卫星测试

关键词： 链路 测试 传输 光纤

卫星测试（精选九篇）

卫星测试 篇1

4 G LT E基站在中国电信移动通信网络中已经被大范围使用, 回程链路采用的都是千兆以太网光纤链路。在应急通信和抢险救灾应用中, 以及某些偏远地区, 往往不具备光纤传输条件, 能够使用的传输手段目前看只能是卫星通信。在过去的一年多, 中国电信进行了大量的测试证明, 4G/LTE基站可以通过卫星通信实现传输, 基站能够正常起站, 手机也能够正常加入网络。从测试结果分析, 发现当卫星信道在5Mb/s以下时, 业务下载速率能够达到信道传输速率 (接近5Mb/s) , 但是当卫星信道带宽大于5Mb/s后, 下载速率不但无法超过5Mb/s, 反而会出现下降的现象。在卫星传输普通Internet数据 (TCP/IP) 时, 使用良好的TCP加速设备在4G/LTE卫星传输中使用时没有效果。

2问题分析

2.1卫星信道对LTE传输带来的不利影响

目前, 通信卫星主要是采用同步轨道的卫星进行通信, 链路时延高达230~280ms, 会严重影响LT E 4 G基站传输效果。由于卫星信道属于误码率较高的信道, 也对LTE回传带来不利的影响。LTE协议定义的最大上行带宽为50Mb/s, 最大下行带宽为100Mb/s。对于有限的卫星传输信道而言, 带宽严重制约LTE的业务能力。

2.2 LTE接口的时延要求

LT E网络是一个纯数据通信网络, 包括Vo LT E业务也是属于数据业务, LTE业务对时延和抖动都非常敏感。LTE的控制面时延在协议中规定, 终端从空闲态到连接态的时延应控制在100ms以内。e N B至S-GW之间的S1接口时延为10 m s, e N B之间的X2接口时延为20ms。LTE不同的业务对时延的要求不一, 其中要求最高的实时游戏类业务的业务时延要求为50ms。

2.3原有卫星传输优化方式遇到的问题

LTE手机/终端发起的TCP业务 (上网浏览或者下载) 首先被封装到GTP协议内 (GPRS Tunneling Protocol) , 之后再封装成U DP/I P/Ether net的I P包进行传输。而普通的TCP加速设备检测到的是UDP包, 所以也就无法实现TCP协议加速。TCP传输是依靠端到端 (4G基站通过卫星通道到核心网) 实现协议握手的, 卫星传输时延很大, 所以造成了尽管卫星带宽较大, 但是下载速率无法达到预期效果。Modem的包头压缩是对外层U DP/I P/Ether net层的包头压缩;Modem的载荷压缩是将用户业务+GTP的整体作为“载荷”进行压缩, 压缩效果取决于实际业务的情况。

2.4 TCP协议在卫星传输中遇到的困难

TCP协议负责确保数据在设备之间进行端到端的可靠交付。从这个意义上说, 卫星链路对TCP/IP数据传输的影响主要体现在TCP层。TCP存在的慢启动、拥塞控制、数据重传机制, 要求反馈以确认数据接收成功。卫星信道的一些固有特性 (如较大延迟、较高比特差错率和带宽不对称等) 对通过卫星链路进行TCP协议传输造成了负面影响。

2.5卫星传输4G优化设备的解决方法

在卫星传输中, 可以引入4G优化设备, 该设备可以直接打开GTP层, 直接看到手机用户的Internet业务, 并对TCP传输数据进行优化, 采用的优化手段有:压缩、缓存、TCP优化。TCP优化的主要手段包括协议欺骗、慢启动机制优化、TCP进程分解和TCP窗口优化等。

2.5.1 IP数据压缩

4G优化设备可以打开U DP包, 对内容数据进行压缩。如果内容数据属于可压缩的文件, 例如文本文件, 通过压缩可以提高发送效率, 缺点是如果数据是加密数据, 则无法进行压缩。绝大部分Internet业务已经被压缩过了, 所以在此压缩的效果不明显, 但是对于未经压缩的Internet业务, 则可以实现一定的压缩。另外, 载荷压缩能够对GTP和用户业务包头 (TCP/IP) 实施一定程度额外的压缩。

2.5.2数据缓存

4G优化设备可以对内容数据进行缓存, 如果发送的数据仅对上一次发送的数据进行了细微改动, 通过内容数据缓存分析, 4G优化设备将仅发送改动数据的标签, 在对端4G优化设备进行数据合成, 将大大提高发送效率。此外, 4G优化设备可预先从热门网站上下载数据, 进行缓存, 一旦有用户需要访问这些网站时, 4G优化设备可直接从本地为用户提供数据, 提供信道效率。缺点是如果数据是加密数据, 则无法进行缓存。

2.5.3协议欺骗

在确认信息尚未到达时, 4G优化设备作为虚拟的目的节点向e Node B发送确认信息使得e Node B可以继续发送下一数据包, 同时4G优化设备对接收到的数据进行保存, 4G优化设备作为虚拟的e Node B向对端的4G优化设备发送数据, 如果数据丢失, 则重新发送, 直到数据发送成功收到对端4G优化设备的确认后, 才丢弃保存的数据。这样对e Node B可以减少确认信息的往返时延, 从而提高e Node B的发送速率。

2.5.4慢启动优化

在TCP协议中, 基本的TCP拥塞控制过程是在发送数据前期, 滑动窗口先使用慢启动策略, 在这个阶段, 每经过一个数据往返时间, 拥塞窗口增加一倍。但卫星信道的时延大造成往返时间长, 从而导致使用卫星传输时, TCP协议窗口慢启动时间很长, 大量浪费了卫星信道的有效带宽。通过对TCP初始滑动窗口及慢启动机制优化, 将提高发送速率。

2.5.5 TCP进程分解

4 G优化设备可以打开G T P层, 将手机用户与I n t e r n e t之间的单一T C P连接拆分成3个单独管理的TCP连接。通过4G优化设备, 每个单独的TCP进程都具有自己的本地进程管理和重传处理机制。而没有4G优化设备时, 整体是单个“端到端”的TCP连接, 这样处理的优势是消除了端到端的TCP重传, 减小了“延迟”, 增加了TCP吞度量。

2.5.6 TCP窗口优化

T C P的初始数据发送窗口大小是固定的, 和操作系统等因素相关, 如Windows XP操作系统的TCP初始数据发送窗口为16位, 即64kby te大小。如果对TCP窗口进行扩大, 根据计算公式最大吞吐率=最大TCP初始数据发送窗口/RTT, 假设4G数据在RT T相对固定的卫星信道上传输, TCP初始窗口大小的增大就可以提高TCP的最大吞吐率。

3 LTE 4G卫星信道优化传输测试

中国电信近期在上海刘行地球站开展LTE 4G卫星信道优化传输测试, 测试从位于市内的4G核心网设备通过地面线路传输到刘行地球站, 通过光到G E的转换设备将传输转换为以太网电口, 再接入到包含4G卫星传输优化设备的Modem链路中。

3.1测试项目

由于4G卫星传输优化设备具备“旁路”功能, 即当设备出现故障甚至关机的情况下, 能够保证以太网传输的旁路通过 (没有优化, 直接通过4G卫星传输优化设备, 相当于设备没有接入) 。所以测试时4G卫星传输优化设备一直接入, 通过对其进行关机和不同的配置, 在不同速率的卫星信道场景下, 进行PC通过4G上网卡接入4G基站, 访问Internet进行文件下载测试。

3.1.1卫星链路

本次测试对5Mb/s以下的速率没有考虑, 仅考虑5Mb/s以上的速率, 一共进行了3种速率的测试, 分别是:5Mb/s/5Mb/s对称信道;10Mb/s/10Mb/s对称信道;15M b/s/2M b/s非对称信道。

测试的卫星链路采用某公司的CDM625调制解调器, 未启用载波叠加和IP优化项 (包头压缩和载荷压缩) , 使用TPC 16QAM3/4编码方式。链路建立的时候, 调整发射功率, 确保两端的Eb/No都在9d B左右。其他测试设备见表1。

