一种基于地理信息系统和可编程衰减器的电磁兼容性测试系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于地理信息系统和可编程衰减器的电磁兼容性测试系统，本发明采用直接注入法接收发射信号，进行可编程衰减后得到干扰信号并进行测试回放，输出信号采用直接注入的方法或采用全向发射天线辐射发射的方式照射到接收设备上，进行电磁兼容性判断。本发明实现了真实干扰源、接收设备与电磁兼容耦合通道仿真结果相结合评估收发设备的电磁兼容性；结果更加接近真实的情况，精度更高；适用于窄带衰减，但是可以分段对关键干扰频点进行测试，测试方法简单易操作，且提高测试效率。测试数据的可以通过GIS回放系统以及频谱分析仪等仪器显示出来。方便了测试的操作，使数据形象化、直观化。
【专利说明】—种基于地理信息系统和可编程衰减器的电磁兼容性测试系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于地理信息系统和可编程衰减器的电磁兼容性测试系统，具体地说，是ー种基于可编程衰减器的对电波传播损耗进行分段窄带编程计算，且结果用以测量和评估接收设备的电磁兼容性的系统及方法。
【背景技术】
[0002]现代电磁环境十分复杂，而战场情况下的电磁环境尤为恶劣。我国还没有相对完整的电磁环境测试评估系统。随着现代民用无线通信尤其是移动通信业务的飞速发展，电波传播预测和电磁兼容测试和评估在通信和电子设备配置的优化中的作用越来越重要。准确度高，可信度好的较大尺度区域内的电磁兼容测试是电磁兼容学科发展的热点与难点。预测法和测试法是电磁兼容评估的两种基本方法，但前者仅能得到理论的电磁兼容結果，与实际结果可能存在较大误差，后者存在耗费大量人力、物资和时间资源的问题。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提出用ー种较为快捷、准确的电磁兼容测试系统和测试方法。在实际生活中，电磁兼容测试的对象往往处于运动的状态，相互之间具有相对运动属性，且所属的电波传播和耦合环境是ー种大尺度的传播环境。本发明应用基于地理信息系统和可编程衰减器的电磁兼容性测试系统，可以用较为快捷、简便的方式解决大尺度运动的发射设备和接收设备间的电磁兼容测试所面临的频繁调动设备、消耗大量人力和物カ资源的问题。本发明中用电波传播损耗的计算结果作为电磁兼容三要素中耦合通道的重要參数并结合收发设备參数测试和评估系统间的电磁兼容性。
[0004]本发明的基于地理信息系统和可编程衰减器的电磁兼容性测试方法实现的步骤有:
[0005]步骤ー:测试系统接收发射设备发射信号。
[0006]采用发射设备作为发射端，采用直接注入法，拆除发射设备的天线(若发射设备有天线)，用传输电缆A直接将发射设备的发射信号注入到定向耦合器A的输入端。传输电缆A的电缆损耗应该事先被严格测试和记录。
[0007]步骤ニ:定向耦合器A输入端接收发射设备直接输入的发射信号，通过定向耦合器A在线测量和监测输入的发射信号，将耦合端的信号送到前端监测设备(包括频谱仪、示波器等)，将输出端的信号送到可编程衰减器路径损耗模块。
[0008]步骤三:对定向耦合器A输出端信号进行可编程衰减，得到干扰信号。定向耦合器A将发射信号直接输出到可编程衰减器路径损耗模块中的可编程衰减器。因为可编程衰减器的衰减对于电波传播损耗是窄带的，而接收设备受到干扰频点一般也是窄带的，所以需要对所测接收设备较为敏感的干扰频点(如本振频点、谐波频率、互调频率和交调频率等)进行分段的电波传播损耗计算，而不需对所有的频率通过可编程衰减器路径损耗模块进行可编程衰減。这样可以缩短计算的时间，减小计算的复杂度。
[0009]上述所述可编程衰减是在可编程衰减器中实现的，所述的可编程衰减器采用路径损耗计算结果进行可编程衰减，所述的路径损耗计算采用的算法包括通视情况路径损耗算法和非通视情况路径损耗算法，经过上述算法得到的结果进行修正后直接输入到可编程衰减器中对定向耦合器A输出端信号进行可编程衰減。
[0010]步骤四:对可编程衰减器路径损耗模块进行可编程衰减后得到的干扰信号进行测试回放。经过可编程衰减后的干扰信号通过定向耦合器B输出:耦合端信号通过基于路径损耗的地理信息回放系统记录和回放。基于路径损耗的地理信息回放系统可以回放展现发射设备和接收设备所在的地理位置和干扰信号的场强覆盖情况，可以将经过测试分析的数据用图形化、可视化的方式形象显示出来。
