专利名称：一种航空无线电导航台站电磁环境自动化测试装置及其方法
技术领域：
本发明涉及电子测量技术领域，特别涉及一种航空无线电导航台站电磁环境自动化测试装置及其方法。
背景技术：
GB6364-86制定了航空无线电导航台站电磁环境管理和作为航空导航设施与航空无线电导航台站电磁兼容的准则，规定了航空无线电导航台站的收发频率参数、导航台电磁信号覆盖区的最低场强信号值及其对工科医设备干扰的防护率等技术指标，关于如何来实现航空无线电导航台站电磁环境的测试却没有明确的规定，这给测量的准确性和统一性带来了困难。目前，国内很多检测机构根据国家标准的要求以及自己的检测条件，给出了基于自身条件的测量方法，这些测量方法主要存在以下缺陷(1)设备和方法简陋分散、规范性差；(2)人工操作多、人为影响因素大；(3)测量项目多、劳动强度大；(4)测量时间长、测量效率低。
发明内容
本发明的目的是为了弥补现有技术的缺陷，提供一种规范性强、劳动强度低、测量效率高的航空无线电导航台站电磁环境自动化测试装置及其方法。本发明是通过如下技术方案实现的
航空无线电导航台站电磁环境自动化测试装置包括第一天线、第二天线、第N天线、天线开关、滤波器、频谱分析仪、计算机、天线开关的第一输入端口、天线开关的第二输入端口、天线开关的第N输入端口、天线开关的输出端口、滤波器输入端口、滤波器输出端口、频谱分析仪信号输入端口、频谱分析仪的GPIB数据通信端口和计算机的GPIB数据通信端口 ；由第一天线、第二天线、第N天线多幅天线构成天线组，第一天线与天线开关的第一输入端口相连，第二天线与天线开关的第二输入端口相连，第N天线与天线开关的第N输入端口相连，天线开关的第一输入端口、天线开关的第二输入端口、天线开关的第N输入端口分别与天线开关相连，天线开关、天线开关的输出端口、滤波器输入端口、滤波器、滤波器输出端口、频谱分析仪信号输入端口、频谱分析仪、频谱分析仪的GPIB数据通信端口、计算机的GPIB数据通信端口、计算机顺次相连。 所述的第一天线、第二天线、第N天线满足GB3907-83，第一天线、第二天线、第N天线为单极阵子天线、双偶极子天线、双锥天线、对数周期天线、圆锥喇叭天线或双脊喇叭天线。所述的天线开关的开关切换响应时间小于O. ls，通道间隔离度大于50dB，插入损耗大于10dB。所述的频谱分析仪内置前置放大器，频率最小覆盖范围100 kHz - 3 GHz，显示平均噪声电平小于_150dBm/Hz，快速ACP测量时间小于30ms，动态范围大于80dB ;频谱分析仪上配备GPIB数据通信端口，并可通过GPIB总线与其他设备进行通信。所述的计算机为符合GB/T6833-1987的笔记本或台式机，计算机上配备GPIB数据通信端口，并通过GPIB总线与其他设备进行通信。所述的测试装置各输出端口与输入端口间依次采用低损耗电缆连接，频谱分析仪GPIB数据通信端口和计算机GPIB数据通信端口间采用GPIB总线连接。所述的第一天线、第二天线、第N天线的旋转角度为0° 360°，天线架高离地距离大于3m，天线间距大于3m，天线的极化方式为垂直极化或水平极化。航空无线电导航台站电磁环境自动化测量方法的步骤如下
①选择半径50m范围内平坦开阔、地势高敞、无明显反射物的位置作为测试点，采用电压波动范围在±10%内、具有漏电保护和断电保护的220V三相交流电作为供电电源，将装置上电预热达到稳定工作状态；·
②采用信号源对装置的测试通路进行校准，频谱分析仪接收到的信号电平值应在信号源输出电平值的±3dB以内；