3.1.2测试终端和测试业务

测试终端使用一只4 G上网卡, 插到一台P C (Dell6420, Win7操作系统) 上, 4G上网卡通过测试基站上网。PC上运行File Zilla Client软件, 作为FTP客户端, 仍然接入上海电信用于下载测试的FTP服务器 (与测试手机使用的FTP服务器相同) 。

为了达到测试目的并节约测试时间, 认真遴选了不同的文件用于下载和上传:

⊙文件1:Adbe Rdr1100_zh_CN.exe, 文件大小:56, 671, 376Byte。这个文件是个不可压缩。

⊙文件2:t t t 2.av i文件, 文件大小57, 625, 532By te, 这个文件部分可压缩。

⊙文件3:fp.log, 文件大小20, 617, 071Byte, 这个文件高可压缩。

⊙文件4:escrime-final-france.bmp, 文件大小9, 288, 056Byte, 部分可压缩。

⊙文件5:dscpc-CIR.avi, 文件大小112.432128Byte, 部分可压缩。

测试时主要用文件1和文件2进行测试 (一个不可压缩, 一个部分可压缩) 。

3.1.3测试项目

在每种Modem速率下, 分别测试如下项目:

⊙优化设备关机时的下载和上传, 采用小文件。

⊙优化设备开机, 所有功能相都关闭。

⊙优化设备仅开启TCP优化。

⊙优化设备仅开启IP压缩。

⊙优化设备仅开启传输缓存。

⊙优化设备开启IP压缩和传输缓存。

⊙优化设备开启TCP优化、IP压缩和传输缓存。

测量方法:每次测量文件传输结束后, 通过F i l e Z i l l a的日志读取进程时间;通过多次观察验证, 得到结论:从优化设备上读取的WAN速率与Modem上的非常一致。为了少侵扰Modem的操作, 这里通过优化设备观测实际上星带宽的占用率。

3.2测试结果

使用FTP软件 (File Zilla) 从电信机房的文件服务器 (101.231.82.82) 下载不同文件, 测试下载速率, 测试结果如表2~表4所示。

注:在优化设备关闭测试时, 下载文件1需要近4分钟, 在得到大致效果后, 停止了下载测试。这里的时间是已经用的时间和尚需时间的和, 速率是实时速率乘以8后折算出的。

3.3测试结果分析

从测试结果来看, 使用4G优化设备是否, 对卫星传输速率影响较大。前期测试中出现的问题, 通过加入4G优化设备可以得到有效解决。具体分析有以下几点:

(1) TCP优化功能, 可以有效提高卫星带宽的利用率, 减少传输时长。

(2) 在IP数据压缩优化方面, 文件是否可以被压缩, 决定了IP数据优化能否取得理想的效果。对于不可压缩的文件, IP数据压缩基本没有效果。

(3) 测试结果表格中下载速率是“净载荷速率”, 比传输速率 (Modem设置速率) 要低些。原因是在净载荷基础上还有封装协议开销, 以及S1接口中的信令也会消耗掉一定的带宽。

(4) 在4G优化设备关机 (等同于没有加入优化设备, 纯Modem信道) 时, 当卫星信道低于5Mb/s时, FTP速率还可以随着信道的提高而提高。但是当Modem速率高于5Mb/s后, FTP速率到一定程度后会出现下降。通过在10M和15M是的下载表现可以看出这个结果, 这个结论与早期测试结果一致, 也有不一致之处:早期测试中, 只用Modem的测试中, 5Mb/s卫星信道能够获得到5Mb/s的FTP下载速率;但是这次, 5M的信道只获得2Mb/s的FTP下载速度, 这个原因应该是测试环境 (终端) 发生了变化, 不同的终端TCP窗口大小不一致, 造成的这个结果。

(5) 4G优化设备开机后, 即使所有优化项都关闭, 但是仍然可以看到一定程度加速 (与不开机相比) 。究其原因, 应该是设备可关闭的优化项中不包括TCP进程分解和TCP窗口大小这两项功能的关闭。所以, 设备会按照缺省的优化功能进行传输, 从而出现了一定程度的加速。

(6) 数据缓存功能对于被重复下载/浏览的文档/网页非常有效, 只要之前有人下载过, 那么再次下载就非常快, 也不占用任何传输带宽, 这一点对于信道优化非常有效。

(7) TCP优化功能和IP优化功能同时使用, 能够最大化地在Modem之前增加信道的传输效率;如果再伴以Modem优化技术 (高阶调制、IP包头压缩和载波叠加) , 那么系统的优化增益将更高。

(8) 本次测试条件所限, 最大信道设置到了15M b/s, 如果信道设置成为更大的数值, 传输速率将会进一步提升。

4结束语

通过测试分析可以发现, 使用4G优化设备可以有效提高LTE 4G基站卫星回传的信道利用率, 优化设备可以识别LTE S1接口的GTP协议层, 有效对GT P内的手机/终端TC P非压缩和非加密数据进行优化。该设备GTP/TCP优化功能能够实现多种TCP协议优化功能, 从而能够在卫星信道的长时延下仍然能够用足信道带宽。4G优化设备可以对上下行信道均实现优化, 配合卫星调制解调器原有的带宽压缩功能, 可以进一步提高LTE基站的数据在卫星信道的传输效率。

摘要：本文通过介绍前期中国电信在使用卫星信道回传LTE基站遇到的问题, 分析LTE基站的S1接口时延要求和协议栈结构, TCP/IP协议在卫星信道传输的特点, 提出在卫星传输链路中引入4G优化设备, 使用IP数据压缩、缓存及TCP加速等技术手段, 充分利用卫星信道带宽资源, 还分析了中国电信在上海卫星地面站开展的验证测试结果。

关键词：LTE,卫星,优化,测试

参考文献

[1]刘炯.TCP协议在卫星通信网络中的应用及发展[J].通信与计算技术, 2006, 4) :15-22

[2]许向阳, 曹倩.TCP/IP在卫星通信系统中的应用研究[J].农业网络信息, 2010, (7) :19-21

卫星测试 篇2

描述了环境减灾-1A、1B卫星供配电测试系统的设计与构建方法,系统采用一套设备完成了双星的测试任务,具有集成度、可靠性高等特点.文章首先介绍了HJ-1A、1B双星供配电测试系统的硬件架构,主要包括数字量采集与控制集成化措施,基于星地隔离与卫星安全的内部功能模块设计方法,以及作为自动化测试对测试设备统筹管理的远程控制功能实现方法;其次介绍了控制与采集软件的`结构与功能设计,以及软件设计过程中所采取的抗干扰措施;最后提出了供配电测试系统的设计原则,可为后续测试设备的设计提供理论与工程基础.

作 者：阎梅芝 李立 章雷 方博 YAN Meizhi LI Li ZHANG Lei FANG Bo 作者单位：航天东方红卫星有限公司,北京,100094刊 名：航天器工程 ISTIC英文刊名：SPACECRAFT ENGINEERING年，卷(期)：19(2)分类号：V416.8关键词：环境减灾-1A、1B 卫星 供配电 测试系统

卫星电视接收技术小测试参考答案 篇3

1、卫星电视信号频率分为C波段和Ku波段，其中C波段频率范围是3.4～4.2GHz，Ku波段频率范围是10.7～12.75GHz。

2、卫星电视信号分为线性和圆性两种极化方式。

3、我国的卫星电视频道是通过中星6B、鑫诺3号和亚太6号三个卫星传输的。

4、Ku波段信号一般用偏馈天线接收，C波段信号一般用正馈天线接收。

5、常用的C段高频头本振频率为5150MHz，Ku段单本振高频头本振频率为10.75或11.3GHz，Ku段双本振高频头，低本振频率为9.75GHz，高本振频率为10.6GHz 。