[0011]基于路径损耗的地理信息的回放系统包括数据储存模块，可以保存一段时间内定向耦合器B耦合端的输出信号。并且可通过信号回放平台(如信号发生器)回放和复现产生记录的定向耦合器B耦合端的输出信号。
[0012]步骤五:定向耦合器B或信号回放平台输出端信号可以采用如下两种方法中的任意一种输出到接收设备，再根据电磁兼容测试标准测试接收设备的电磁兼容性。
[0013](I)采用直接注入的方法，通过传输电缆B将定向耦合器B或信号回放平台输出端信号直接送到接收设备。
[0014](2)采用全向发射天线辐射发射的方式，使用满足频率和带宽条件的全向发射天线在满足远场测试的条件下通过辐射的方式照射到接收设备上。
[0015]步骤六:根据实验相应的测试标准，接收设备中的电磁兼容性测试模块判断测试结果是否满足电磁兼容性，记录結果，形成报告。
[0016]本发明基于地理信息系统的收发设备间电磁兼容性评估测试系统及其测试方法的优点在于:
[0017](I)实现了真实干扰源、接收设备与电磁兼容耦合通道仿真结果相结合评估收发设备的电磁兼容性。
[0018](2)对真实的干扰信号进行采集，并将衰减后的信号通过直接施加到真实的接收设备上，与传统的电磁兼容预测和仿真相比，结果更加接近真实的情况，精度更高。
[0019](3)适用于窄带衰减，但是可以分段对关键干扰频点进行测试，测试方法简单易操作，且提高测试效率。测试数据的可以通过GIS回放系统以及频谱分析仪等仪器显示出来。方便了测试的操作，使数据形象化、直观化。
[0020](4)回放系统增加了保存和预测电磁干扰场景模式，不需要多次产生发射信号，这样可以保持测试条件的一致性。也可以将测试数据记录起来，作为以后测试的数据样本。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1是本发明基于地理信息系统和可编程衰减器的电磁兼容性测试方法的流程图；
[0022]图2是本发明中可编程衰减器路径损耗模块的结构框图；
[0023]图3是本发明中基于路径损耗的地理信息的回放系统的结构框图。【具体实施方式】
[0024]下面将结合附图和实施例对本发明做进ー步的详细说明。
[0025]首先，结合附图详细阐释本发明中基于地理信息系统和可编程衰减器的电磁兼容性测试系统的组成。參见图1，所述的电磁兼容性测试系统包括如下组成部分:
[0026]发射设备、传输电缆A、定向耦合器A、前端监测设备、可编程衰减器路径损耗模块、定向耦合器B、基于路径损耗的地理信息回放系统、信号回放平台、传输电缆B、全向发射天线和电磁兼容性测试模块(也称接收设备)。
[0027]电磁兼容性测试系统中各个模块和设备的连接方式为:发射设备通过传输电缆A与定向I禹合器A的输入端连接,定向I禹合器A的I禹合端连接前端监测设备,定向I禹合器A输出端连接可编程衰减器路径损耗模块。所述定向耦合器B的输入端连接可编程衰减器路径损耗模块，定向耦合器B耦合端连接基于路径损耗的地理信息回放系统，定向耦合器B输出端通过传输电缆B或者全向发射天线连接电磁兼容性测试模块。同时，可以用信号回放平台连接基于路径损耗的地理信息回放系统中的数据储存模块，通过传输电缆B或全向发射天线连接电磁兼容性测试模块。
[0028]电磁兼容性测试系统中测试信号的流向如下:发射设备的发射信号通过传输电缆A直接注入到定向f禹合器A的输入端,发射信号一部分通过定向I禹合器A的I禹合端传输到前端监测设备(包括示波器、频谱仪等)，另一部分通过定向耦合器A的输出端输入到可编程衰减器路径损耗模块中进行可编程衰减和修正。经过可编程衰减和修正后的信号，一部分传输到连接在定向耦合器B耦合端的基于路径损耗的地理信息回放系统进行回放监视，另一部分信号通过传输电缆B或者全向发射天线传输到接收设备，通过接收设备上的电磁兼容性测试模块检测接收设备的电磁兼容性。所述的基于路径损耗的地理信息回放系统可以记录经过可编程衰减和修正的信号，并通过信号回放平台(如信号发生器)回放产生测试信号，测试信号通过传输电缆B或者全向发射天线传输到接收设备。
