微波载荷卫星内高灵敏接收设备天线带内干扰源确定方法与流程

本发明涉及一种整星电磁兼容试验中的一种试验项目和方法，特别是微波载荷卫星内高灵敏接收设备天线带内干扰源确定方法，属于电磁兼容技术领域。

背景技术：

现代海洋动力环境卫星和高分辨率SAR载荷卫星均为微波遥感卫星，此类卫星主要任务是利用微波载荷获取地球表面特征，包括海面风场、海浪、海流、海面温度、海上风暴和潮汐等，在海洋监视监测、灾害监测与评估、国土测绘与城市发展规划、农业、林业、地质、水文等方面有着广泛应用前景，为得到高精度的遥感数据，星上通常装载许多较高灵敏的微波载荷设备，除了在卫星设计研制过程中需要重点考虑对这些高灵敏度载荷设备的保护，还需要为卫星总装电测阶段的系统级电磁兼容试验设计出合理有效的试验项目，来验证卫星系统内的自兼容情况，由于卫星系统研制进度紧凑、系统电磁兼容试验涉及的分系统设备众多，设计一种能够快速定位干扰源的位置及工况的测试方法，提高试验效率和试验效果，才能够有效保证整星研制进度，提高系统可靠性。

实际情况中，在卫星研制总装阶段，通常会安排整星电磁兼容试验来验证卫星各分系统间的电磁兼容性及安全余量。而传统的整星电磁兼容试验中，经常将卫星的电测程序设置成卫星在轨模飞工作状态，然后监测各分系统及设备的正常工作与否，从而验证系统内部电磁兼容性。在这种情况下，一旦发现受扰现象，研制单位需要耗费大量人力、物力来组织故障排查工作，而且星上分系统间关系复杂、互相联系，更延长卫星系统的电测时间来寻找干扰源，将不可避免地影响整星研制进度。尤其针对星上有多个高灵敏接收的微波载荷卫星，而微波遥感卫星上装载的射频设备灵敏度高且数目众多，不同分系统间极易发生电磁干扰，更加加深干扰源定位的难度，如果无明确目的地排查目标，效率更低。

技术实现要素：

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种微波载荷卫星内高灵敏接收设备天线带内干扰源确定方法，快速准确定位出干扰源的位置、干扰工况以及干扰程度，从而解决卫星系统内电磁干扰问题，达到直接提高系统电磁兼容试验效率的目的。

本发明的技术解决方案是：微波载荷卫星内高灵敏接收设备天线带内干扰源确定方法，所述高灵敏接收设备为接收灵敏度为优于-100dBm的接收设备，该方法包括如下步骤：

(1)、将整个微波载荷卫星置于标准屏蔽暗室环境中，将标准屏蔽暗室地面和微波载荷卫星支架上铺满吸波材料，避免干扰信号经微波载荷卫星星体周围环境中物体反射后进入灵敏接收设备天线；

(2)、确定微波载荷卫星内以高灵敏接收设备天线为接收方的潜在干扰对；

(3)、计算步骤(2)所确定的每一个潜在电磁干扰对的干扰余量，将干扰余量大于预设门限的潜在电磁干扰对的干扰源确定为潜在干扰源，进入步骤(4)；

(4)、按照微波载荷卫星星上实际应用状态，连接高灵敏接收设备及其相应的天线，并将其加电，使之处于工作状态；

(5)、按照干扰余量从小到大的顺序依次加载潜在干扰源，并监测加载潜在干扰源之后高灵敏接收设备的工作状态；当高灵敏接收设备工作状态不正常时，认为最新加电的潜在干扰源对高灵敏接收设备造成干扰，记录该干扰源及干扰现象，之后关闭该干扰源再加载新的潜在干扰源，否则，则无需关闭该干扰源，直接加载新的潜在干扰源，直至步骤(3)中所确定的所有潜在干扰源均加载完，确定高灵敏接收设备天线带内干扰源。

所述步骤(4)同时还采用相同增益、相同指向的天线置于靠近高灵敏接收机天线的位置，所述天线连接到电磁干扰监测设备的射频输入端，用于对高灵敏接收机天线带内频谱进行监测；所述步骤(5)同时监测电磁干扰监测设备测试得到的高灵敏接收机天线带内频谱，观察噪声电平，记录噪声电平超过高灵敏接收机的接收灵敏度的量值，同时得到高灵敏接收设备天线带内干扰源对高灵敏接收设备的干扰强度。

