本发明涉及一种微波暗室环境下，测试数据链的功率控制范围、步进以及通信低截获概率(lowprobabilityofintercept,lpi)品质因子的方法，用于评估数据链的lpi性能。
背景技术：
随着信息化的不断发展，空间电磁设备使用的不断扩张，复杂电磁环境发生重大改变，复杂多变的电磁环境，不仅影响电子设备的安全及装置性能，而且直接影电子设备性能的发挥，严重影响通信质量的下降。电磁兼容试验是验证电子设备电磁兼容设计的合理性及最终评价电子设备质量的手段，由于无线信道是个开放的空间，因此对其媒介特性的破坏及扰乱，同样将阻碍信号的传输。在实际信道中，噪声和干扰总是存在的。民用通信，特别是现代移动通信，在电磁环境日趋复杂的条件下，其本身的抗干扰能力也是一个非常重要的指标。为了科学地评价无线电中衰落环境下电子设备的电磁兼容性，必须对各种干扰源的干扰发射量、干扰传递特性以及电子设备的干扰敏感度进行定量测定。通过定量测定，可以鉴别产品是否符合电磁兼容性标准或规范；找出产品设计及生产过程中在电磁兼容性方面的薄弱环节，为用户安装和使用产品提供相关的数据。因此，电磁兼容性测试是电子设备研制、生产过程中不可缺少的重要环节。针对电磁环境可能存在的辐射源目标采用脉冲描述字(pdw)辐射电磁信号，该信号不能反映真实的电磁信号，仿真结果不具备说服力。在测试技术方面，基于电磁波传播理论，现有技术提出了微暗室、近场模拟开放空间实际环境的测试方法，采用微波网络系统辨识技术确定近场收发天线之间的传递函数，实现实时在线射频信道定量测量，降低无源互调，解决高功率防护和电磁兼容问题，完成了微波暗室运动平台的机械结构、控制系统、软件及通信系统的设计，并对系统指标进行评估，虽然能够对复杂电磁环境进行室内逼真复现，但是暗室改造成本过高，难以大范围推广。微波暗室既适合小型电子设备也适合大型电子设备的辐射电磁场抗扰性试验和辐射电磁场发射测量。
无线电数据链是电子设备系统的重要组成部分，数据链的可靠性是影响电子设备可靠运行的关键因素，信道编码是提高数据链可靠性的重要途径。数据链是按照规定的消息格式和通信协议，利用各种调制解调技术、纠错编码技术、组网通信技术和信息融合技术等，以面向比特的方式实时传输格式化数字信息的地/空、空/空、地/地间的无线数据通信系统。非线性步进信号具有良好的旁瓣及栅瓣抑制性能，提高数据率意味着脉冲数n的减少和步进间隔δf的增加。数据链测试系统组成被测数据链系统的性能指标覆盖射频性能、时间同步、信号格式、图像处理、电磁兼容、天线跟踪等方面。目前，对电子设备数据链信道编码的模拟方法一般有两种，一种是数字仿真，它不能逼真地模拟数据链信道编码在实际飞行场景下的性能。另一种是进行实际试验或野外拉距离试验.这种方法试验周期长，编码，产生信道编码码流；传输信道模型加载根据数据链传输不具备可复性，而且试验数据提取困难，试验成本高。传统的数据链测试方法多以传输系统的静态性能参数检测为主，难以对数据链出现的瞬态异常情况做出正确地判定，更不可能对正常使用情况进行动态仿真测试，最终也就不能有效地保证数据链无故障可靠应用。传统的仪表驱动技术需要根据不同厂商生产的仪表而编写相应的仪表驱动代码，增加系统的复杂性；而且使用该驱动技术，需要依照统一格式编写特定仪表的脚本文件，需要实时解算干扰源及通信接收方相对于通信发送方的方位角、俯仰角信息，通过角度过比动态切换微波开关，实现干扰模拟源的信号输出。当可用的不同型号仪表增加时，原有程序无法对该新型号仪表进行驱动，限制系统的灵活扩展性，不符合程序设计的要求。