通信链路质量测试装置及测试方法与流程

本发明涉及无人机通信测试技术领域，特别是涉及一种通信链路质量测试装置及测试方法。

背景技术：

无人机的通信链路通常是通过无线通信方式在控制器与无人机之间建立通信的。无人机控制器通过下行链路发送控制指令到无人机进行飞行命令控制，无人机通过上行链路将自身状态信息与图像数据回传到控制器。无人机通信链路的有效距离对无人机正常工作区域有重要影响，因此是无人机系统的关键参数之一。无人机通信链路传输距离主要的影响因素包括发射机功率、接收机灵敏度、天线增益、有无遮挡等。

在最新发布的国标《gb/t38058-2019民用多旋翼无人机系统试验方法》中，对无人机的遥控测试距离与信息传输距离有测试要求。由于目前无人机通信的传输距离可以达到8km以上，进行实地测试需要找到合适的场地并排除外场干扰因素，因此实施有一定难度。

技术实现要素：

基于此，有必要针对难以找到合适的场地对无人机的通信链路质量进行测试的问题，提供一种通信链路质量测试装置及测试方法。

一种通信链路质量测试装置，包括微波暗室，用放置被测设备；测试天线，设置于所述微波暗室内，用于建立所述微波暗室内的被测设备和所述被测设备的控制设备之间的通信链路；所述控制设备设置于所述微波暗室外；链路控制器，设置于所述微波暗室外，分别与所述测试天线和所述控制设备相连接，用于在所述控制设备与所述被测设备进行通信时，对通信链路中传输的信号强度进行衰减控制；分析模块，用于获取所述控制设备接收不到所述被测设备传输的信号时，所述链路控制器对通信链路加载的信号衰减量，并根据所述信号衰减量，计算所述被测设备的通信链路覆盖范围。

上述通信链路质量测试装置，使用微波暗室来提供电磁波屏蔽的测试环境，以排除外场干扰因素。微波暗室中有微波天线来进行信号传输。同时，采用链路控制器调节对通信链路中传输的信号的衰减程度。获取令通信链路中传输的信号衰减至控制设备无法接收到时，链路控制器加载至通信链路中的信号衰减量。分析模块根据信号衰减量可以判断被测设备的通信链路覆盖范围，从而根据评估其通信链路的质量。利用该测试装置可以在实验室场地环境下实现对被测设备的通信链路质量测试，提供稳定的测试环境，且测试结果的重复性好，可以有效降低场外测试的不稳定性，从而节约测试时间。

在其中一个实施例中，所述微波暗室内包括吸波材料；样品转台，用于固定所述被测设备。

在其中一个实施例中，所述通信链路包括上行链路和下行链路，所述链路控制器包括第一环形器，用于传输所述上行链路中的信号；第一隔离器，与所述第一环形器相连接，用于隔离所述下行链路中的信号；第二环形器，与所述第一隔离器相连接，用于传输所述下行链路中的信号；第二隔离器，与所述第二环形器相连接，用于隔离所述上行链路中的信号；程控衰减器，分别与所述第二隔离器和所述第一环形器相连接，用于调节加载至所述上行链路或所述下行链路中的信号衰减量。

在其中一个实施例中，所述被测设备包括无人机。

一种通信链路质量测试方法，应用于通信链路质量测试装置，所述方法包括建立被测设备与控制设备之间的通信连接；在所述控制设备与所述被测设备进行通信时，对通信链路中的信号进行衰减，直至所述控制设备接收不到所述被测设备传输的信号，获取此时的信号衰减量；根据所述信号衰减量，计算所述被测设备的通信链路覆盖范围。

在其中一个实施例中，在建立被测设备与控制设备之间的通信连接前，所述方法还包括对测试路径中的损耗进行校准，获取测试路径损耗量。

在其中一个实施例中，所述通信链路包括下行链路，所述在所述控制设备与所述被测设备进行通信时，对通信链路中的信号进行衰减，直至所述控制设备接收不到所述被测设备传输的信号，获取此时的信号衰减量包括控制所述控制设备对所述被测设备发送控制指令，所述被测信号根据所述控制指令发送反馈信号；所述控制指令在下行链路中传输；以0.5db为一个步进单位，对加载至所述下行链路的信号衰减量进行调整，直至所述控制设备接收不到所述被测设备发送的反馈信号，获取此时的第一衰减量。