所述步骤(4)采用相同增益、相同指向的天线置于高灵敏接收设备天线的位置，替换高灵敏接收设备，所述天线连接到电磁干扰监测设备的射频输入端，对天线带内频谱噪声电平进行监测；

所述步骤(5)按照干扰余量从小到大的顺序加载潜在干扰源，并监测电磁干扰监测设备测试得到的高灵敏接收设备天线带内频谱，观察噪声电平，当噪声电平超过高灵敏接收设备灵敏度时，认为最近加电的潜在干扰源对高灵敏接收设备造成干扰，记录该干扰源，之后关闭该干扰源，加载新的潜在干扰源，否则，则无需关闭该干扰源，直接加载新的潜在干扰源，直至步骤(3)中所确定的所有干扰源均加载完，确定高灵敏接收设备天线带内干扰源。

所述标准屏蔽暗室针对频率范围的1～18GHz的信号，屏蔽效能至少应达到：80dB，同时针对频率范围的1～1000MHz的信号，屏蔽效能至少应达到：90dB。

所述潜在干扰对为构成干扰的收发两个设备，高灵敏接收设备作为接收设备，当发射设备的发射信号基波、谐波、分谐波、杂波落入高灵敏接收设备的主通带与镜像通带内时，则该发射设备与高灵敏接收设备构成潜在干扰对。

所述潜在电磁干扰对两设备之间包含两种类型干扰，分别为天线间耦合干扰和壳体泄漏干扰，步骤(3)分别计算潜在干扰对两种类型干扰的干扰余量，取两者最大值作为电磁干扰对的干扰余量。

所述天线间耦合类型干扰的干扰余量IM采用下列公式计算：

IM＝P(f_E)-L_CE1-L_t-L_tr-L_r-P_R(f_R)

式中，

P(f_E)为发射设备发射信号的中心频点f_E对应的功率；

L_CE1为发射设备发射信号在接收设备中心频点处的功率相对于发射信号中心频点处功率的衰减量，单位dB。

L_t为发射设备与发射天线之间在接收设备中心频点处对应的馈线损耗，单位dB；

L_tr为收发设备天线间的隔离度，单位dB；

L_r为接收设备与接收设备天线之间在接收设备中心频点处对应的馈线损耗单位dB；

P_R(f_R)为在响应频率为f_R时，接收设备敏感度阈值，单位dBm，f_R为接收设备的中心频率。

所述壳体泄漏类型干扰的干扰余量IM采用下列公式计算：

IM＝E₁-20log(R)+20log(λ)+20log(G_R)-127-I_space-P_R(f_R)

式中，E₁为潜在干扰对中的发射设备的无意辐射发射场强，单位dBuV/m；

R为潜在干扰对中的发射设备距离潜在干扰对中的接收设备敏感接收天线间的距离，单位m；

λ为潜在干扰对中的接收设备接收工作频率对应的信号波长，单位m；

G_R为潜在干扰对中的接收设备接收天线的增益，单位dB；

I_space为干扰设备与天线之间卫星结构引起的屏蔽度，单位dB；

P_R(f_R)为在响应频率为f_R时的接收设备敏感度阈值，单位dBm；

f_R为接收设备的中心频率。

所述吸波材料的吸波特性不小于30dB。

所述预设的门限为-3dB～0dB。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)、本发明通过提前对卫星射频电磁兼容分析，确认出系统内潜在干扰对，再从潜在干扰对的电磁干扰余量的计算结果实现对干扰工况、干扰程度以及潜在干扰路径的预测，可以在故障发生的第一时间快速定位干扰设备及工况确认，有利于及时制定电磁兼容整改措施；

(2)、本发明采用地面天线和电磁干扰监测设备同步监测高灵敏接收设备天线带内频谱作为辅助手段，通过实时观察敏感接收带内的噪声变化，快速确定干扰程度；

(3)、本发明采用地面天线和电磁干扰监测设备直接替换高灵敏接收设备，可以提前预测整星其它设备对它产生的影响；这样可以有效地指导其他设备的EMC设计和控制工作，避免错过设计修改的时机。

(4)、本发明选择标准屏蔽暗室进行测试，并对暗室进行场地改造，在卫星周围场地以及卫星的支架上满铺高性能吸波材料，以减小多径干扰带来的测试误差对测试系统的影响，提高测试准确度。

