专利名称：一种距离零值测试系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种测试系统，尤其涉及一种距离零值测试系统用于距离零值测
试ο
背景技术：
距离零值是卫星应答机自身的距离值，其测试原理为卫星处于“测距转发通”状态，通过测试“DTU测量通路”、“自校准支路”的时延，扣除地面测试设备引入的距离误差，即可得到卫星的距离值。计算公式为
CT及。=yX ((Dmeas - Dwire) - (Dcal - D— )) + -其中一C为光速，Dmeas为DTU测量通路的时延，Dwire为星地电缆的总时延，Deal为自校准支路的时延，Dconv为自校准变频器的时延，T为测距音的周期。采用传统测试系统测试距离零值显现出以下几点不足(1)传统测试系统里，中频解调、基带比相均使用模拟方法，在模拟信号处理过程中，由于抗噪性能不佳，容易对信号的质量造成影响；另外，模拟信号处理使用硬件模块，成本高，不易扩展。( 一方面，传统的测控专用设备稳定性不高，在调试、测试过程中它不时地会出现一些问题，包括操作系统问题、显控软件问题、与上位机通信问题等，尤其是从上位机获取测距数据时，时常会发生异常而需要重新启动测距，很大程度上影响了测试的自动化水平；另一方面，传统专用设备的参数设置较多，其设置不当会对测试结果造成影响，个别参数的设置则需要更改操作系统的注册表，不够直观，容易出错。(3) 一台传统的测控专用设备造价非常昂贵，约为人民币100万元以上，相比其它通用测试设备，该造价过高。另外，从未来各分系统射频测试设备集成的角度考虑，该专用设备也不利于集成。传统测试系统不便于开展测距相关的研究、开发或改进。由于测距相关算法集成在传统专用设备的内部，完全受制于设备本身，无法在其基础上进行更深入的研究或二次开发。
实用新型内容本实用新型的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供一种距离零值测试系统，具有数字化、模块化、通用化的优点。本实用新型的技术解决方案是一种距离零值测试系统，包括信号源、第一切换开关、自校准变频器、第二切换开关、下变频器、数据采集系统和测试计算机，信号源生成一路低频信号和一路射频信号，射频信号通过第一切换开关分别输入至自校准变频器和星上应答机，星上应答机对射频信号进行解调调制后输出稍低频率的射频信号，自校准变频器直接对输入的射频信号进行下变频形成与应答机输出频率相同的射频信号，第二切换开关对应答机与自校准变频器输出的射频信号进行切换，应答机与自校准变频器输出的射频信号由下变频器下变频至70MHz中频信号，信号源产生的低频信号和70MHz中频信号均由数据采集系统进行采集，测试计算机对数据采集系统采集的70MHz中频信号进行解调、参数估计，测试计算机对数据采集系统采集的低频信号进行参数估计，由70MHz中频信号的参数估计值和低频信号的参数估计值进行比相即可得到两个通路的相位差进而获得两个通路的距离零值。本实用新型与现有技术相比有益效果为本实用新型由信号源、第一切换开关、自校准变频器、第二切换开关、下变频器、数据采集系统和测试计算机组成，两个切换开关将 DTU测量通路和校准通路分开，由数字信号采集系统进行信号采集，将模拟信号在时间上离散化、幅值离散化，信号处理在测试计算机中进行，该系统的组成简单，按照通用数字采样设备最多25万人民币计算，成本比传统测试系统低75%以上；另外本实用新型采用标准化、模块化的硬件体系结构，具备很强的开放性和可扩展性，通过软件的更新、加载，可以在不添加硬件开销的情况下，增加新的功能、适应新的模式、符合新的标准。
图1为本实用新型的系统组成框图。
具体实施方式
如图1所示，包括信号源、第一切换开关、自校准变频器、第二切换开关、下变频器、数据采集系统和测试计算机，信号源生成一路低频信号和一路射频信号，射频信号通过第一切换开关分别输入至自校准变频器和星上应答机，星上应答机对射频信号进行解调调制后输出稍低频率的射频信号，自校准变频器直接对输入的射频信号进行下变频形成与应答机输出频率相同的射频信号，第二切换开关对应答机与自校准变频器输出的射频信号进行切换，应答机与自校准变频器输出的射频信号由下变频器下变频至70MHz中频信号，信号源产生的低频信号和70MHz中频信号均由数据采集系统进行采集，测试计算机对数据采集系统采集的70MHz中频信号进行解调、参数估计，测试计算机对数据采集系统采集的低频信号进行参数估计，由70MHz中频信号的参数估计值和低频信号的参数估计值进行比相即可得到两个通路的相位差进而获得两个通路的距离零值。其中信号源采用带调制的信号源(如E8257D)，开关切换、两个切换开关使用专用开关矩阵，下变频器采用带中频输出的频谱仪(如E4440A)，信号采集系统采用数字采样示波器(DS08064A)。测试计算机完成信号解调、参数估计和比相。