在其中一个实施例中，所述通信链路包括上行链路，所述在所述控制设备与所述被测设备进行通信时，对通信链路中的信号进行衰减，直至所述控制设备接收不到所述被测设备传输的信号，获取此时的信号衰减量包括控制所述被测设备对所述控制设备发送业务数据；所述业务数据在上行链路中传输；以0.5db为一个步进单位，对加载至所述上行链路的信号衰减量进行调整，直至所述控制设备接收不到所述被测设备发送的所述业务数据，计量此时的第二衰减量。

在其中一个实施例中，所述根据所述信号衰减量，计算所述被测设备的通信链路覆盖范围包括根据所述信号衰减量以及所述测试路径损耗量，计算所述被测设备和所述控制设备之间的损耗量；将所述损耗量带入电磁波自由空间传播损耗公式，计算出所述被测设备和所述控制设备之间的遥控遥测距离。

在其中一个实施例中，所述电磁波自由空间传播损耗公式为

fspl＝20log10r+20log10f-27.55

其中，fspl为电磁波在自由空间内的传输损耗，r为电磁波的传播距离，f为电磁波的频率。

附图说明

为了更清楚地说明本说明书实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书中记载的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明其中一实施例的通信链路质量测试装置的结构示意图；

图2为本发明其中一实施例的链路控制器的结构示意图；

图3为本发明其中一实施例的链路控制器的通信链路质量测试方法的方法流程示意图；

图4为本发明其中一实施例的链路控制器的获取信号衰减量的方法流程示意图；

图5为本发明另一实施例的链路控制器的获取信号衰减量的方法流程示意图；

图6为本发明另一实施例的链路控制器的计算被测设备的通信链路覆盖范围的方法流程示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的优选实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反的，提供这些实施方式的目的是为了对本发明的公开内容理解得更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“上”、“下”、“前”、“后”、“周向”以及类似的表述是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

由于目前无人机通信的传输距离可以达到8km以上，若对无人机的通信链路质量进行实地测试，则需要找到合适的场地并排除外场干扰因素，实施起来具有一定难度。

为解决上述问题，本申请提供了一种通信链路质量测试装置，可通过在实验室搭建环境系统，来完成稳定可控变量下的无人机通信链路的传输距离测试。

图1为本发明其中一实施例的通信链路质量测试装置的结构示意图，在其中一个实施例中，通信链路质量测试装置包括微波暗室100、测试天线200、链路控制器300和分析模块(图中未示)。使用微波暗室100提供电磁波屏蔽的测试环境，将被测设备10放置于微波暗室100中进行测试可以外界电磁波对被测设备10的干扰。微波暗室100中设置有测试天线200，用于进行信号传输。置于微波暗室100外的控制设备20通过信号传输线与微波暗室100内的测试天线100相连接。

链路控制器300分别与测试天线200和控制设备20相连接，链路控制器300可以通过调节加载至通信链路中的信号衰减量的值，来实现对通信链路中传输信号的衰减控制。分析模块用于获取令通信链路中被测设备10发送的信号衰减至控制设备20无法接收到时，链路控制器300加载至通信链路中的信号衰减量。分析模块根据信号衰减量可以计算出被测设备10的通信链路覆盖范围，从而根据评估其通信链路的质量。使用本实施例提供的通信链路质量测试装置可以在实验室场地环境下实现对被测设备10的通信链路质量测试，能够提供一个稳定的测试环境，且测试结果的重复性好，可以有效降低场外测试的不稳定性，从而节约测试时间。

在其中一个实施例中，测试人员可以对试验获取的信号衰减量进行统计，并输入分析模块中，利用分析模块计算被测设备的通信链路覆盖范围。分析模块也可以通过信号传输线与链路控制器300相连接，链路控制器300将信号衰减量传输至分析模块，分析模块根据接收到的信号衰减量计算所述被测设备的通信链路覆盖范围。

在其中一个实施例中，微波暗室100内包括吸波材料和样品转台。样品转台用于固定被测设备10。微波暗室100利用吸波材料消除屏蔽腔体内电磁波的来回反射，从而减少杂波对被测设备10的干扰。被测设备10放置于样品转台上，可通过控制器控制样品转台旋转，从而调整被测设备10的水平方向，从不同角度对被测设备10进行通信链路质量测试。