③在计算机上启动测试程序，根据人机交互界面选择频谱分析仪的分辨率带宽BW参数值为300Hz 3kHz、视频带宽VBW参数值为300Hz 1kHz，控制频谱分析仪按照GB6364-86规定的导航台站的频段范围进行连续扫描，使在待测频段上的任何干扰信号的电平值比频谱分析仪的本底噪声值大6dB 20dB ；
④通过对测试程序参数的选择，控制单次全频段扫描时间不大于30min，两次扫描测量的时间间隔不超过lOmin，若第一天线、第二天线、第N天线在水平极化或者垂直极化所在的平面内具有方向性，则在测试完一个方向上的电磁波信号后需调整天线指向，重复步骤
③进行相应测试，以使各方向上的电磁信号都能被准确地捕捉与采集；
⑤根据频谱分析仪测得的数据由计算机按以下公式进行处理5=P + J + i + 107,其中，万为测得的环境干扰信号电平值，单位为dB u V/m 'P为频谱分析仪测量值，单位dBm -A为天线因子，单位dB/m 'L为系统的衰减值，包括低损耗电缆、天线开关的总衰减值，单位为dB;
⑥采用计算机连续自动地绘制测得的空间电磁波干扰信号的幅频曲线图，在图上标注大于本底噪声值6dB以上有效信号的峰值、带宽和峰值频率信息，同时注明所使用频谱分析仪的型号、扫描时间、分辨率带宽BW、视频带宽VBW、测试时间信息。
本发明通过研究航空无线电导航台站与周围电磁环境的电磁兼容性准则要求，在保证测量质量的前提下，提供了相关的测量仪器、测试方法和数据处理方法，减少了测试过程中的不确定性和不同测试单位间测试结果的差异性，增强了测量的准确性和统一性，实现了自动化测量，降低了劳动强度，极大地提高了测量效率。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明做进一步说明。图I是航空无线电导航台站电磁环境自动化测试装置的结构框 图2是航空无线电导航台站电磁环境自动化测试程序的流程图。图I中，第一天线I、第二天线2、第N天线3、天线开关4、滤波器5、频谱分析仪6、计算机7、天线开关的第一输入端口 8、天线开关的第二输入端口 9、天线开关的第N输入端口 10、天线开关的输出端口 11、滤波器输入端口 12、滤波器输出端口 13、频谱分析仪信号输入端口 14、频谱分析仪的GPIB数据通信端口 15和计算机的GPIB数据通信端口 16 ；
图2中，初始化U1、测试方案选择U2、基本参数选择U3、执行测量U4、数据处理与输出U5、测试方案调整U6、天线极化方式与方向调整U7、重复原方案测量U8、测量结束U9。
具体实施例方式如图I所示，航空无线电导航台站电磁环境自动化测试装置包括第一天线I、第二天线2、第N天线3、天线开关4、滤波器5、频谱分析仪6、计算机7、天线开关的第一输入端口 8、天线开关的第二输入端口 9、天线开关的第N输入端口 10、天线开关的输出端口 11、滤波器输入端口 12、滤波器输出端口 13、频谱分析仪信号输入端口 14、频谱分析仪的GPIB数据通信端口 15和计 算机的GPIB数据通信端口 16 ；由第一天线I、第二天线2、第N天线3多幅天线构成天线组，第一天线I与天线开关的第一输入端口 8相连，第二天线2与天线开关的第二输入端口 9相连，第N天线3与天线开关的第N输入端口 10相连，天线开关的第一输入端口 8、天线开关的第二输入端口 9、天线开关的第N输入端口 10分别与天线开关4相连，天线开关4、天线开关的输出端口 11、滤波器输入端口 12、滤波器5、滤波器输出端口13、频谱分析仪信号输入端口 14、频谱分析仪6、频谱分析仪的GPIB数据通信端口 15、计算机的GPIB数据通信端口 16、计算机7顺次相连。所述的第一天线I、第二天线2、第N天线3满足GB3907-83，第一天线I、第二天线