6、我国的直播卫星名称是中星9号,该星即将发射并定位于同步静止轨道的东 经，92.2度。

7、将信号从地面送到卫星上的地球站叫上行站，接收卫星信号的地球站叫下行站。

8、场强相同的情况下，接收机的接收门限越高，则要求高频头的增益越高，或者天线的口径越大。

二、选择题：（每题2分，共20分）

1、家用卫星接收系统中，高频头采用（ B ）

A、专用电源线供电

B、和中频信号共用同轴电缆供电C、不用电源

2、偏馈天线采有正装法时，其仰角应比实际计算的仰角（B）

A、大 B、一样 C、小

3、目前凤凰卫视在以下哪个卫星哪个波段中解密播出（ B ）

A、亚洲2号C波段 B、亚洲3S C波段

C、亚太6号Ku段

4、115.5°E的卫星是（ C）

A、亚洲2号 B、鑫诺2号C、中星6B

5、在赤道地区接收卫星电视信号时，其天线仰角是（A）

A、 90度 B、180度C、0度

6、高频头极化方式转换采用（C）开关

A、12VB、22kC、13/18V

7、一个DisEqc转换器最多可转换天线数量为（B）

A、2个 B、4个C、8个

8、当天线没对好卫星时，接收机将显示（C）

A、信号强度和品质均为零度

B、有一定的品质但信号强度为零

C、有一定的信号强度但品质为零

9、当采用一锅双星同时接收两个卫星信号时，以下最为合适的双星组合是（A ）

A、亚洲2号和亚洲3S B、亚洲2号和亚太6号

C、亚洲3S和亚太2R

10、在我国，目前个人收视卫星电视节目是（C ）

A、随意接收B、不能接收

C、有条件接收（即需要办一定的手续）

三、判断题：（每小题2分，共20分）

（ √ ）1、接收线极化信号时，高频头线极化不正确就一定收不到信号。

（ √ ）2、一般情况下，C段高频头比Ku段高频头体积大。

（ √ ）3、双极化高频头垂直极化部分电路损坏后，只要将极化角旋转90度仍可以用水平极化的部分的电路收到垂直极化信号。

（ √ ）4、同一颗卫星，用数字方式比用模拟方式能传输更多套的节目。

（ × ）5、现阶段卫星数字节目视频压缩方式是MPEG-1。

（ × ）6、一个高频头如果用17K来标明其温度噪声系数，那一定是Ku段高频头。

（ √ ）7、高频头简称LNB，卫星数字接收机称IRD。

（ √ ）8、正馈天线使用在C波段时的增益比使用在Ku波段时的增益低。

（× ）9、同洲3188C接收机在接收已知频率的信号时，一定要输入符号率。

（ √ ）10、卫星电视接收机在使用时，如果同轴电缆芯线与屏蔽线短路有可能损坏接收机。

四、简答题：（共25分）

1、什么叫极化频率复用技术？有什么优点？（8分）

答：使用分隔不同的极化或不同的频率，使信道中更多的容纳电视信号的技术称为极化、频率复用技术。其优点主要是提高极化和频率的利用率，增大信道传输能力。

2、C段和Ku段中f中频、f本、f下行关系如何？请用公式写出来（7分）

答：C波段 f_本-f_下行=f_中频

Ku波段f_下行-f_本=f_中频

3、目前我国村村通卫星直播平台用哪颗卫星进行？在什么频段？是加密的还是解密的？个体接收一般用多大口径的天线？（10分）

答：用的是亚太6号卫星（134°E），使用的是Ku波段，采用加密方式，个体接收一般用60～75cm口径天线即可。

五、看图答题：（共15分）

下图为一副地面卫星电视接收天线，请你说出天线的名称？接收什么波段的信号？图中用数字标出的各部分叫什么？作用是什么？

答：天线名称为双反射式多焦偏置或双反射式多曲面偏置天线。一般接收Ku波段信号。

①是多焦或多曲副反射面，作用为二次反射与聚焦信号。

②是高频头及其多焦支架，作用为接收信号。

卫星测试 篇4

关键词：导航卫星,有效载荷,在轨测试

0引言

卫星导航定位是利用人造卫星对地面、海洋、空中和空间的用户进行导航定位的技术, 用于此目的人造卫星称为导航卫星。

卫星导航定位实现了全球、全天候的定位, 所以它一经问世就得到了广泛的应用, 这又更加促进了这一领域的技术发展。自从第一批卫星导航定位系统建成以后, 又开发并建成了多个更先进的系统, 达到10 m级或更高的定位精度, 能精确到ns的授时精度。目前世界上已经投入运行的3个卫星定位导航系统包括:全球定位系统 (Global Positioning System, GPS) 、全球轨道导航卫星系统 (Global Navigation Satellite System, GLONASS) 和北斗卫星导航系统 (COMPASS) 。其中, GPS和GLONASS是全球卫星定位导航系统, COMPASS系统目前为区域定位导航系统。除此之外, 欧洲正在建设民用的全球导航卫星系统伽利略 (GALILEO) 系统, 目前, 伽利略系统已发射在轨试验卫星进行最后的试验验证阶段。

导航卫星自转移轨道进入轨道定点后需要对其进行一系列性能测试, 称为卫星的在轨测试。在轨测试可以检验经历了发射及太空环境飞行后卫星的性能是否满足任务书与最终用户要求。只有卫星在满足了所有设计指标后才可使导航定位系统正常工作, 使用户接收设备在服务区内正常接收导航信号, 并实现自主导航、定位与授时。因此进行周密的导航卫星在轨测试是检验导航卫星工作状态与性能的重要环节, 也是导航定位系统正常工作的先决条件。

1导航系统工作原理及导航卫星有效载荷

目前已投入运行的GPS和GLONASS 两个高精度全球定位卫星导航系统, 在工作原理、性能和系统的配置等方面都是相同和相似的, 仅在一些细节方面有差别 (如GPS 采用CDMA 工作方式, 而GLONASS 采用的是FDMA 方式等) , 至于欧洲的GEALILEO系统与正在建设的北斗系统, 都与GPS系统有很多相似的地方。因此本文主要以GPS卫星为例来探讨导航卫星有效载荷的在轨测试技术。

GPS系统靠用户同时接收4个卫星的编码信号, 测量这4颗星各自到用户之间距离, 并由解读卫星广播的导航电文得到卫星的位置, 通过接收机的定位解算实现定位 (3个距离测量球即可进行三维定位, 引入第4个测量数据用于消除用户钟差) 。这是典型的被动式定位。采用这种方式的卫星定位系统的卫星有效载荷主要包括以下各部分。

注入信号接收机。接收地面注入站发出的上行注入数据信号 (GPS为S频段) , 注入数据包括卫星的轨道参数和修正量、星座其他卫星的历书、卫星钟差修正量、电离层改正参数和卫星控制指令等, 接收机完成对信号的接收、解调、拆包和分类后送往星载数据处理单元。

星载数据处理单元。接收注入信号接收机送来的上行注入信息, 按照导航电文格式组成下行导航电文。

下行信号产生器。由导航卫星星上时钟进行频率综合, 形成系统的测距码, 电文数据码和下行载波。GPS系统采用粗、精2套测距码。为消除电离层影响, 下行载波有2个, 分别约为1 575.42 MHz和1 227.60 MHz。测距码和导航电文数据码按一定组合后调制在2个载波上下发。

高稳定时钟。因为导航系统大都是单向非应答式测距, 要求时钟精度非常高。GPS导航卫星上分别用2台铷钟 (稳定度10-12) 和2台铯钟 (稳定度10-13) 4∶1备份, 保证高可靠。此外, 将来还计划用能达10-15稳定度的氢钟, 以保证更小的卫星钟差。

L频段双频发射机采用固态放大器, 发射天线是由12个螺旋组成的天线阵, 波束宽度约300, 圆极化辐射。

综上所述, 导航卫星的有效载荷包括注入信号接收机、星载数据处理单元、下行信号产生器、高稳定时钟、发射机与天线系统。

2导航卫星有效载荷在轨测试设备组成

导航卫星有效载荷在轨测试是卫星入轨后, 最终用户使用前的性能测试, 因此性能测试项目应全面, 须考虑到用户对使用要求与技术指标最大程度地进行性能考核, 同时, 测试方法应确保卫星在轨的安全。

导航卫星有效载荷在轨测试利用地面系统设备与卫星建立星地链路进行测试, 地面测试系统地面站应由大口径抛物面天线、注入设备、接收设备、数据处理设备、时频设备和测试仪器等组成。