[0029]參见图2，所述的可编程衰减器路径损耗模块包括可编程衰减器、路径损耗计算模块和测试系统衰减修正模块。地理信息模块和收发设备状态模块向可编程衰减器路径损耗模块提供路径损耗计算所需的地理环境和电磁环境数据。其中，地理信息模块提供测试所需数据，包括地理信息和电磁环境信息(如接收设备电磁环境数据)；收发设备状态模块包括接收设备的设备參数信息、发射设备的设备參数信息和收发设备三维运动參数。路径损耗计算模块结合上述地理信息模块、收发设备状态模块传入的參数对不同频率的信号分段进行衰减计算，路径损耗衰减算法參见下文中的步骤三。经过衰减计算的结果再通过测试系统衰减修正模块修正，修正算法參见下文中的步骤三。经过修正后的结果传输到可编程衰减器中，用于对定向耦合器A输出端信号进行不同频率的分段衰减。所述的地理信息包括接收设备的经度、纬度、高度信息，发射设备的经度、纬度和高度信息，接收设备和发射设备之间连线上的高度、坡度、梯度、剖面和植被覆盖等与地理相关的信息。所述的电磁环境信息包括发射设备和接收设备所在位置的电磁背景噪声。
[0030]所述的发射设备的设备參数包括:发射功率、发射带宽、发射设备工作频率、发射效率、噪声特性、谐波抑制特性、杂波抑制特性带外特性、天线倾仰角、天线系数等重要參数；接收设备的设备參数包括:接收机灵敏度、选择特性、交调抑制特性、频率稳定性、本振辐射特性、接收机工作频率、接收天线方向性、接收天线増益、接收天线天线系数、接收天线带外特性等重要參数。所述的收发设备三维运动參数包括发射设备和接收设备的运动速度、运动方向、加速度等參数。
[0031]參见图3，本发明中基于路径损耗的地理信息回放系统的架构根据2007年9月上海交通大学周承诚的硕士论文《GIS无线网络管理系统的研究与实现》，第3章GIS无线网络管理系统的设计的公开内容改进。本发明中基于路径损耗的地理信息回放系统的组成为:数据导入模块、备份恢复模块、数据库、用户基本操作模块、空间数据引擎、地图引擎、数据回放展现模块、信息查询模块，专题分析功能模块、数据储存模块、打印模块、服务器或计算机、用户界面等。其中专题分析功能模块和数据储存模块为本发明的増加部分，专题分析功能模块实现的功能在步骤四中详细阐释，数据储存模块的功能在步骤五中详细阐释。
[0032]基于路径损耗的地理信息回放系统的数据流向如下:数据导入模块将图2 (可编程衰减器路径损耗模块的结构框图)所述的地理信息模块的数据(包括地理信息数据、电磁环境信息数据)，收发状态模块的数据(发射设备和接收设备的设备參数、收发设备的三维运动參数等和图1 (基于地理信息系统和可编程衰减器的电磁兼容性测试系统的结构框图)所示定向耦合器A输出端可编程衰减前信号及定向耦合器B耦合端的可编程衰减后信号导入到基于路径损耗的地理信息回放系统的数据库中。数据库的数据可以通过备份恢复模块备份。用户基本操作模块可以对数据库进行直接的増加、删除、修改、查询、索引等操作。通过空间数据引擎和地图引擎可以在服务器或计算机上实现数据回放展现模块、信息查询模块、专题分析功能模块、数据储存模块、打印模块的功能。最后，这些模块和操作都可以通过良好的用户界面实现人机交互。
[0033]基于上述的电磁兼容测试系统，本发明还提供一种测试方法，參见图1，所述测试方法具体的实施步骤如下:
[0034]步骤ー:测试系统接收发射设备发射信号。
[0035]用发射设备作为测试系统的发射端，采用直接注入法，拆除发射设备的天线(若发射设备有天线)，用传输电缆A直接将发射设备的发射信号注入到定向耦合器A的输入端。传输电缆A的电缆损耗应该事先被严格测试和记录。
[0036]步骤ニ:定向耦合器A输入端接收发射设备直接输入的发射信号，通过定向耦合器A在线测量和监测输入的发射信号，将耦合端的信号送到前端监测设备(包括频谱仪、示波器等)，将输出端的信号送到可编程衰减器路经损耗模块。
[0037]步骤三:对定向耦合器A输出端的发射信号进行可编程衰減。定向耦合器A将信号直接输出到可编程衰减器。因为可编程衰减器的衰减对于电波传播损耗是窄带的(即ー定带宽的电波衰减程度随频率的变化是非线性的)，而接收设备受到干扰频点一般也是窄带的，所以需要对所测接收设备较为敏感的干扰频点(如本振频点、谐波频率、互调频率和交调频率等)进行分段的电波传播损耗计算，而不需对所有的频率衰減。这样可以缩短计算的时间，减小计算的复杂度。
[0038]所述的电波传播损耗计算包括通视情况路径损耗算法和非通视情况路径损耗算法。本发明中路径损耗算法只考虑地球表面均匀大气的电波传播，不考虑大气波导模式。