在其中一个实施例中，被测设备10为无人机，控制设备20为无人机控制器。置于微波暗室100外的无人机控制器通过信号传输线与微波暗室100内的测试天线100相连接。无人机控制器利用测试天线100与无人机建立通信链路，完成对无人机发送控制信号或接收无人机发送的反馈信号、业务信息回传信号等操作。

在其中一个实施例中，通信链路包括上行链路和下行链路。在本实施例中，被测设备10为无人机，控制设备20为无人机控制器。当无人机控制器对无人机发送控制指令时，控制指令在下行链路中传输；当无人机对无人机控制器发送业务数据时，业务数据在上行链路中传输。在本实施例中，链路控制器300还可以实现将通信链路中的上行链路和下行链路分离。无人机控制器对无人机发送控制指令时，控制指令从下行链路传输至无人机，无人机根据接收到的控制指令将回传一个反馈指令，反馈指令从上行链路传输至无人机控制器。

在测试无人机控制链路传输距离时，需要将通信链路中的上行链路和下行链路分离，只针对下行链路中传输的控制指令进行衰减，以模拟在实际应用中，无人机因与无人机控制器距离过长而出现信号衰减的情况。同时，保证上行链路中无人机发送的反馈指令不会出现衰减，可以通过观察无人机控制器是否能够接收到无人机的反馈指令，来判断当信号衰减至什么程度时无人机控制器无法实现对无人机的控制。进一步地，可以根据信号的衰减情况来判断无人机控制链路传输距离。通过将通信链路中的上行链路和下行链路分离，可以根据测试需求对任意一链路中传输的信号进行衰减控制，同时，不会影响另一链路中的信号传输。

图2为本发明其中一实施例的链路控制器的结构示意图，在其中一个实施例中，链路控制器300包括第一环形器310、第一隔离器320、第二环形器330、第二隔离器340和程控衰减器350。环形器和隔离器是一类微波铁氧体器件，通过铁氧体控制微波信号的传输。由于其具有非互异性，因此其正向插损很小，而反向时则能将绝大部分的能量吸收。环形器和隔离器依靠磁场来完成非互异性的工作，器件中的微波铁氧体决定了它的谐振频率。

链路控制器300中的第一环形器310只用于传输上行链路中的信号。第一隔离器310与第一环形器320相连接，用于隔离下行链路中的信号。同时，第二环形器330只用于传输下行链路中的信号。第二隔离器340与第二环形器330相连接，用于隔离上行链路中的信号。

环形器是一种电磁波单向环形传输的器件，高频信号从某一端进入环形器后，以固定的方向进行传输至另一端输出，且不会逆向传输。隔离器是一种采用线性光耦隔离原理单向传输电磁波的器件，将输入信号进行转换输出。当电磁波沿正向传输时衰减很小，而反向传输时的衰减却很大。由于在本装置中发射和接收信号共用一个天线，因此需要用环形器和隔离器把不同的信号区分来。

在本实施例中，程控衰减器350为步进可编程衰减器。程控衰减器350通过网口与电脑连接，可以实现对两路通信链路中传输的微波射频功率的衰减量控制，还可以通过程控/手动的方式进行远程自动控制或手动切换。链路控制器300借助第一环形器310、第一隔离器320、第二环形器330和第二隔离器340实现将通信链路中的上行链路和下行链路分离，并利用程控衰减器350根据测试需求调节加载至上行链路或下行链路的信号衰减量，以实现对上行链路或下行链路中传输的信号进行衰减控制，同时，不会影响另一链路中的信号传输。

本发明还提供了一种通信链路质量测试方法，应用于上述任意一实施例中的通信链路质量测试装置中。图3为本发明其中一实施例的链路控制器的通信链路质量测试方法的方法流程示意图，在其中一个实施例中，通信链路质量测试方法包括如下步骤s100至s300。

步骤s100：建立被测设备与控制设备之间的通信连接。

将被测设备10放置于微波暗室100内的样品转台上，置于微波暗室100外的控制设备20通过信号传输线与微波暗室100内的测试天线100相连接。在本实施例中，被测设备10为无人机，控制设备20为无人机控制器。开启无人机和无人机控制器，设置无人机的接收信道频率为f0，无人机控制器的发射信道频率为f0，并设置程控衰减器350的初始衰减量为0db。无人机控制器利用测试天线100与无人机建立通信链路，完成对无人机发送控制信号或接收无人机发送的反馈信号、业务信息回传信号等操作。