大口径抛物面天线。天线主要作用是接收导航卫星发射的下行导航信号, 同时也完成上行注入信号的发射任务, 由于导航卫星多为20 000 km的高轨道MEO卫星, 其空间距离远, 信号衰减大, 因此需要较大口径天线以提高接收信号的载噪比, 提高接收机的处理能力。

注入设备。注入设备的主要任务是按照注入的信号格式, 产生上行注入信息及控制指令信息, 完成对导航卫星的数据加载与控制。

接收设备。接收设备的主要任务是接收导航卫星发射的导航信号, 完成伪码捕获、跟踪、解扩解调, 精密伪距测量, 功率和多普勒频偏估计等所有接收功能。

数据处理设备。数据处理设备针对不同测试内容, 设定系统的工作参数, 产生上行注入信息, 并送往注入设备向卫星发射, 收集处理设备送回的数据信息和导航定位测量信息, 对数据进行分类处理, 完成对导航卫星在轨测试的数据分析, 结果评估与总体控制。

时频设备。时频设备配备高精度原子钟, 并产生在轨测试设备所需的各种时频信号, 保证系统的时间统一。

另外, 为进行卫星的有效覆盖范围等其他电性能测试, 地面测试系统还需具备一定的外场测试设备, 如外场站或移动设备等, 外场天线可采用抛物面的广角天线, 以适应导航卫星动态的要求。设备组成与系统连接图如图1所示。

3导航卫星有效载荷在轨测试内容与方法

3.1导航卫星接收与发射性能测试

发射与接收性能是衡量导航卫星性能的重要指标, 同时也是导航系统运营部门与最终用户最为关心的指标之一, 其测试主要包括:

① 导航卫星接收上行注入信号的灵敏度;

② 导航卫星发射导航信号EIRP值及其稳定度;

③ 导航卫星发射导航信号覆盖区。

导航卫星接收上行注入信号的灵敏度与发射导航信号EIRP值及其稳定度测试, 可利用在轨测试地面系统设备与导航卫星构成星地回路来进行。

进行灵敏度测试时, 地面系统注入设备向卫星发射含已知信息的注入信号, 数据处理设备应实时监测处理设备解调出的卫星导航电文与卫星注入信号接收机的锁定状态, 同时测试并记录接收误码率, 当出现地面接收终端设备无法正确解调造成误码率升高或发现卫星注入信号接收机已失锁时, 即为卫星注入信号接收机门限状态, 通过地面系统的发射EIRP值可推算出导航卫星的灵敏度。

灵敏度=EIRP地面-L-GR卫星。

式中, EIRP地面表示地面发射信号的有效全向辐射功率;L为空间链路损耗及其他损耗;GR卫星表示卫星天线接收增益。

进行发射导航信号EIRP值测试时, 由于目前导航系统均采用扩频传输体制, 因此卫星发射信号为扩频频谱, 通过简单的测量仪器已无法测量下行信号的功率, 采用地面系统接收设备通过估测C/N0的方法来推算卫星的EIRP值的方法较为可行。在轨测试站的接收设备对收到的中频信号A/D采样处理后, 估出信号的C/N0值, 然后再由公式计算得到卫星发射信号的EIRP值。稳定度可由长时间测量平滑处理后获得。

EIRP卫星=C/N0-G/T地面+L+K。

式中, C/N0为接收信号载噪比;G/T地面表示地面的接收增益与热噪声比值;L为空间链路损耗及其他损耗;K为波尔兹曼常数。

对导航卫星而言, 它的下行波束覆盖区是可以预测的, 但要获得真正的覆盖区数据, 必须要用地面接收设备对预测的边缘覆盖区的全方位进行测试。

导航卫星发射导航信号覆盖区的测试主要依靠外场站与移动测试设备进行, 通过利用外场站或移动测试设备测试卫星下行预测的边缘波束覆盖区的C/N0值, 将所有波束覆盖区边缘位置的C/N0数据进行换算与处理, 即可绘制出卫星波束覆盖区图。

3.2导航卫星信息处理性能测试

全球导航定位系统GPS、GLONASS和GALILEO等导航卫星上均带有信息处理功能, 信息处理的正确性与可靠性是导航系统完成精确定位与导航的重要保障, 其测试是在轨测试任务的重点, 主要包括:

① 导航卫星数据传输正确性;

② 导航卫星接收上行控制指令及处理正确性;

③ 导航卫星自主完好性功能。

星地数据传输正确性试验主要考核导航卫星有效载荷与地面设备的数据传输接口正确性和地面设备的数据注入, 接收处理及数据广播的正确性。

地面系统注入设备产生已知内容的注入信号, 通过大口径天线向卫星发射, 导航卫星通过对信号解调与重新编排, 向地面广播导航信号, 地面系统接收设备接收该导航信息, 从导航信息中获得数据, 与注入数据进行比对, 从而判断星地数据传输性能。

输出传输主要包括以下类型数据:

① 卫星星历参数、卫星钟差改正参数、电离层延迟改正参数、卫星健康信息及其他系统时间同步信息等;

② 卫星的历书数据;

③ 地面遥控操作指令信息、上行注入信息密钥、本系统差分及完好性快变信息。

上行控制指令及处理准确性测试是检验导航卫星接收地面系统上行控制指令的可靠性以及对上行控制指令的处理正确性。

地面系统通过注入设备向卫星发射注入控制指令, 地面系统接收设备接收卫星下行信号, 判断地面设备控制指令注入的正确性和可靠性。

上行控制指令主要包括以下类型控制指令:

① 卫星钟调整指令;

② 卫星钟切换;

③ 注入程序加载。

导航卫星自主完好性信息反映卫星自我完好性判断能力, 自主完好性功能测试的是检验卫星在异常情况下是否能及时正确的生成自主完好性信息, 并向地面系统发播

地面系统向导航卫星发射指令更改星上状态, 地面系统接收设备接收卫星发播的完好性监测信息, 判断是否真实反映卫星实际完好性能。

4结束语

通过介绍导航卫星有效载荷与其在轨测试设备组成, 简单分析了导航卫星在发射入轨后, 进行在轨测试的内容与方法, 由于目前成熟的全球导航定位系统GPS和GLONASS为国外技术, 而我国用于无源导航定位的卫星还是空白。因此, 只能通过现有的技术与国内外经验为基础, 对我国未来建立全球导航定位系统所需的导航卫星在轨测试技术进行前期的技术储备与探讨。

参考文献

[1]陈秀万, 方裕.伽利略导航卫星系统[M].北京:北京大学出版社, 2005:48-52.

[2]许其凤.GPS卫星导航与精密定位[M].北京:解放军出版社, 1989:299-301.

[3]徐福祥.卫星工程[M].北京:中国宇航出版社, 2004:214-215.

卫星测试 篇5

自动化测试系统在环境减灾-1A、1B卫星中的应用

在环境减灾-1A、1B(HJ-1A、1B)卫星的研制中,双星并行电性能综合测试是一个非常复杂和细致的过程,为此应用了卫星自动化测试系统,实现了测试信息的集中管理、测试数据的`综合利用和测试流程的自动化,提高了测试工作的效率和质量.文章介绍HJ-1A、1B双星并行自动化综合测试系统,主要阐述测试实时数据库、自动化测试控制台、参数自动化监视软件等.