[0039]当传播路径满足通视条件时(即发射设备和接收设备之间满足没有有效遮挡物的条件)，用自由空间的电波传播算法或地面反射双径模型。自由空间的电波传播是电波在一种理想的、均匀的、各向同性的介质空间中，不发生反射、折射、散射和吸收现象的电波传播情况，这样只存在电磁波能量扩散而引起的传播损耗。当电磁波在不同介质交接处，会发生反射。地面反射双径模型不仅考虑了空中的直射传播路径，还考虑了地面的反射路径。本发明中所述的通视情况路径损耗算法为机械エ业出版社于2003年8月出版的《移动传播环境》，杨大成編著；第3章第3.2节自由空间的传播和第3.3节反射公开的内容。
[0040]通视情况的地面反射双径模型路径损耗算法的公式为:
[0041]
【权利要求】
1.一种基于地理信息系统和可编程衰减器的电磁兼容性测试方法，其特征在于包括如下: 步骤ー:测试系统接收发射设备发射信号； 采用直接注入法，用传输电缆A直接将发射设备的发射信号注入到定向耦合器A的输入端; 步骤ニ:定向耦合器A输入端接收发射设备直接输入的发射信号，通过定向耦合器A在线测量和监测输入的发射信号，将耦合端的信号送到前端监测设备，将输出端的信号送到可编程衰减器路径损耗模块； 步骤三:对定向耦合器A输出端信号进行可编程衰减，得到干扰信号； 所述的可编程衰减器路径损耗模块包括路径损耗计算模块、测试系统衰减修正模块和可编程衰减器，所述的路径损耗计算模块根据地理信息和收发设备状态信息进行路径损耗计算，计算结果在测试系统衰减修正模块中进行衰减修正，然后将衰减修正结果输入到可编程衰减器中对定向耦合 器A输出端信号进行可编程衰减，得到干扰信号；步骤四:对所述干扰信号进行测试回放。经过可编程衰减后的干扰信号通过定向耦合器B输出:定向耦合器B耦合端信号通过基于路径损耗的地理信息回放系统记录和回放，并将记录结果保存在数据储存模块中； 步骤五:定向耦合器B或信号回放平台输出端信号采用如下两种方法中的任意ー种输出到接收设备，再根据电磁兼容测试标准测试接收设备的电磁兼容性: (1)采用直接注入的方法，通过传输电缆B将定向耦合器B或信号回放平台输出端信号直接送到接收设备； (2)采用全向发射天线辐射发射的方式照射到接收设备上； 步骤六:根据实验相应的测试标准，接收设备中的电磁兼容性测试模块判断测试结果是否满足电磁兼容性，记录結果，形成报告。
2.根据权利要求1所述的ー种基于地理信息系统和可编程衰减器的电磁兼容性测试方法，其特征在于:所述的路径损耗计算包括通视情况路径损耗算法和非通视情况路径损耗算法。
3.根据权利要求1所述的ー种基于地理信息系统和可编程衰减器的电磁兼容性测试方法，其特征在于:所述的衰减修正考虑传输电缆A和传输电缆B的传输损耗L1、L2、定向耦合器A和定向耦合器B的传输损耗L3、L4以及可编程衰减器的误差E1，得到修正后的最终的损耗计算结果为: L=Lm+LI+L2+L3+L4+EI (12)。
4.根据权利要求1所述的ー种基于地理信息系统和可编程衰减器的电磁兼容性测试方法，其特征在干:所述的信号回放平台回放和复现产生记录的定向耦合器B耦合端的输出信号，并作为测试信号。
5.一种基于地理信息系统和可编程衰减器的电磁兼容性测试系统，其特征在于:所述测试系统包括发射设备、传输电缆A、定向耦合器A、前端监测设备、可编程衰减器路径损耗模块、定向耦合器B、基于路径损耗的地理信息回放系统、信号回放平台、传输电缆B、全向发射天线和电磁兼容性测试模块，发射设备通过传输电缆A与定向耦合器A的输入端连接，定向耦合器A的耦合端连接前端监测设备，定向耦合器A输出端连接可编程衰减器路径损耗模块；所述定向耦合器B的输入端连接可编程衰减器路径损耗模块，定向耦合器B耦合端连接基于路径损耗的地理信息回放系统，定向耦合器B输出端通过传输电缆B或者全向发射天线连接电磁兼容性测试模块。同时，信号回放平台连接基于路径损耗的地理信息回放系统中的数据储存 模块，通过传输电缆B或全向发射天线连接电磁兼容性测试模块。
【文档编号】G01R31/00GK103454524SQ201310369530
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年8月22日 优先权日:2013年8月22日
【发明者】戴飞, 李文杰, 高万峰, 林健, 曾达, 李柏超 申请人:北京航空航天大学