步骤s200：在控制设备与被测设备进行通信时，对通信链路中的信号进行衰减，直至控制设备接收不到被测设备传输的信号，获取此时的信号衰减量。

链路控制器300可以调节加载至通信链路中的信号衰减量的值，因此采用链路控制器300对通信链路中传输的信号进行衰减。逐渐增加程控衰减器350施加至通信链路中的信号衰减量，直至控制设备20无法接收到被测设备10发送的信号。获取令通信链路中被测设备10发送的信号衰减至控制设备20无法接收到时，链路控制器300加载至通信链路中的信号衰减量。

步骤s300：根据信号衰减量，计算被测设备的通信链路覆盖范围。

根据信号衰减量可以判断被测设备10的通信链路覆盖范围，从而根据评估其通信链路的质量。根据本实施例提供的通信链路质量测试方法，在实验室场地环境下搭建通信链路质量测试装置，对被测设备10的通信链路质量测试。利用上述实施例中提供的通信链路质量测试装置可以有效减少杂波对被测设备10的干扰，提供一个稳定的测试环境。本实施例提供的测试方法对于被测设备10测试结果的重复性好，可以有效降低场外测试的不稳定性，从而节约测试时间。

在其中一个实施例中，在建立被测设备与控制设备之间的通信连接前，所述方法还包括对测试路径中的损耗进行校准，获取测试路径损耗量。测试路径中可能存在各种各样的损耗，例如无人机至测试天线的空间损耗、测试天线至无人机控制器、链路控制器300的链路损耗。上述测试路径中存在的损耗可能会影响测试结果，因此在试验前需要预先对测试路径中的损耗进行校准，获取测试路径损耗l1。

图4为本发明其中一实施例的链路控制器的获取信号衰减量的方法流程示意图，在其中一个实施例中，通信链路包括下行链路，在控制设备与被测设备进行通信时，对通信链路中的信号进行衰减，直至控制设备接收不到被测设备传输的信号，获取此时的信号衰减量包括如下步骤s210至s230。

步骤s210：控制所述控制设备对被测设备发送控制指令，被测信号根据控制指令发送反馈信号；控制指令在下行链路中传输。

在本实施例中，主要对无人机控制链路传输距离进行测试。当无人机控制器对无人机发送控制指令时，控制指令从下行链路传输至无人机。无人机根据接收到的控制指令将回传一个反馈指令，反馈指令从上行链路传输至无人机控制器。通过链路控制器300对通信链路中的上下行链路进行分离，在对无人机控制链路传输距离进行测试时，可以只针对下行链路中传输的控制指令进行衰减，不会对上行链路中传输的反馈指令的信号强度造成影响。

当测试无人机控制链路传输距离时，令无人机控制器持续对无人机发送控制直指令，将无人机控制器的发射信道频率设置为f0。同时，将链路控制器300中的程控衰减器350的通路加载至无人机控制器的下行链路上。

步骤s220：以0.5db为一个步进单位，对加载至下行链路的信号衰减量进行调整，直至控制设备接收不到被测设备发送的反馈信号，获取此时的第一衰减量。

程控衰减器350的初始衰减量为0db，逐渐增大加载至下行链路上的信号衰减量。在本实施例中，以0.5db为一个步进单位增大信号衰减量的值。当无人机控制器对无人机发送控制指令时，控制指令从下行链路传输至无人机。无人机根据接收到的控制指令将回传一个反馈指令，反馈指令从上行链路传输至无人机控制器。由于无人机在微波暗室100中，不便于对无人机是否能够接收到控制指令进行判断，因此需要根据无人机是否对无人机控制器发送反馈指令来判断无人机控制器对无人机的控制情况。

不同型号的无人机控制器对于接收无人机信号的显示方式可能不同，但都可以通过观察例如无人机控制器是否指示接收功能异常等，判断无人机控制器是否能够接收到无人机发送的反馈指令，从而判断无人机是否能够接收到无人机控制器发送的控制指令。逐步增加程控衰减器350的衰减量直至无人机控制器无法接收到控制指令，记录此时程控衰减器350的衰减量，并将其定义为第一衰减量l2。