(5)、本发明采用地面天线和电磁干扰监测设备对高灵敏接收设备的受扰状态进行监测，避免遥感数据判读延时带来排查不及时。

附图说明

图1为本发明微波载荷卫星内高灵敏接收设备天线带内干扰源确定方法流程图；

图2为本发明实施例高灵敏接收天线带内噪声测试布置示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：

微波载荷内部包含多个星载设备，包括测控设备、数传设备和高灵敏度导航接收机等，有的具备发射功能，有的具备接收功能。其中，高灵敏接收设备特别敏感，极易受到发射设备的干扰，特别是接收灵敏度为优于-100dBm的接收设备(比如高灵敏度导航接收机的灵敏度指标达到-130dBm)。因此需要对这些设备的天线带内噪声进行分析和测试确定其带内干扰源，从而更好地保护这些设备不受外界干扰。

如图1所示，本发明提供了一种微波载荷卫星内高灵敏接收设备天线带内干扰源确定方法，该方法包括如下步骤：

(1)、将整个微波载荷卫星置于标准屏蔽暗室环境中，将标准屏蔽暗室和微波载荷卫星支架上铺满吸波材料，避免干扰信号经微波载荷卫星星体周围环境中物体反射后进入灵敏接收设备天线；所述标准屏蔽暗室针对频率范围的1～18GHz的信号，屏蔽效能至少应达到：80dB；同时针对频率范围的1～1000MHz的信号，屏蔽效能至少应达到：90dB。

如果标准屏蔽暗室为半电波屏蔽暗室的话，至少要在距离卫星4m范围内的地面满铺吸波材料，在卫星的支架上满铺吸波材料，所述吸波材料的吸波特性不小于30dB；

(2)、确定微波载荷卫星内以高灵敏接收设备天线为接收方的潜在干扰对；所述潜在干扰对为构成干扰的收发两个设备，高灵敏接收设备作为接收设备，当发射设备的发射信号基波、谐波、分谐波、杂波落入高灵敏接收设备的主通带与镜像通带内时，则该发射设备与高灵敏接收设备构成潜在干扰对。

(3)、计算步骤(2)所确定的每一个潜在电磁干扰对的干扰余量，将干扰余量大于预设门限潜在电磁干扰对的干扰源确定为潜在干扰源，所述干扰源可能某个设备，也可能是某个设备的其中一种工作模式，可以将其列入潜在干扰源列表，为后期干扰源定位作为依据，进入步骤(4)；

所述预设门限取值范围0dB，考虑到计算干扰余量用到的测试数据存在测试误差，而航天器系统EMC试验的目的是要充分暴露潜在的问题，为了充分暴露问题，在实际应用中，通常取偏低的门限值，如-3dB。

所述潜在电磁干扰对两设备之间包含两种类型干扰，分别为天线间耦合干扰和壳体泄漏干扰。其中：

(3.1)、天线间耦合类型干扰的干扰余量IM采用下列公式计算：

IM＝P(f_E)-L_CE1-L_t-L_tr-L_r-P_R(f_R)

式中：

P(f_E)为发射设备发射信号的中心频点f_E对应的功率；属于单机设备的设计指标之一，可取测试值或者设计值。

L_CE1为发射设备发射信号在接收设备中心频点处的功率相对于发射信号中心频点处功率的衰减量，单位：dB。可以采用国军标GJB151A中关于发射机是否满足CE106要求的测试方法测试得到。所述CE106是指在标准GJB151A“军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求”下的“射频端口传导发射”测试项目，它提供的发射机射频端口的带外杂波抑制情况，可以得到发射谱相对主谱的衰减值。

L_t为发射设备与发射天线之间在接收设备中心频点处对应的馈线损耗，单位：dB；属于单机设备的设计指标之一，可取测试值或者设计值。

L_tr为收发设备天线间的隔离度，单位dB，可以采用矢量网络分析仪测试得到，因测试场地反射影响应充分考虑其测试误差校正，干扰余量分析时应采用耦合度最坏情况，在没有实测结果的情况下也可使用仿真计算结果。

L_r为接收设备与接收设备天线之间在接收设备中心频点处对应的馈线损耗单位：dB，属于单机设备的设计指标之一，可取测试值或者设计值。

P_R(f_R)为在响应频率为f_R时，接收设备敏感度阈值，单位：dBm，通过测试得到；

f_R为接收设备的中心频率。

(3.2)、壳体泄漏类型干扰的干扰余量IM采用下列公式计算：

IM＝E₁-20log(R)+20log(λ)+20log(G_R)-127-I_space-P_R(f_R)