2、第N天线3为单极阵子天线、双偶极子天线、双锥天线、对数周期天线、圆锥喇叭天线或双脊喇叭天线。所述的天线开关4的开关切换响应时间小于O. ls，通道间隔离度大于50dB，插入损耗大于10dB。所述的频谱分析仪6内置前置放大器，频率最小覆盖范围100 kHz - 3GHz，显示平均噪声电平小于-150dBm/Hz，快速ACP测量时间小于30ms，动态范围大于80dB ；频谱分析仪上配备GPIB数据通信端口，并可通过GPIB总线与其他设备进行通信。所述的计算机7为符合GB/T6833-1987的笔记本或台式机，计算机上配备GPIB数据通信端口，并通过GPIB总线与其他设备进行通信。所述的测试装置各输出端口与输入端口间依次采用低损耗电缆连接，频谱分析仪GPIB数据通信端口 15和计算机GPIB数据通信端口 16间采用GPIB总线连接。所述第一天线I、第二天线2、第N天线3的旋转角度为0° 360°，天线架高离地距离大于3m，天线间距大于3m，天线的极化方式为垂直极化或水平极化。第一天线I、第二天线2、第N天线3接收到的空间电磁波信号通过低损耗电缆分别传输至天线开关的第一输入端口 8、第二输入端口 9和第N输入端口 10，经过天线开关4的单路选通后，其中的一路电磁波信号经由天线开关的输出端口 11输出，由低损耗电缆传输至滤波器输入端口 12,滤波器5对输入的电磁波信号进行滤波,然后将滤波后的有效电磁波信号从滤波器输出端口 13输出，输出信号经由低损耗电缆传输至频谱分析仪信号输入端口 14，频谱分析仪6捕捉到该信号后即在显示屏上进行实时显示，同时该电磁波信号由频谱分析仪6经过模数转换处理后由GPIB数据通信端口 16输出，经由GPIB总线传输至计算机的GPIB数据通信端口 16，计算机7接收到相关数据后进行处理和输出。航空无线电导航台站电磁环境自动化测量方法的步骤如下
①选择半径50m范围内平坦开阔、地势高敞、无明显反射物的位置作为测试点，采用电压波动范围在±10%内、具有漏电保护和断电保护的220V三相交流电作为供电电源，将装置上电预热达到稳定工作状态；
②采用信号源对装置的测试通路进行校准，频谱分析仪接收到的信号电平值应在信号源输出电平值的±3dB以内；③在计算机上启动测试程序，根据人机交互界面选择频谱分析仪的分辨率带宽BW参数值为300Hz 3kHz、视频带宽VBW参数值为300Hz 1kHz，控制频谱分析仪按照GB6364-86规定的导航台站的频段范围进行连续扫描，使在待测频段上的任何干扰信号的电平值比频谱分析仪的本底噪声值大6dB 20dB ；
④通过对测试程序参数的选择，控制单次全频段扫描时间不大于30min，两次扫描测量的时间间隔不超过lOmin，若第一天线、第二天线、第N天线在水平极化或者垂直极化所在的平面内具有方向性，则在测试完一个方向上的电磁波信号后需调整天线指向，重复步骤
③进行相应测试，以使各方向上的电磁信号都能被准确地捕捉与采集；
⑤根据频谱分析仪测得的数据由计算机按以下公式进行处理5=P +』+ i+107 ,其中，E为测得的环境干扰信号电平值，单位为dB u V/m -,P为频谱分析仪测量值，单位dBm ；A为天线因子，单位dB/m 4为系统的衰减值，包括低损耗电缆、天线开关的总衰减值，单位为dB ；