信号源输出一路27. 778KHz 的低频信号和一路6GHz的射频信号，低频信号频率为UCB体制测控规定的主音频率，低频信号输出至信号采集系统的A通道，射频信号经过内部解调后经过切换开关输出至应答机和自校准变频器，应答机将6GHz的射频信号经过调制解调后输出4GHz的射频信号，绕后由下变频器变到70MHz中频，输出给信号采集系统的B通道。测试计算机将A路信号进行参数估计、B路信号进行数字解调及参数估计，之后对两路进行比相得出距离差值。测试计算机中的处理软件包括解调模块、参数估计模块和比相模块。解调模块，输入端为PM信号，输出端为调制信号。参数估计模块，输入端为调制信号，输出端为其频率、 相位。比相模块，输入端为两个调制信号的频率、相位，输出端为其相差值、距离差值。本实用新型测试计算机中解调模块的作用是从采样的70MHz中频信号中提取原始调制信号。解调过程包括下变频、低通滤波、载波提取、调制信号提取，各节点信号表示如下信号采集系统采样的70MHz中频信号Spm = AcCos (ω ckT+ β sin (ω mkT+ Φ m) + Φ c)其中，Α。为载波幅度，ω。为载波角频率，Φ。为载波初相位，β为调制度，ωω为调制信号角频率，Φω为调制信号初相位。下变频后-.Spmxe-Ja-kT =Spm cos{p clkT、-jSPM sin( 免Γ)其中，ωε1为载波角频率预估值。低通滤波后二 AeJ((n)kT^c)载波提取后=j其中，Qc est为载波角频率估计值，Φ。est为载波初相估计值。调制信号提取后cest= img(sme-jk-M-J)其中，img表示取虚部。参数估计模块的作用是对输入的正弦信号进行频率、初相位估计。其输入端为正弦波信号，输出端为频率、初相位估计值。参数估计过程包括下变频器、低通滤波、频率估计、初相估计。各节点信号表示如下正弦信号:S= Acos ( ω kT+ Φ )其中，A为信号幅度，ω为角频率，Φ为初相位。下变频后-.Sχ e~MkT = SCos(^1Arr)- jSsm(a,kT)其中，O1为角频率预估值。低通滤波后 ^= AejU"kT+$)其中，Δω = ω-ω10频率估计对上式进行求导，可得Δ ω的近似值Aw1 =jang^SLPP ■ SlPF{{k-\)τ)),
从而得到估计的频率=+(Δ辟+ωχ)
2π其中，ang表示取角度。初相估计4咖=ang^S^ χ e-JAa"kT)在参数估计中，为了达到相位精度要求，提出了一种迭代算法。该算法将第i次参数估计值作为预估值，代入第i + Ι次参数估计，通过比较这两次的估计误差，确定最终参数估计值。由于初相估计值是从频率估计值计算得到的，因此，频率、初相的估计精度都与频率估计值相关。而频率估计的精度又与低通滤波器的截止频率相关，截止频率越小估计越准确。但截止频率又不能太小，否则由于频率偏差的存在，实际载频可能处于滤波器带外， 因此截止频率需要有一个折中。考虑到随着迭代次数的增加频率估计值越准确，在第i次
估计中(i ^ 2)，取截止频率。
i本实用新型中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
权利要求1. 一种距离零值测试系统，其特征在于包括信号源、第一切换开关、自校准变频器、 第二切换开关、下变频器、数据采集系统和测试计算机，信号源生成一路低频信号和一路射频信号，射频信号通过第一切换开关分别输入至自校准变频器和星上应答机，星上应答机对射频信号进行解调调制后输出稍低频率的射频信号，自校准变频器直接对输入的射频信号进行下变频形成与应答机输出频率相同的射频信号，第二切换开关对应答机与自校准变频器输出的射频信号进行切换，应答机与自校准变频器输出的射频信号由下变频器下变频至70MHz中频信号，信号源产生的低频信号和70MHz中频信号均由数据采集系统进行采集， 测试计算机对数据采集系统采集的70MHz中频信号进行解调、参数估计。
专利摘要本实用新型公开了一种距离零值测试系统，由信号源、第一切换开关、自校准变频器、第二切换开关、下变频器、数据采集系统和测试计算机组成。两个切换开关将DTU测量通路和校准通路分开，由数字信号采集系统进行信号采集，将模拟信号在时间上离散化、幅值离散化，信号处理在测试计算机中进行，该系统的组成简单，按照通用数字采样设备最多25万人民币计算，成本比传统测试系统低75％以上；另外本实用新型采用标准化、模块化的硬件体系结构，具备很强的开放性和可扩展性，通过软件的更新、加载，可以在不添加硬件开销的情况下，增加新的功能、适应新的模式、符合新的标准。
文档编号H04B17/00GK202183774SQ20102067653
公开日2012年4月4日 申请日期2010年12月13日 优先权日2010年12月13日
发明者刘枫, 周慧, 谢华 申请人:中国空间技术研究院