式中：

E₁为潜在干扰对中的发射设备的无意辐射发射场强，单位：dBuV/m；可以采用国军标GJB151A中关于发射机是否满足RE102要求的测试方法得到。所述RE102是指在标准GJB151A“军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求”下的“电场辐射发射”测试项目，它提供设备壳体和互连电缆的辐射发射，可以得到接收天线前端电场强度的估值，可以得到距离设备1米处的空间电场强度。

R为潜在干扰对中的发射设备距离潜在干扰对中的接收设备敏感接收天线间的距离，单位：m。

λ为潜在干扰对中的接收设备接收信号波长，单位m，采用光速除以接收设备接收信号的工作频率计算得到。

G_R为潜在干扰对中的接收设备接收天线的增益，单位dB，属于单机设备的设计指标之一，可取测试值或者设计值。

I_space为干扰设备与天线之间卫星结构引起的屏蔽度，单位dB，属于单机设备的设计指标之一，可取测试值或者设计值。

P_R(f_R)为在响应频率为f_R时的接收设备敏感度阈值，单位dBm，通过单机性能测试得到。

f_R为接收设备的中心频率。

潜在电磁干扰对的干扰余量取上述两种类型干扰的干扰余量的最大值。

(4)、按照微波载荷卫星星上实际应用状态，连接高灵敏接收设备及其相应的天线，并将其加电，使之处于工作状态；星上被检测的高敏感接收设备安装布局、天线布局、线缆选型、线缆走向等应与星上实际状况一致。

(5)、按照干扰余量从小到大的顺序依次加载潜在干扰源，并通过卫星的遥测参数、遥感数据及地面监测设备，监测加载潜在干扰源之后高灵敏接收设备的工作状态；当高灵敏接收设备工作状态不正常时，如出现遥测状态异常、遥感数据异常或者地面监测设备参数异常时，认为最新加电的潜在干扰源对高灵敏接收设备造成干扰，记录该干扰源，即记录详细干扰模式和超标量值，之后关闭该干扰源再加载新的潜在干扰源，否则，则无需关闭该干扰源，直接加载新的潜在干扰源，直至步骤(3)中所确定的所有潜在干扰源均加载完，确定高灵敏接收设备天线带内干扰源。

为了进一步得到对高灵敏接收设备天线带内干扰源对高灵敏接收设备的干扰程度，所述步骤(4)同时还采用相同增益、相同指向的天线置于靠近高灵敏接收机天线的位置，所述天线连接到电磁干扰监测设备(如频谱分析仪)的射频输入端，用于对高灵敏接收机天线带内频谱进行监测；所述步骤(6)同时监测电磁干扰监测设备测试得到的高灵敏接收机天线带内频谱，观察噪声电平，记录噪声电平超过高灵敏接收机的接收灵敏度的量值，同时得到对高灵敏接收设备天线带内干扰源对高灵敏接收设备的干扰程度。将电磁干扰监测设备的中心频点设置为该高灵敏设备接收带的中心频点，电磁干扰监测设备的接收带宽设置为该敏感设备接收带宽的1.5倍，这种地面天线加地面电磁干扰(EMI)监测设备的测试噪声频谱的方法可以作为辅助补充。

当步骤(2)中的高灵敏度接收设备和天线因特殊原因无法参加系统试验时，可以采用下述方法提前预测并定位出潜在干扰设备的工况及高灵敏接收设备可能的受扰程度，有利于迅速确定整改措施消除或者改善干扰现象：

所述步骤(4)采用相同增益、相同指向的天线置于靠近高灵敏接收设备天线的位置，替换高灵敏接收设备，所述天线连接到电磁干扰监测设备的射频输入端，对天线带内频谱进行监测；

步骤(5)按照干扰余量从小到大的顺序加载潜在干扰源，并监测电磁干扰监测设备测试得到的高灵敏接收设备天线带内频谱，观察噪声电平，当噪声电平超过高灵敏接收设备灵敏度时，认为最近加电的潜在干扰源对高灵敏接收设备造成干扰，记录该干扰源和干扰现象，即记录详细干扰模式和超标量值，之后关闭该干扰源，加载新的潜在干扰源，否则，则无需关闭该干扰源，直接加载新的潜在干扰源，直至步骤(3)中所确定的所有干扰源均加载完，确定高灵敏接收设备天线带内干扰源。同样，电磁干扰监测设备的中心频点设置为该高灵敏设备接收带的中心频点，电磁干扰监测设备的接收带宽设置为该敏感设备接收带宽的1.5倍。