作 者：葛建云 王建军 GE Jianyun WANG Jianjun 作者单位：航天东方红卫星有限公司,北京,100094刊 名：航天器工程 ISTIC英文刊名：SPACECRAFT ENGINEERING年，卷(期)：201019(2)分类号：V416.8关键词：环境减灾-1A、1B 卫星 自动化测试

卫星测试 篇6

关键词：卫星数据传输,平台化测试,射频测试,基带测试

0 引言

随着科学研究、国土勘测、情报搜集等需求的日益增加,星基遥感探测技术迅猛发展。其特点在于光谱分辨率和地面分辨率精度越来越高,数据率也将在现有的基础上急剧增加。例如某星载遥感设备的扫视范围为60km,地面像元的分辨率为lm×lm,按每像元10bit计,则信道的数据传送速率不低于4Gbit/s。

卫星数据传输系统的任务就是将卫星探测得到的遥感数据传回地面接收站,因此,在卫星研制过程中如何高效检测数据传输系统的各项功能、性能指标便成为一个非常实际的课题。

本文所论述的测试系统以全面检测某型号遥感卫星的数据传输系统的各项指标为基础,以建立满足国内星基遥感数传系统的通用测试平台为目标而确立的。

1 星基数据传输系统构成

尽管遥感卫星的数据传输系统种类繁多,但按照其功能均可分为设备,AOS系统与射频三个部分,如图1所示。其中设备系统接收来自遥感仪器的科学数据,对其进行压缩,并形成数据源包,这在CCSDS中定义为应用层;AOS子系统将各个源包数据进行多路复用处理,该层为数据链路层;射频子系统属于物理层,它接收并将基带信号调制为射频信号,建立星地数据通道,将科学数据传输至地面。

2 系统任务

高速遥感卫星数据传输地面自动化测试系统为充分、高效、全面测试星基数据传输系统指标而建立。星基数据传输系统性能指标可分为基带与射频两大部分,测试项目见表1所示。

对应星上数据传输系统的功能,地面测试系统必须自动且实时地将RF信号进行解调、信道译码、帧同步、解扰码、数据解压缩等信息处理过程,最终完成数据重建;自主监视星上数传系统射频指标参数;同时,该系统自动接收综合测试系统转发的星上产品遥测数据,对其状态进行全过程实时监视。结构原理见图2所示。

3 地面测试系统构建

根据测试任务,可以将整个地面测试系统划分为遥测数据判读子系统、射频自动化测试子系统及基带自动化测试子系统三部分,如图3所示。

其中遥测数据判读子系统由计算机及相应终端软件组成,完成星上数传分系统状态监视。射频自动化测试子系统由频谱分析仪,通用计数器,功率计等通用测试仪器及地面接收天线、控制计算机(含控制卡及控制软件)及相应的电缆等组成。完成星上数传分系统射频信号的质量检测及分析。基带自动化测试子系统由HDR接收机,AOS测试仪,解压缩器,数据服务平台(包括大容量存储介质及配套检测软件),图像快视设备等组成。

对发射功率、频率及频谱等射频指标测试,主要由射频测试子系统完成,其中相位不平衡度、幅度不平衡度测试由通用接收机HDR完成。对工作模式、数据格式、系统误码率、编码方式等基带信号的测试,主要由基带自动化测试子系统完成。

4 射频性能参数自动化测试系统

射频自动化测试系统是采用GPIB接口总线构建的虚拟仪器系统,建立图形化仪器面板,完成对各个射频测试仪器的控制、数据采集、处理和显示。该虚拟仪器系统由计算机通过GPIB电缆控制频谱仪、功率计、频率计等通用设备进行相关测试,频谱仪选用频率范围3Hz～26.5GHz,功率计选用频率范围10MHz～18GHz, 测试动态范围-70dBm～+20dBm,频率计选用dc～12.4GHz。其中该测试平台具有灵活的可扩展性、适用性及对相应指标自动化测试通用性。

测试软件是该虚拟仪器系统的核心,它将信号,仪器设备和信号连接关系的定义,抽象出一个与硬件无关的定义层,可以根据测试需要修改定义,互换测试设备,重组系统。射频自动化测试系统测试软件提供未调制载波测试子程序、已调频谱测试子程序、频率测试子程序及微波信号质量分析子程序,并提供长时间系统测试连续监测程序。测试程序具有良好的人机交互界面,存储、打印、处理、退出等操作方便。

根据以上要求各程序流程如图4所示。

5 基带自动化测试系统

基带自动化测试系统主要完成基带信号的接收、显示、处理、存储和事后分析,完成数传系统误码测试,辅助数据格式测试,信道编码测试,固态存储器测试以及数据压缩功能测试等内容。与射频指标进行并行测试不同的是,基带自动化测试采用串行测试流程,详见图5。

由图5可见,后一项功能的测试必须以前一项功能顺利测试为基础,因此构建高效、实时、自动化的基带测试系统,关键就在于地面测试系统具备准确、无误码的高速基带信号处理能力。

选用高速率通用接收机基带处理部分作为基带信号接调设备。

AOS测试仪满足CCSDS的高级在轨协议,它对接收机输出信号进行硬件实时解扰码、RS译码、硬件实时分路、分包等处理,恢复出压缩数据流,以检测数传信息在完整信道中处理和传输的正确性,检测CCSDS帧格式,辅助数据格式等预留数据采集接口,便于数据存储及采用软件方式进行信道实时误码率检测。

解压缩器完成对压缩数据流的实时解压缩处理,并将解压缩后的图像信息数据发送到图像快视设备,图像快视完成对解压缩器输出的多路图像数据进行快速显示,并可以通过多通道选择进行不同遥感设备通道选择。对图像进行初步、直观检测。

数据服务平台完成对AOS测试仪输出数据及解压缩器输出数据进行实时存储、转发、比对、事后分析。以检测数传信息在完整信道中处理和传输的正确性。同时数据服务平台保存试验数据,通过多次试验数据的集中比对,还可检测设备工作的稳定性,并且为设备可靠性论证提供数据。

以上各个设备均采用每秒可传输1Gbit数据的LVDS接口进行连接,并且采用16路并行传输方式,在实际工作过程中,按每路LVDS通道可传输400Mbps数据来计,该系统的测试带宽为6.4Gbps。基本可满足国内高速遥感卫星数据传输系统的测试要求。

6 结束语

本测试系统已经应用于某型号卫星数据传输系统的测试,并能够顺利完成各项指标的测试任务。一个功能完备,性能稳定的测试系统需要在测试实践的基础上不断进行完善,测试无止境,测试系统亦需优化创新。

参考文献

[1]Advanced Orbiting Systems,Networks and data Links:Audio,Video,and Still-image Communications Services[R].Consultative committeeof space data system,CCSDS-704.0-B-1,1992(9).

[2]Lossless data Compressioin[R].Consultative committee of space datasystem,CCSDS-121.0-B-1,1997(5).

[3]Lossless data Compression[R].Consultative committee of space datasystem,CCSDS-120.0-G-1,1997(5).

[4]Advanced Orbiting Systems,Networks and data Links:ArchitecturalSpecification[R].Consultative committee of space data system,CCS-DS-701.0-B-2,1992(9).

[5]耿立红.空间太阳望远镜高速数据传输系统[D].中国科学院博士研究生论文,中国科学院云南天文台,2001(9).

卫星测试 篇7

分布于我国的遥感卫星地面接收站的接收天线有多种形式,有4.5 m、6 m、7.3 m、12 m等,有固定式、机动式等。衡量一个站系统性能的好坏,关键的指标有:系统品质因素(通常称为G/T值)和系统误码特性(又称为Eb/N0曲线),同时该性能指标也可在日常维护中作为检测系统恶化的手段。一般测试方式,人工读取仪表的数据,通过公式计算得到数值,测试工作量大、重复。我们开发的测试系统基于测试原理和测试过程的基础上,通过控制管理计算机实现了自动化测试的过程,可大大节省测试维护工作。

1 系统测试原理

1.1 系统测试结构

图1给出了完成测试系统的组成框图,不同于文献[1]的构成,除了有相应的仪表如功率计、误码仪,还配有与系统匹配的调制器、变频器。

完成一项测试应有辅助的测试通道,它由调制器、上变频器等设备组成,相应的仪表有误码仪、功率计等,它们用一台测试通道工控机控制,该工控机控制测试通道各设备或仪表的参数,同时对误码仪等仪表的数据进行处理,返回给上级控制管理计算机。

控制管理计算机是测试系统的核心,不仅管理被测试系统,同时通过测试通道工控机对测试设备进行管理,各种测试的菜单及参数设置控制均在该计算机上实现,其测试内容包括:系统G/T值、系统误码特性、系统跟踪精度、系统驱动能力、系统指向精度、系统定向灵敏度等功能测试。

控制体系上,由测试通道工控机完成对测试通道及仪表的控制及管理,并与控制管理计算机进行信息互递。软件结构采用通用的C语言,运行速度快、易读,大量采用模块化结构,特别是一些通用的子程序,例如:射电源轨道计算、卫星轨道计算等,还有一些专用的计算程序,例如:跟踪精度、指向精度、系统G/T值和误码特性等计算方程。

