一种无人机数据链测试用电磁环境数据自动化采集系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及无人机数据链电磁环境数据采集技术，具体地说，是指一种无人机数 据链测试用电磁环境数据自动化采集系统。
【背景技术】
[0002] 随着电子信息技术的不断发展，无人机数据链所处的电磁环境越来越复杂，充斥 着各种电磁信号，主要包括通信信号、导航信号、雷达信号以及敌方恶意的干扰信号等。图1 为无人机数据链电磁环境的主要构成因素。根据电磁信号的来源，将无人机数据链空间电 磁环境分为自然电磁环境和人为电磁环境两类。人为电磁环境又可以分为对抗信号电磁环 境和非对抗信号电磁环境。其中对抗信号电磁环境包括通信对抗电磁环境、雷达对抗电磁 环境、光电对抗电磁环境等，而非对抗信号电磁环境则主要指民用方面的信号电磁环境，包 括移动通信电磁环境和其他民用电磁环境。
[0003] 无人机数据链起到连接无人机与地面控制中心的纽带作用，无人机数据链的通信 性能直接关系到无人机系统的整体性能，而电磁环境中的干扰信号是危害无人机数据链性 能的主要因素。图2为无人机数据链系统及电磁环境示意图。（a)表示无人机1和地面控 制站2之间的双向通信，（b)表示人为电磁环境3对地面控制站2的干扰，（c)表示人为电 磁环境3对无人机1的干扰，（d)和（e)分别表示自然电磁环境4对地面控制站2和无人机 1的干扰。采集得到的无人机所处真实电磁环境的干扰信号数据及环境信息数据，可以用于 无人机数据链电磁抗扰度的测试，为无人机数据链系统的研制以及可靠性评估提供基础支 撑。目前，对于无人机电磁环境数据的采集主要有真实飞行电磁环境数据采集和干扰源信 息采集两种，前者是指有人机沿着无人机的真实航路进行实时电磁数据的采集，采集得到 的电磁环境数据准确度高，但是需要根据不同的航路反复调整，实施的成本和局限性都很 大；后者是指根据选取的干扰源信号发射模型以及电波传播衰减模型，近似估计无人机航 路中任意空间点上电磁环境数据，该方法可反复使用，但获得的电磁环境数据准确度低。
[0004] 无人机数据链主要覆盖UHF、C、S、K等微波波段，具有通信波段宽的特点，所处的 地理类型、天气类型、人文类型等复杂多变，并且无人机数据链对于信息传输的可靠性有着 较高的要求，目前国内主要的电磁环境数据采集系统无法同时满足高准确度和低损耗的要 求，现有系统或是以消耗大量人力物力为代价获得较为准确的电磁环境数据，或是只采集 某一窄带的电磁信息而忽略大部分波段，同时在数据存储方面或是无法长时间保存，或是 存储的信息量较大、冗余较多，例如基于GPIB(General-PurposeInterfaceBus，通用接口 总线）的电磁环境自动监测系统，该系统的频率测量范围无法与无人机数据链工作波段相 适应且无法长久保存数据。
【发明内容】
[0005] 本发明针对无人机数据链所处真实电磁环境数据采集时，同时实现自动化和高准 确度的要求，提出了一种无人机数据链测试用电磁环境数据自动化采集系统，该系统能够 对自动化采集得到的大波段电磁数据进行分段处理，使用户可以选取感兴趣的信号子波段 进行精细采集，然后存储采集到的信号子波段干扰信号数据和环境信息。
[0006] 本发明所述的无人机数据链测试用电磁环境数据自动化采集系统在硬件架构上 使用符合无人机工作波段测试要求的全向接收天线，频谱分析仪以及普通的个人计算机， 计算机通过GPIB总线与频谱分析仪相连，使用GPIB编程技术，充分应用VISA(Virtual InstrumentationSoftwareArchitecture，虚拟仪器软件结构）库中的函数及 SCPI(StandardCommandsforProgrammableInstruments，可编程仪器标准命令集）命令 集，实现计算机与频谱分析仪一起控制和进行资源管理的功能。系统通过用户选择完成预 采集模块的配置，在采集到全向接收天线接收的电磁环境数据后，控制频谱分析仪绘制预 采集频谱图，并采用分段策略处理大波段电磁数据。系统根据用户选择确定进行精细采集 的信号子波段，并根据用户选择完成子波段精细采集模块的配置，进而通过数据存储模块 选择性的存储采集得到的信号子波段电磁环境数据即可。
[0007] 本发明的优点在于：
[0008] 1)采用计算机、频谱分析仪和全向接收天线联合工作模式，由计算机软件控制频 谱分析仪一次性完成所有非重复子波段的电磁环境、采集点参数信息以及采集点位置信息 等数据的保存，实现了电磁环境数据采集的自动化；
[0009]2)采用可设置的预采集模块，自动采集无人机数据链工作较宽波段内的全部信 号，使系统采集到的信号比较全面，然后采用分段策略处理较宽波段电磁数据，有利于降低 后续数据处理的复杂度；