图2给出了高灵敏接收设备天线带内噪声测试布置示意图。该图作为一个实施例，假设测控设备作为第一个潜在干扰源与高灵敏度接收设备构成一对潜在干扰对，数传设备作为第二个潜在干扰源与高灵敏度接收设备构成另一对潜在干扰对。测试时，先按照卫星实际应用连接高灵敏载荷接收设备及其天线，加载高灵敏接收设备并将其设置在灵敏接收工作状态，加载潜在干扰源1，分别设置干扰源1的各种工作模式及工况，观察灵敏载荷接收设备工作状态是否正常，与此同时利用EMC的地面天线(含电缆)、低噪声放大器及电磁干扰接收设备同时记录灵敏载荷接收天线接收带内的噪声谱电平，如有超过灵敏度限值时也可确认干扰现象存在，还需记录详细干扰模式和超标量值。当系统测试没有高灵敏载荷的接收机及天线时，将EMC地面天线放置在高灵敏载荷天线附近。

所有可疑干扰源加载完毕后，对高灵敏接收设备天线带内干扰源定位、干扰途径及干扰程度均已试验验证完毕，总体可以根据验证结果来快速确定整改方案。

本发明根据卫星研制过程中收集到的卫星上其他设备的电磁兼容测试结果、天线布局及天线间隔离度测试结果而完成系统级射频电磁兼容分析，并给出根据RE102和CE106实测结果进行干扰余量分析计算公式，当干扰余量大于0即列入潜在干扰源列表，这样有利于得到天线带内噪声测试时相应工况，这样干扰出现时可以第一时间快速定位干扰设备及工况确认，有利于及时制定电磁兼容整改措施。

本发明给出了有、无实际的高灵敏接收设备参与系统测试两种情况下的高灵敏接收设备灵敏载荷天线带内噪声测试方法选择、天线放置方法及其电磁干扰监测设备设置，尤其在无高灵敏接收设备参与测试的情况下，借助地面天线及接收设备来实施监测敏感接收天线带内噪声的变化，可以提前预测整星其它设备可能对它产生的影响，这样可以有效地指导其他设备的EMC设计和控制工作，避免错过设备级电磁兼容设计修改的时机。

实施例：

某微波遥感卫星的测控应答机发射频率2.228GHz的3次谐波落入了某高灵敏载荷接收机(微波辐射计)的6.6G接收通道的350MHz频带内。

1)如果干扰途径通过发射天线直接辐射耦合到接收天线，测控应答机的发射通路发射功率26dBm，路径衰减3dB，应答机发射口CE106主机测试结果3次谐波的抑制为43dB，备机的测试结果3次谐波抑制优于58dB，载荷接收机的灵敏度优于-118dBm，两分系统天线间隔离度通过RM星测试结果为87dB，这样通过以上公式，干扰余量计算后预计为11dB(主机)有干扰，-4dB(备机)无干扰。

2)如果干扰途径通过测控应答机壳体泄漏辐射耦合到接收天线，根据单机RE102测试结果知三次谐波6.685GHz干扰从电路泄漏的辐射发射为47.5dBuV/m测控应答机距离6.6G接收天线大于2米，根据以往测试经验此频段星体的屏蔽度能达到40dB以上，这样通过以上公式，干扰余量计算后预计-34.5dB无干扰。

总体提前按照本方法对系统潜在干扰对的干扰余量进行分析，在正样电磁兼容系统测试大纲设计时首先便安排了本项测试，在系统电磁兼容测试初始的第一个时间便验证了应答机(主机)与微波辐射计之间的干扰问题，并确认了干扰途径来自于天线间耦合，根据接收机的受扰程度(受扰程度约20dB)快速在应答机的主发射通道增加了低通滤波器(其滤波特性在6.685GHz频率处大于28dB)使得系统安全余量大于6dB。可见，采用本发明提出的方法，能够快速定位干扰源的位置及工况，从而提高试验效率和明确整改措施，有效保证整星研制进度，提高系统可靠性。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。