1.2 系统G/T值测试

测试系统G/T值的基础是基于文献[2]所描述的射电星直接测试方法,射电源采用月亮或太阳,测量出天线分别对射电源和冷空的电平差,即Y因子,根据如下公式计算出G/T值:

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式中:Y=10(P1-P2)/10;S为太阳或月亮流量密度;K1、K2、K3为修正因子;λ为测试频率对应的波长。

自动测试过程如下:

a) 准备阶段。检查设备连接正常,且状态数据返回正常。

b) 进入G/T值测试菜单,见图2,选择“跟踪太阳/月亮”,计算出射电源的轨迹,按时间符合使得天线按轨迹对准射电源,修正轨迹,使接收信号为最大。

c) 参数设置。选择需要测试的频率。

d) 自动测试开始。此时在程序上可自动录取时间、仰角、功率计读数P1;录取值完成后,天线保持俯

仰角度不变,方位偏移10°,使天线对向冷空,记录功率计读数P2;录取B值完成后,保持方位角度不变,使天线俯仰至5°,录取此时的功率,记录功率计读数P3,得到测试仰角与5°仰角的功率差ΔP=P3-P2。

e) 根据公式计算G/T1,最终归算到5°仰角时G/T=G/T1-ΔP,测试完成后结果自动显示在界面上。

1.3 系统误码特性测试

系统误码特性是指当环路误码在10-7～10-3内,Eb/N0偏离理论值不超过2 dB。自动测试过程如下:

a) 人工检查设备连接是否正常,功率计输入端接滤波器,滤波器带宽为BW,一般情况带宽与最大码速率fb的关系为BW≈1.5fb。

b) 进入误码特性测试菜单,如图3所示。

c) 设置相关参数:如设置误码仪的输出码速率fb,解调器也工作在该码率,设置被测通道和测试通道的工作频率,设置解调器和调制器的编码方式。

d) 开始自动测试:设置调制器的衰减为最大,录取功率计的数值P2,该值为带内噪声功率;改变调制器的输出功率,判断误码仪的通信位数,一旦有通信位数,表示接收到的信号与发出的信号同步,则可查看误码仪统计的误码率;调整调制器的输出功率,使误码仪的误码率Pe=10-7时,录取功率计的数值P1,然后以步时0.5 dB降低输出功率,记录相应的误码率Pe和对应的功率计数值P2。

e) 根据公式计算相应的Eb/No值,并得到和理论值的差值。计算归一化信噪比公式为:

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2 测试系统的关键技术

2.1 射电源轨道

测试系统G/T值时,第1步应选择合适的计算射电源的轨道软件,在测试系统中,安装有轨道计算软件,在测试菜单中,出现简易的跟踪太阳/月亮的界面,如图4所示。为方便操作人员,选择射电源太阳或月亮,输入需要的开始时间,一般情况下打开该界面会自动出现当前时间,缺省配置跟踪时间为60 min。选择“轨道计算”,则会计算出轨道文件,选择开始跟踪后,可引导天线按轨迹对准射电源。

天线到达预报点后,进行方位或俯仰的偏置,可找到射电源最大值。在实际使用中,分别在不同的地方,该预报的轨道在方位上无偏差,在俯仰上有-0.6°～-0.9°的偏差。

2.2 参数设定

测试系统中有大量的参数设定,均已做到测试系统软件中,如G/T值测试中的关键参数在公式中各参数的选择。

1) 参数K1

参数K1定义为大气衰减修正系统,是频率、天线仰角和大气层的函数,与射电源无关,假定测量条件为晴朗天空且大气层为标准大气层,则K1的模型为:

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式中:A(f,θ)为在俯仰角θ时射电源辐射波通过大气层的衰减dB数。

例如,通过计算,6 m天线的接收系统,K1=1.022(当f=8 GHz时,仰角为29°);12 m天线的接收系统,K1=1.022(当f=8 GHz时,仰角为29°)。

2) 参数K2

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对于本系统,K2为以下多项表达式:

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式中:d为月亮角径,单位度;f为频率,单位GHz。

对于12 m天线接收系统,计算出的取值为5.24(当f=8 GHz)～6.07(当f=8.9 GHz)。

3) 参数S

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式中:

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F为月亮亮度系数;d为月亮角径,可通过查找得到。

在误码特性测试中,与文献[3]不同的是参数设定,由于涉及的设备量多,参数设置且要有对应性,如测试通道和被测通道的频率设置一样,解调器和调制器的编码方式一致,解调器和误码仪的码速率设置要一样。在测试系统软件中,为防止出现设置不一致的情况,做成联动设置。如设置通道频率时,同时设置测试通道和被测通道的频率;在设置编码方式时,同时设置解调器和调制器;在设置码速率时,同时设置解调器和误码仪的码速率。

2.3 测试系统的自动化设计

系统G/T值的测试,需外接功率计,选用Agilent公司E4418B,并配有一个E9300A的探头,由工控机得到功率计的数值。

系统误码仪的测试是选用Agilent公司81250A串行误码仪,由工控机进行二次开发,从界面上仅需输入码速率及相应的运行、停止和清空键即可,实现易操作的功能。

仪表与被测试系统的结合,仅需对仪表进行开发即可,但是对于测试系统误码特性时,将采用测试通道,测试通道的调制器、变频器与被测系统应能匹配,包括耦合器的特性,所以测试通道接入被测系统时,必须了解该被测试系统的电平配比,进行必要的计算,调整测试通道变频器的电平,才能接入被测试系统中。

测试通道设备的控制采用一台工控机进行控制,当系统接入测试通道后,由控制管理计算机调用测试菜单,测试通道工控机与控制管理计算机进行网络上的通信,对于仪表数据的选取,由工控机进行处理,这样减少了控制管理计算机与仪表、测试设备的接口连接,也满足了分散控制、集中管理的控制体系结构。

3 结束语

本测试系统的特点为:功能多,数据易保存功能;测试操作简易,可提高测试效率;与系统不冲突,具有扩展性。本测试系统已成功应用于某遥感卫星地面接收系统,并在不同地区的不同接收站中采用。对于任何地面接收站,系统G/T值和误码特性是检测系统的重要指标,也是平常进行维护的检测手段,采用本测试系统软件,自动化程度较高且操作简便。

参考文献

[1]张宝全.CBERS地面接收系统G/T值测量[J].遥测遥控,1999,20(1):28-34.

[2]周文亚,纪文硕,朱红.一种地面站自动测试系统[J].遥测遥控,2001,15(3):46-52.

卫星测试 篇8

Ku波段卫星通信网是于2005年开始建设,2006年建成并投入运营的。Ku波段卫星网的建设可以实现与C波段卫星网的互补,形成功能强大、可靠性更高的综合性民航专用卫星通信网络。此外,Ku波段卫星网可以为部分C波段卫星电路提供备份手段,还能够实现对卫星通信网络和设备的集中监控和管理,提高网络运行维护的有效性。更为重要的是,Ku波段卫星网可以实现部分C波段卫星网所没有的如视频会议等新的功能[1]。

Ku波段卫星网承载业务类型主要有话音通信业务、数据通信业务及视频传输业务。话音通信业务主要包括管制移交电话、程控交换机联网通信、点到点专用话音电路以及电话会议等。数据通信业务主要包括从低速率到中高速率的点到点、点到多点透明传输或带协议的传输电路,以及数据广播和组播等多种数据通信业务,并且能够支持非对称的数据传输业务。此外,其所承载的视频业务能够实现视频会议、可视电话以及气象云图等视频传输等功能。

2 Ku卫星通信站日常维护中的链路测试

在对ku波段卫星通信站设备进行业务接入之前,需要对ku设备机箱中的业务板卡进行测试,同时也需要对本地链路以及本地到业务接口对端之间的链路进行测试,确保入网的成功以及业务承载的顺利实施。由于Ku业务板卡中的高速数据板可以实现转报同步数据、转报异步数据的传输、以及甚高频、雷达信号等等的传输功能,这里,我们以高速数据板为例,分别对本地环回测试、远端环回测试的方法进行描述。