⑥采用计算机连续自动地绘制测得的空间电磁波干扰信号的幅频曲线图，在图上标注大于本底噪声值6dB以上有效信号的峰值、带宽和峰值频率信息，同时注明所使用频谱分析仪的型号、扫描时间、分辨率带宽BW、视频带宽VBW、测试时间信息。如图2所示，在计算机上启动测试程序，“初始化U1”执行测试程序初始化及GPIB接口初始化，随后程序进入“测试方案选择U2”，测试方案包括无方向信标台NDB方案、仪表着陆系统ILS方案、指点信标台MK方案、全向无线电信标台VOR方案、测距台DME方案、一次雷达和二次雷达ATCRBS方案，完成测试方案选择后程序进入“基本参数选择U3”，设置频谱分析仪的分辨率带宽BW和视频带宽VBW、天线因子I系统的衰减值Z，完成上述选择和设置后程序开始“执行测量U4”，并进行实时“数据处理和输出U5”，在完成初始方案的单次测试后，程序进入“测试方案调整U6”判别，若对测试方案进行调整则程序跳转至步骤“测试方案选择U2”顺次执行新方案相关测试，若不对测试方案进行调整则程序进入“天线极化方式与方向调整U7”判别，此时若对天线极化方式与方向进行调整，则程序跳转至步骤“执行测量U4”顺次执行后续测试，若不对天线极化方式与方向进行调整，则程序进入“重复原方案测量U8”判别，此时若重复原方案测量则程序跳转至步骤“执行测量U4”顺次执行后续测试，若不重复原方案测量则程序进入“测量结束U9，，，结束测试。本发明首先明确了测量仪器、测试方法和数据处理方法，保证了测量的准确性和一致性；其次，提供了简单、快捷的人机交互界面，使得用户可以设置和选择测试方案及其基本参数、并实时显示和输出测量结果；再次，实现了航空无线电导航台站电磁环境的自动化测量，减少了测试过程中的不确定性和不同测试单位间测试结果的差异性，也解决了测量速度、测量精度与测试可重复性之间的矛盾。
权利要求
1.一种航空无线电导航台站电磁环境自动化测试装置，其特征是包括第一天线(I)、 第二天线(2)、第N天线(3)、天线开关(4)、滤波器(5)、频谱分析仪(6)、计算机(7)、天线开关的第一输入端口(8)、天线开关的第二输入端口(9)、天线开关的第N输入端口(10)、天线开关的输出端口(11)、滤波器输入端口(12)、滤波器输出端口(13)、频谱分析仪信号输入端口( 14)、频谱分析仪的GPIB数据通信端口( 15)和计算机的GPIB数据通信端口( 16);由第一天线(I)、第二天线(2)、第N天线(3)多幅天线构成天线组，第一天线(I)与天线开关的第一输入端口(8)相连，第二天线(2)与天线开关的第二输入端口(9)相连，第N天线(3) 与天线开关的第N输入端口( 10)相连，天线开关的第一输入端口(8)、天线开关的第二输入端口(9)、天线开关的第N输入端口(10)分别与天线开关(4)相连，天线开关(4)、天线开关的输出端口(11)、滤波器输入端口(12)、滤波器(5)、滤波器输出端口(13)、频谱分析仪信号输入端口( 14)、频谱分析仪(6)、频谱分析仪的GPIB数据通信端口( 15)、计算机的GPIB 数据通信端口(16)、计算机(7)顺次相连。
2.根据权利要求I所述的航空无线电导航台站电磁环境自动化测试装置，其特征是 所述的第一天线(I)、第二天线(2)、第N天线(3)满足GB3907-83，第一天线(I)、第二天线(2)、第N天线(3)为单极阵子天线、双偶极子天线、双锥天线、对数周期天线、圆锥喇叭天线或双脊喇πΛ天线。
3.根据权利要求I所述的航空无线电导航台站电磁环境自动化测试装置，，其特征是 所述的天线开关(4)的开关切换响应时间小于O. ls，通道间隔离度大于50dB，插入损耗大于 IOdB0
4.根据权利要求I所述的航空无线电导航台站电磁环境自动化测试装置，，其特征是 所述的频谱分析仪(6)内置前置放大器，频率最小覆盖范围100 kHz - 3 GHz，显示平均噪声电平小于_150dBm/Hz，快速ACP测量时间小于30ms，动态范围大于80dB ;频谱分析仪上配备GPIB数据通信端口，并可通过GPIB总线与其他设备进行通信。