[0010] 3)采用可设置的子波段精细采集模块，将用户选择的感兴趣子波段进行精细采 集，修正预采集信号数据的误差，提高了电磁环境数据的采集精度，缩短了采集时间，采用 数据存储模块，存储信号子波段的电磁环境数据，避免了存储冗余信息。
【附图说明】
[0011] 图1为无人机数据链电磁环境的主要构成因素示意图；
[0012] 图2为无人机数据链系统及电磁环境示意图；
[0013]图3为本发明系统的硬件架构；
[0014] 图4为本发明系统计算机上的软件模块组成；
[0015] 图5为本发明系统总流程图；
[0016] 图6为本发明实施例中系统采集频谱图；
[0017] 图7为本发明实施例中子波段精细采集频谱图；
[0018] 图8为本发明系统数据存储模块存储数据类型。
[0019] 图中：
[0020] 1.无人机； 2.地面控制站； 3.人为电磁环境；
[0021] 4.自然电磁环境； 5.全向接收天线； 6.频谱分析仪；
[0022] 7.数据采集控制计算机； 8.设备组选择模块；9预采集模块；
[0023] 10.信号子波段数据提取及显示模块； 11.子波段精细采集模块；
[0024] 12.数据存储模块； 13.预采集参数设置模块；
[0025] 14?子波段精细采集参数设置模块。
【具体实施方式】
[0026] 下面结合附图对本发明进行详细说明。
[0027] 本发明所述的无人机数据链测试用电磁环境数据自动化采集系统，如图3所示， 在硬件上主要包括全向接收天线5、频谱分析仪6和数据采集控制计算机7,其中全向接收 天线5将接收到的无线电波信号转变为电压信号后通过电缆传输到频谱分析仪6,进行电 压信号的测量与处理，数据采集控制计算机7通过USB或GPIB接口线与频谱分析仪6相 连，并且利用GPIB的三挂钩技术实现两者之间命令与数据传输，以此完成对自动化采集过 程的控制。
[0028] 图4为本发明中数据采集控制计算机7上的模块组成示意图，所述的数据采集控 制计算机7包括设备组选择模块8、预采集模块9、信号子波段数据提取及显示模块10、子波 段精细采集模块11、数据存储模块12、预采集参数设置模块13和子波段精细采集参数设置 模块14。用户根据测试需要从设备组选择模块8中选择适当的频谱分析仪型号和全向接 收天线型号，并存入数据存储模块12中。在预采集参数设置模块13中进行预采集参数设 置，所述的预采集参数设置包括频率参数、仪器设置参数和自定义参数的设置，所述的频率 参数包括波段选择、起始频率和终止频率；仪器设置参数包括分辨率带宽、视频带宽、参考 电平和输入衰减，用于实现对频谱分析仪的初始化；自定义参数包括背景噪声门限值和自 动采集时间，背景噪声门限值是判断预采集信号是否存在的标准，自动采集时间用于实现 预采集的自动化。预采集模块9根据用户设置的预采集参数，进行大波段电磁数据（电压 信号）的采集，并采集频谱分析仪6绘制的预采集数据频谱，向用户展现大波段（如C波段 等）信号频谱的分布情况。然后根据设置的信号子波段带宽，进行预采集数据频谱分段处 理，将大波段划分为多个信号子波段，然后在信号子波段数据提取及显示模块10中提取具 有信号的子波段（简称信号子波段）数据，包括检测到的信号的中心频率、幅度和带宽。将 所有采集到的信号按照信号幅度由大到小的顺序排列，使用户对大波段内干扰信号情况有 较直观的认识。
[0029] 用户选择感兴趣的信号子波段，进入子波段精细采集模块11。所述的感兴趣的信 号子波段可以是幅度最大的信号存在的信号子波段，或者处于无人机通信波段的信号子波 段等。子波段精细采集具有较小的频谱分析仪扫描范围并且设置更精细的仪器设置参数， 如较小的分辨率带宽等，能够减小测量误差，使获得的信号数据更精确，相当于修正了预采 集获得的信号数据。子波段精细采集模块11进行精细采集之前需要在子波段精细采集参 数设置模块14中设置采集参数和采集点参数，所述的采集参数包括仪器设置参数和天线 衰减补偿，仪器设置参数有频谱分析仪的分辨带宽、视频带宽、参考电平和输入衰减值，同 预采集仪器设置参数相比更精细，有利于提高测量精度。采集点参数包括采集点所属地区 和地理位置坐标。子波段精细采集模块11输出的电磁环境数据存储在数据存储模块12中， 存储用户感兴趣的子波段信号数据而不是大波段内所有信号数据，避免了存储冗余数据。
[0030] 基于上述的无人机数据链测试用电磁环境数据自动化采集系统，本发明还提供一 种无人机数据链测试用电磁环境数据自动化采集方法，包括预采集流程和信号子波段精细 采集流程，如图5。系统搭建完成后，开始电磁环境数据的采集，进入预采集流程：