2.1 本地环回测试

进行本地环操作的主要目的是测试设备和数据卡之间的通信是否正常、接口子卡是否完好,以及数据卡与接口子卡的连接是否正常。本地环测试可通过两种方式进行:(1)网管软件操作;(2)本地维护人员通过按下高速数据板前按键的“Lloop”按钮,在该信道对应的接口上连接误码仪进行误码测试来实现的。这里要求误码率在10-7以下为测试成功。

本地环测试的示意图如图1。

2.2 远端环回测试

远端环测试同样通过三种方式进行:(1)网管软件操作。(2)本地维护人员通过按下高速数据板前按键的“Rloop”按钮,在该信道对应的接口上连接误码仪进行误码测试来实现的。(3)本地维护人员通过在信道接口上插入该接口类型所对应的环头,在该信道对应的对端接口上让远端维护人员连接误码仪进行误码测试来实现的。也可通过让对方在其信道接口上插入相应的环头,我们本地维护人员在该条线路对应的信道端口上连接误码仪进行测试。

进行第(1)、(2)种方式的远端环测试,本地误码仪所发送的数据将通过卫星送到通信对端,经过数据卡后被送回发送端,所以进行远端环的时候能够对除了远端数据卡子卡外的整个卫星电路进行诊断。而第三种远端环路测试方式不但可以测试整个卫星链路,同时可以测试本地的数据卡、接口子卡是否故障,也可以对远端设备的数据卡以及接口子卡进行测试,因而,在对远端环进行测试时,我们建议采用第三种测试方式。远端环示意图如图2所示。

在图2中,第(1)、(2)种远端环路测试方法所经路径为实线部分,而第(3)种远端环在实线基础上多经过了图2中的虚线部分,且插入了环头(虚线表示)。

3 Ku波段卫星通信网与C波段卫星通信网的区别

与C波段相比,Ku波段卫星通信网具有如下特点:(1)Ku波段卫星天线口径远小于C波段卫星天线,且具有波束窄的优点;(2)C波段卫星通信遭受地面微波等干扰源的同频干扰比较严重,而Ku波段的的抗地面电磁干扰能力强,大大地降低了对接收环境的要求;(3)Ku波段卫星通信的传输损耗较大,降雨对Ku波段卫星广播的影响也比较严重,其上下行信号降雨衰耗远大于C波段,暴雨情况下Ku波段上行或下行链路瞬间雨衰量可超过20dB,而C波段最大雨衰量不超过1dB。

4 减少降雨对于ku卫星通信信号衰减的方法

雨衰指当电波穿过降雨的区域时,雨滴会对电波产生吸收和散射,造成衰减。Ku波段雨衰影响大,因为Ku波段的波长2.5cm左右,比C波段接近于雨滴大小[2]。因此在降雨情况下,Ku波段卫星通信信号会急剧衰减,产生退极化作用,大大降低极化隔离度并产生降雨噪声,增加了天线的噪声温度。降雨引起的损耗与降雨的大小、以及穿过雨区的长度有关系。

为减少降雨对卫星通信信号所引起的衰减,可行的方法就是在降雨的时候提高系统的发射功率,补偿因为降雨导致的功率损耗。VSATPLUSII终端系统具有自行功率补偿的功能。Ku波段卫星终端设备VSATPLUSII系统通过持续不断的监视全网各站的信号电平,来实现自动功率补偿。若本地终端设备发现相对接收电平降低时,终端软件会自动增加中频输出功率,使射频输出功率提高从而达到对信号功率补偿的目的。

Ku波段卫星终端设备VSATPLUSII系统的上行功率控制功能是由MODEM实现,无需增加其他的硬件设施。可通过监控软件Nodeview打开ULPC键来实现上行功率控制功能。

5 日常维护中所遇到的故障及解决方法

5.1 故障1:

本地环无法测通,误码仪无接收数据或误码率较高故障分析及处理方法:(1)业务板卡可能故障。更换其他板卡重新测试;(2)接口子卡出现故障。更换子卡重新测试;(3)接口子卡的插入方向错误。检查子卡上编号0-20是否与板卡上0-20方向一致;(4)接口子卡插入松动。用螺丝固定子卡,重新测试。(5)背板插槽故障。更换背板;(6)网控配置该信道未配置成功,或网控与本地的交互出现问题。及时与网控联系重新配置该链路。(7)若改信道接入业务为雷达信号,为只接收或者只发送数据,则无法进行本地环测试。

5.2 故障2:

本地环测通,而远端环无法测通,误码仪无接收数据或误码率较高故障分析及处理方法:(1)首先确定对端本地环是否测通,排除对方板卡或子卡故障的可能;(2)检查MODEM板是否在线。若不在线,则查看同一接收天线下其他节点是否在线。若其他节点在线,而测试节点未在线,则测试节点机箱故障或MODEM板故障,需进行中频自环来进一步判断;(3)用Nodeview软件查看MAP图,核对测试链路的本端节点号及槽位号以及对端的节点号及槽位号是否与实际匹配;(4)网控配置该链路信息与本地掌握信息不符。需联系网控重新配置;(5)网控下线,本端无显示。则需等待网控线路正常后方可进行测试。

5.3 故障3:

本地相对接收电平值较高或信噪比较低故障分析及处理方法:(1)查看发射载波电平值的设定,均设置为0;(2)增加或减少中频衰减,使得相对接收电平在-3—+3dB之间,信噪比在11dB以上;(3)调整射频衰减或增益,以1dB为单元进行步进调整,每次调整需等待20分钟后查看结果,最终达到相对接收电平在-3—+3dB之间,信噪比在11dB以上。(4)与网控联系,发射调制波,重新进行功率标定。

6 结语

对于Ku波段卫星通信系统的测试与维护是一项长期积累的过程,需要维护人员在日常工作中不断地积累经验和方法。不但需要掌握Ku卫星通信网及终端设备的运行原理,还要了解业务板卡的功能、操作按键、安装方式等知识。只有在理论与实践相结合的基础上,才能更加有效、可靠的做好Ku卫星通信远端站的维护和保障工作。

参考文献

[1]中国民航Ku波段卫星系统配置资料手册.天航信民航通信网络公司.

卫星测试 篇9

AOCS是卫星的重要分系统,为了保证其达到设计指标要求,分系统必须在地面进行充分的试验验证和测试工作,半物理仿真试验即是其中之一。

目前,不同卫星型号由于功能的不同,配置的单机种类及数量各不相同,组合成的AOCS的硬件接口数量及种类也不同,完成试验需要的各种环境模拟设备等也各不相同;再考虑到卫星控制精度要求的不断提高和研制周期的不断缩短;这些都使得半物理仿真测试系统的通用化、实时性等方面有改进的需求。

针对这些需求,本文提出了一种通用化的硬件结构和软件设计思路,并采用VxWorks作为动力学仿真计算机的操作系统以提高仿真测试的实时性。

2、姿轨控通用化半物理仿真测试系统设计

2.1 测试系统的总体方案设计

在三轴稳定AOCS的半物理仿真测试系统中,针对卫星实体及外部空间环境的动态特性建立数学模型并在动力学仿真计算机上运行,然后与实际AOCS单机进行连接(尽量更多地使用真实单机可以使仿真测试结果更接近实际情况),此外还要求有相应的模拟生成姿态敏感单机测量环境的各种物理效应设备。

半物理仿真测试系统的构成示意图如图1所示(图1为闭环测试模式,因为闭环测试涉及到AOCS的各个部件,所以本文中以其为例进行测试系统的分析与设计),可以归纳为以下几个部分:动力学仿真系统(各种计算模型、数据及接口、卫星三维显示),综合测试设备(主要包括采集控制、电信号源及存储显示三部分),模拟器控制,卫星环境模拟器(包括转台、红外地球模拟器、太阳模拟器及星模拟器等),星上实物系统(星载姿轨控计算机、姿态敏感器及执行机构等)。