图5为本发明另一实施例的链路控制器的获取信号衰减量的方法流程示意图，在其中一个实施例中，通信链路包括上行链路，在控制设备与被测设备进行通信时，对通信链路中的信号进行衰减，直至控制设备接收不到被测设备传输的信号，获取此时的信号衰减量包括如下步骤s230至s240。

步骤s230：控制被测设备对控制设备发送业务数据；业务数据在上行链路中传输。

当无人机对无人机控制器发送业务数据时，业务数据在上行链路中传输。通过链路控制器300对通信链路中的上下行链路进行分离，在对无人机数据回传的传输距离进行测试时，可以只针对上行链路中传输的控制指令进行衰减。在本实施例中，主要对无人机数据回传的传输距离进行测试。

当测试无人机控制链路传输距离时，令无人机持续对无人机控制器发送业务数据，将无人机的发射信道频率设置为f0。同时，将链路控制器300中的程控衰减器350的通路加载至无人机的上行链路上。

步骤s240：以0.5db为一个步进单位，对加载至上行链路的信号衰减量进行调整，直至控制设备接收不到被测设备发送的业务数据，计量此时的第二衰减量。

程控衰减器350的初始衰减量为0db，逐渐增大加载至上行链路上的信号衰减量。在本实施例中，以0.5db为一个步进单位增大信号衰减量的值。由于无人机控制器在微波暗室100外，因此可以直接对无人机控制器是否能够接收到业务数据进行判断。

同样地，不同型号的无人机控制器对于接收无人机信号的显示方式可能不同，但都可以通过观察例如无人机控制器是否指示接收功能异常等，判断无人机控制器是否能够接收到无人机发送的业务数据，从而判断无人机数据回传的传输距离。逐步增加程控衰减器350的衰减量直至无人机控制器无法接收到无人机发送的业务数据，记录此时程控衰减器350的衰减量，并将其定义为第二衰减量l2’。

图6为本发明另一实施例的链路控制器的计算被测设备的通信链路覆盖范围的方法流程示意图，在其中一个实施例中，根据信号衰减量计算被测设备的通信链路覆盖范围包括如下步骤s310至s320。

步骤s310：根据信号衰减量以及测试路径损耗量，计算被测设备和控制设备之间的损耗量。

在本实施例中，对信号衰减量与测试路径损耗量求和，以计算获取最大损耗量lmax。根据实际测试需求确定被测设备10与控制设备20之间的最大损耗量lmax。当被测设备10的应用场景对于无人机遥控功能较为侧重时，根据第一衰减量l2和测试路径损耗量l1，确定被测设备和控制设备之间的被测设备10与控制设备20之间的最大损耗量lmax。当被测设备10的应用场景对于无人机数据回传功能较为侧重时，则根据第二衰减量l2’和测试路径损耗量l1，确定被测设备和控制设备之间的被测设备10与控制设备20之间的最大损耗量lmax。当被测设备10的应用场景对于无人机遥控功能和无人机数据回传功能都重视时，则在第一衰减量l2与第二衰减量l2’中取小，取小结果并与测试路径损耗量l1求和以获取被测设备和控制设备之间的被测设备10与控制设备20之间的最大损耗量lmax。

步骤s320：将损耗量带入电磁波自由空间传播损耗公式，计算出被测设备和控制设备之间的遥控遥测距离。

将上述步骤中计算获取的最大损耗量lmax带入电磁波自由空间传播损耗公式中，即可计算出理论的最远遥控遥测距离rt。

在其中一个实施例中，电磁波自由空间传播损耗公式为：

fspl＝20log10r+20log10f-27.55

其中，fspl为电磁波在自由空间内的传输损耗，r为电磁波的传播距离，f为电磁波的频率。在本实施例中，将最大损耗量lmax和信道传输频率f0代入上述电磁波自由空间传播损耗公式中，即令fspl取值为最大损耗量lmax，令电磁波的频率f取值为信道传输频率f0，然后求解此时的电磁波的传播距离r。此时，r求出的值即为理论的最远遥控遥测距离rt。

应该理解的是，虽然图3-图6的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图3-图6中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。