Nlog2N。所以，在頻譜分析儀中比較常用快速傅立葉變換(FFT)完成計(jì)算。對(duì)于頻帶有限的信號(hào)可以利用采樣的定律，對(duì)其進(jìn)行時(shí)域采樣，這樣也不會(huì)出現(xiàn)信息丟失情況，F(xiàn)FT變換就是可以對(duì)時(shí)間有限的信號(hào)實(shí)施頻域采樣，可防止信息丟失，而且FFT也可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)信號(hào)的頻譜分析。

　　3衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的頻譜分析儀應(yīng)用

　　3.1頻譜分析儀在衛(wèi)星通信中測(cè)試的方法

　　目前很多國(guó)際通信衛(wèi)星特別是商業(yè)衛(wèi)星都是使用上行/下行頻率是4/6GHz的C波段或是下行/上行頻率是12/14GHz的Ku波段，頻譜分析儀的頻率據(jù)測(cè)試在40～50GHz，該頻譜分析儀可以直接測(cè)量衛(wèi)星地球站射頻信號(hào)，或是測(cè)量射頻信號(hào)的下變頻。總之頻譜分析儀是開展衛(wèi)星地球站系統(tǒng)工作必須有的測(cè)試儀器。衛(wèi)星地球站使用頻譜分析儀進(jìn)行測(cè)試包含兩種方法：首先，就是把頻譜分析儀安放在LNB，然后利用頻譜分析儀檢測(cè)LNB接收的信號(hào)以及下變頻中的L波段信號(hào)，如果是無(wú)源的LNB，就需要和供電單元進(jìn)行連接實(shí)現(xiàn)供電;其次，在衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器前安裝頻譜分析儀，然后通過分路器將地球站獲取到的中頻信號(hào)分一路進(jìn)入頻譜分析儀完成測(cè)試。這兩種接收路徑就是衛(wèi)星地球站接收信號(hào)的方法，就是將頻點(diǎn)不同的信號(hào)利用頻譜進(jìn)行測(cè)試，從而得到想要的測(cè)試參數(shù)。這兩種方法的測(cè)試結(jié)構(gòu)如圖4所示。

　　3.2頻譜分析儀在衛(wèi)星通信中的應(yīng)用

　　(1)檢測(cè)轉(zhuǎn)發(fā)器頻率資源。檢測(cè)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的頻率資源可以更好了解轉(zhuǎn)發(fā)器和租星頻段所占用的資源情況，這些是衛(wèi)通中心完成頻段分配和劃分的基礎(chǔ)。在進(jìn)行測(cè)試時(shí)，根據(jù)LNB寬帶來調(diào)整衛(wèi)通接收機(jī)(ODU)的信號(hào)接收頻率，從而完成頻段的觀測(cè)。(2)在地球站進(jìn)行天線手動(dòng)對(duì)星時(shí)使用。關(guān)于衛(wèi)星地球站的自動(dòng)伺服設(shè)備，通常天線對(duì)星是通過接收特定極化方式的衛(wèi)星信標(biāo)，然后比對(duì)獲得的信標(biāo)電平值，之后就可以調(diào)整天線的俯視、方位、極化角度，該過程被稱為粗調(diào)衛(wèi)星天線。然后就可以利用頻譜分析儀來觀察對(duì)星情況，包括兩個(gè)步驟：一是合理調(diào)整衛(wèi)星方位和俯仰，之后在更大范圍內(nèi)觀測(cè)頻譜分析儀，直到接收最大的載波;二是調(diào)整地球站接收的頻率和信標(biāo)頻率，稍微調(diào)整天線的方位、俯仰、極化角度，使電平值是最大的，這樣才能完成天線和目標(biāo)衛(wèi)星的對(duì)接。(3)測(cè)試衛(wèi)星通信設(shè)備性能。頻譜分析儀能夠精確測(cè)量非調(diào)制和調(diào)制的各種信號(hào)頻率和功率。功率測(cè)試包括的內(nèi)容有：峰值功率、平均功率、功率的變換以及完成概率的統(tǒng)計(jì)等;頻率的測(cè)試內(nèi)容包括：頻帶寬度、中心頻率等。這些測(cè)試和最終分析結(jié)果是衛(wèi)星通信設(shè)備性能的直接體現(xiàn)。比如，調(diào)制解調(diào)器信號(hào)的分析質(zhì)量，頻譜分析儀要先解調(diào)信號(hào)，再合成標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)，然后通過比對(duì)獲得調(diào)制解調(diào)器相關(guān)的誤差值;測(cè)試LNA和LNB的互調(diào)、頻響、頻率等，可以判斷運(yùn)行設(shè)備的頻偏和性能等。

　　4結(jié)語(yǔ)

　　綜上所述，頻譜儀以前只是一個(gè)粗略掃描中頻頻譜的監(jiān)視器，隨著科技的不斷發(fā)展，目前頻譜分析儀是具有很高的分辨率、靈敏度、寬帶、高精度、動(dòng)態(tài)范圍大的儀器，而且它的功能也在不斷增強(qiáng)，在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越深入，主要功能是實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的信號(hào)檢測(cè)、頻率管理、設(shè)備性能分析等。

　　參考文獻(xiàn)

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　　[4]宋志強(qiáng).頻譜儀在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的應(yīng)用探討[J].信息通信,2012(5):180-181.

　　作者：韓中良 單位：中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所

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