半物理仿真闭环测试过程如下:首先,动力学仿真计算机通过软件模拟空间环境和卫星动力学控制规律,给出初始姿态和轨道信号,这些信号通过模拟器控制计算机进行协议转换并传输至各种环境模拟器或者直接控制敏感器电信号源输出;星载姿态敏感器感应到卫星环境模拟器或电信号源的相应变化后产生对应的姿态及轨道信息,并输出至星载姿轨控计算机;星载姿轨控计算机按照控制规律计算出相应的控制信号输出给星载执行机构或执行机构模拟器;执行机构的各种变化量再通过测试口或角度传感器反馈给动力学仿真计算机;动力学仿真计算机接收执行机构送来的反馈信号,进行分析和计算,计算出作用在卫星上的力和力矩,进行动力学转移计算,计算出新的姿态及轨道信号,然后再发送出这些信号;这样循环往复,形成闭合回路。

图1中的综合测试设备主要用于仿真测试过程中的单机供配电、各种指令发送、测试流程控制、敏感器电信号源、试验数据实时采集记录、并进行必要的在线或离线的数据显示和管理等。

2.2 测试系统的硬件与结构设计

在测试系统设计初期,就按照通用化、小型化的要求进行硬件和结构设计。主要有以下几个方面:

(1)为实现测试系统内各部分在结构上能方便地进行组合或拆分,兼顾部分工业货架产品的安装,在综合测试设备的硬件结构设计时,采用19in的标准机柜作为主体结构,所有设备都选用标准尺寸的机箱——机箱宽度为1 9 i n,高度为U的整数倍(1 U=4 4.45mm)。测试机柜在进行加固后可以进行短途或长途整机运输,满足移动性要求;

(2)将测试系统的功能划分为几类功能模块来分别实现,如可以将动力学实时运算有关的功能(主要有敏感器电信号源控制、执行机构反馈信号采集等)划分为一类,由动力学仿真软件直接操作。具体功能模块的实现上,在满足需求的情况下尽量选用标准设备和标准板卡,针对AOCS的特殊接口和需求,按照PXI总线的接口规范自制板卡。在实际应用中,根据不同卫星的AOCS的测试需求将各种测试功能模块进行组合或拆分,可以方便的构建不同的测试系统,满足不同状态下的测试需求;

(3)根据目前的测试技术发展,为满足测试数据的吞吐量及可维修性要求,测试系统的硬件设计基于PXI总线。在PXI总线系统中,仪器、设备或嵌入式计算机均以PXI总线插卡的形式出现,在升级或维修时只需更换个别的PXI总线模块而无须更换整个系统。在测试系统中,动力学仿真计算机及综合测试设备中的采集控制计算机都使用PXI总线结构;其它计算机由于外部接口都为网络接口,考虑成本,使用PCI工控机完成。

(4)为满足测试系统的通用性需求,测试机柜中的测试结构采用“采集控制计算机→调理机箱→通用外部接口”的方式完成。采集控制计算机如上文所述采用PXI体系架构;调理机箱采用“欧卡”结构,完成信号调理的同时也利用机箱前后面板对应的走线将采集控制计算机与通用外部接口连接起来;采集制计算机中选用的板卡、调理机箱中的调理板卡以及相应的连接电缆形成了一一对应的关系,测试系统在升级改造时只需要将相应的模块进行整体替换就可以完成。另外,测试机柜使用标准的对外硬件接口(包括信号接点、种类等),综合考虑目前各型号AOCS的测试接口数量及种类,按照最大化进行设计。

通过以上的硬件以及结构设计,测试系统在最重要的综合测试设备部分通过对信号的归一化统计,使用通用板卡或自制部分板卡来构成系统,并采用通用的对外接口,相对以往的设计方式简化并统一了测试接口,而且保证了整个测试系统具备良好的可维修性,在现有的技术基础上达到了硬件集成化、通用化及小型化的目标。

2.3 测试系统软件设计

根据仿真测试系统仿真实时性、常规数据采集控制及用户显示等要求,可将软件需求分为三类。

(1)第一类软件为强实时软件。动力学仿真计算机上的软件就是此类型的软件。它主要完成各种模型解算(包括坐标系及转换模型,卫星动力学模型、卫星运动学模型等)、硬件I/O端口的读写以及其它资源访问操作等;

为了尽可能逼近真实情况,半物理仿真平台对实时性要求非常严格,动力学仿真软件的仿真周期一般为几个毫秒,要求操作系统能实现确定的实时线程调度;另外,还希望在半物理仿真阶段能直接复用全数学仿真中利用Matlab的Simulink仿真工具生成的各种控制模型。

(2)第二类软件为与硬件接口较多、需要进行大量硬件接口操作并进行初期数字滤波的软件。综合测试设备中采集控制主机上的软件就是此类型的软件,它主要完成各种板卡的读写操作,周期一般为几百毫秒。

(3)第三类软件为服务平台软件,需要完成非实时要求的指令的发控、数据的存储及显示等功能,要求该类软件可以适应不同卫星的测试项目及内容的需要,并提供优异的TCP/IP网络通讯能力及对其它工具软件的调用功能。

针对以上三种类型的软件需求,经过对各种开发平台进行比较筛选,最终选用如下方案进行测试软件的开发及实现。

2.3.1 强实时类型的软件(动力学仿真软件)的实现

使用Tornado+VxWorks及Matlab/Simulink中的RTW工具进行软件的开发。动力学仿真计算机的上位机运行M A T L A B和V x W o r k s集成开发环境T o r n a d o;动力学仿真计算机上运行VxWorks实时操作系统;两者通过网络方式连接,采用TCP/IP协议进行通信。在VxWorks中开发动力学仿真计算机中相关硬件的驱动,并将该部分驱动封装至Simulink中,并与卫星动力学模型进行链接、编译及调试,然后利用RTW将Simulink中最终生成的卫星动力学模型及接口程序编译成可在Vx Works操作系统中运行的实时目标代码(模型名.lo),通过Tornado开发环境将代码下载至动力学仿真计算机中运行。目标代码运行时采用RTW的外部模式,仿真过程中仿真数据通过网络及时传送至数据库服务器。仿真应用软件开发完成后,VxWorks可以脱离Tornado独立运行,实现半物理仿真的功能。

2.3.2 采集控制软件的实现

在Windows操作系统上采用LabVIEW平台进行软件的开发。LabVIEW是NI公司开发的一种高效、强大的图形化编程语言,提供了众多功能强大的工具包和函数,其内置的高精度定时和同步函数能够满足实时性的要求。在采集控制软件设计过程中使用LabVIEW面向对象技术开发上层架构,使得该软件在经过少量的适应性修改后即可以满足不同卫星测试的需求,具有很好的易维护性、易扩展性。

2.3.3 服务平台软件的实现

在Windows操作系统上采用C#平台进行软件的开发。服务平台软件采用分层结构设计,分为数据层、逻辑处理层以及用户界面层。鉴于仿真测试需要采集、解析多种类型数据,采用设计模式中的简单工厂模式,以满足不同需求,并减少代码中分支,提高软件执行效率。另外,在服务平台软件的设计过程中,将AOCS的测试项目及内容生成配置文件,软件可以直接调用相应的配置文件来完成操作界面的生成及配置。这样对于不同的卫星只需生成相应的配置文件即可,软件不用进行很大的改动。

3、试验验证

仿真测试系统研制完成后,按照图1将测试系统与AOCS通过测试电缆进行连接,构建AOCS半物理仿真平台。半物理仿真测试时采取卫星模拟飞行流程,在同一坐标系下将卫星姿态的动力学数据、卫星遥测以及全数学仿真数据进行对比,来验证测试系统的功能。半物理仿真试验的结果表明该仿真平台完全满足工程应用要求。

4、结语

本文中应用自动化测试技术、实时系统技术完成了AOCS半物理仿真通用化测试系统的设计,不仅节省了研制时间,还提高了测试效率。而且,通过试验证明,该测试系统不仅可以完成AOCS接口测试、开环测试及闭环测试等多种功能及性能测试,而且具备统一的硬件和软件接口,针对不同的卫星,只需要增减部分功能模块及外部电缆并加载不同的配置文件即可进行半物理仿真测试,达到了构建通用化半物理仿真测试系统的目的。

摘要：半物理仿真试验是卫星姿轨控分系统的一项重要试验。针对不同卫星型号姿轨控分系统半物理仿真试验的测试需求,文中提出了一种通用化的测试系统设计方案,不仅能实现姿轨控分系统的通用化测试需求,还改进了以前测试系统存在的不足之处,对后续的测试系统的研制具有指导意义。