5.根据权利要求I所述的航空无线电导航台站电磁环境自动化测试装置，，其特征是 所述的计算机(7)为符合GB/T6833-1987的笔记本或台式机，计算机上配备GPIB数据通信端口，并通过GPIB总线与其他设备进行通信。
6.根据权利要求I所述的航空无线电导航台站电磁环境自动化测试装置，，其特征是 所述的测试装置各输出端口与输入端口间依次采用低损耗电缆连接，频谱分析仪GPIB数据通信端口(15)和计算机GPIB数据通信端口(16)间采用GPIB总线连接。
7.根据权利要求I所述的航空无线电导航台站电磁环境自动化测试装置，，其特征是 所述的第一天线(I)、第二天线(2)、第N天线(3)的旋转角度为0° 360°，天线架高离地距离大于3m，天线间距大于3m，天线的极化方式为垂直极化或水平极化。
8.一种使用如权利要求I所述装置的航空无线电导航台站电磁环境自动化测量方法， 其特征是它的步骤如下①选择半径50m范围内平坦开阔、地势高敞、无明显反射物的位置作为测试点，采用电压波动范围在±10%内、具有漏电保护和断电保护的220V三相交流电作为供电电源，将装置上电预热达到稳定工作状态；②采用信号源对装置的测试通路进行校准，频谱分析仪(6)接收到的信号电平值应在信号源输出电平值的±3dB以内；③在计算机(7)上启动测试程序，根据人机交互界面选择频谱分析仪￠)的分辨率带宽BW参数值为300Hz 3kHz、视频带宽VBW参数值为300Hz 1kHz，控制频谱分析仪(6) 按照GB6364-86规定的导航台站的频段范围进行连续扫描，使在待测频段上的任何干扰信号的电平值比频谱分析仪出)的本底噪声值大6dB 20dB ；④通过对测试程序参数的选择，控制单次全频段扫描时间不大于30min，两次扫描测量的时间间隔不超过lOmin，若第一天线(I)、第二天线(2)、第N天线(3)在水平极化或者垂直极化所在的平面内具有方向性，则在测试完一个方向上的电磁波信号后需调整天线指向，重复步骤③进行相应测试，以使各方向上的电磁信号都能被准确地捕捉与采集；⑤根据频谱分析仪(6)测得的数据由计算机(7)按以下公式进行处理 B = P + A + L + m ,其中』为测得的环境干扰信号电平值，单位为dB μ V/m 'P为频谱分析仪(6)测量值，单位dBm -A为天线因子，单位dB/m 'L为系统的衰减值，包括低损耗电缆、天线开关4的总衰减值,单位为dB ； ⑥采用计算机(7)连续自动地绘制测得的空间电磁波干扰信号的幅频曲线图，在图上标注大于本底噪声值6dB以上有效信号的峰值、带宽和峰值频率信息，同时注明所使用频谱分析仪(6)的型号、扫描时间、分辨率带宽BW、视频带宽VBW、测试时间信息。
全文摘要
本发明公开了一种航空无线电导航台站电磁环境自动化测试装置及其方法。由第一天线、第二天线、第N天线多幅天线构成天线组，并分别与天线开关的第一输入端口、第二输入端口、第N输入端口相连，天线开关的第一输入端口、第二输入端口、第N输入端口分别与天线开关相连，天线开关、天线开关输出端口、滤波器输入端口、滤波器、滤波器输出端口、频谱分析仪信号输入端口、频谱分析仪、频谱分析仪GPIB数据通信端口、计算机GPIB数据通信端口、计算机顺次相连。本发明减少了测试过程中的不确定性和不同测试单位间测试结果的差异性，保证了测量的准确性和统一性，实现了自动化测量，降低了劳动强度，极大地提高了测量效率。
文档编号G01R29/08GK102707160SQ20121019366
公开日2012年10月3日 申请日期2012年6月13日 优先权日2012年6月13日
发明者孙杰, 朱中文, 陈习权, 陈婧, 韩海林, 顾夏珍 申请人:浙江省计量科学研究院