现有技术硬件组成数据链测试系统主要由工业计算机和数据链模拟模块组成。计算机内部扩展多个rs-422串行接口和usb2.0接口。其中对外的rs-422口用于与数据链测试系统传输双向串行数据，接收指令信息，并通过对内的rs422接口将数据链传输的状态信息传送到数据链测试系统，同时也能够对数据链模拟设备进行指令控制。工业计算机还用于测试，接收数据链测试系统的命令或由本地产生命令，通过数字接口程控衰减器，内部插接pci-9846高速数据采集卡，完成图像数据的采集及图像分析处理，并实现图像存储和回放。动态链接库和系统配置文件是软件服务层的主要内容，在软件服务层实现对硬件板卡的管理和调度驱动程序，并完成接口服务层到硬件接口之间的转换。测试天线微暗室屏蔽罩置于已经安装了天线被测体上，接收被测设备发射的大功率信号，并且对被测设备的发射信号有一定程度的屏蔽作用。测试天线微暗室屏蔽罩设计为正方形截面，顶面平行于地面。测试天线微暗室屏蔽罩底部需要与设备本体边界曲线进行共形设计，并底部覆盖较厚的吸波橡胶材料，既可以吸收电磁波，又能够进一步地实现共形设计；内部天线的设计采用宽带圆形单极子天线，可以满足尺寸、重量以及带宽的要求。飞行器采用超短波进行无线通信，无线电波的传播特点是直线传播，传播首先遇到了视距的问题。在通信链路中，飞行器通信系统中也存在由不同传播路径引起的多径分量。同时和微波通信信道类似，飞行器通信信道中存在较强的地面反射波，构成两径信道模型。另外，由于飞行器存在一定的飞行速度，还要考虑其造成的多普勒效应。极限视线传播距离对于超短波来说，其波长一般都在几米和几厘米的范围之内，所以它绕不过普通的障碍物。因为超短波可以穿透电离层，也不能像短波那样通过电离层反射进行传播。所以超短波的传播首先遇到了视距的问题。在实际航空通信链路中，其传播途径至少有一部分是在对流层中，因此必然要受到对流层这一传输媒介的影响，由于并非均匀介质，它的温度湿度以及气压均随时问和空间变化，因而会产生折射和吸收现象，将直接影响实现传播的直线距离。
现代电子设备面临的电磁环境复杂，外场测试易受干扰和多径影响，需要在微波暗室环境下测试各种lpi指标。数据链作为重要的射频传感器，为了改善数据链的lpi性能，采用了辐射功率控制、定向窄波束、通信低截获概率lpi波形等多种lpi措施。为了评估数据链的lpi性能，需要测试的主要指标有功率控制范围、步进以及通信lpi品质因子等。数据链的功率控制主要通过自适应调节通信距离、传输速率、链路余量来实现。lpi的功率控制是避免被截获。在国内外现有文献资料中，如何在微波暗室环境下对数据链功率控制范围、步进以及通信lpi品质因子进行测试与评估，尚未看到详细、成熟的测试与评估方法。仅在设备研制过程中对数据链的功率控制范围和步进指标进行了摸底测试，测试内容包括微波暗室中的手动功率控制测试以及空中试飞中的自动功率控制测试，但测试存在缺陷。在微波暗室环境中，由于暗室试验场景的静区特性和尺寸限制，手动功率控制测试能考察功率控制指标的满足性，不能验证功率控制策略。在空中试飞环境中，因为试飞试验场景的重现性差且数据链辐射信号特征不能准确受控，自动功率控制测试能考察功率控制策略的有效性，但不能定量验证指标。对于通信lpi品质因子的测试评估研究，仅仅给出了指标的定义及其影响因素分析，推导了典型数据链通信lpi品质因子的理论计算公式，但并未给出指标的测试与评估方法。
通信低截获概率lpi性能测试与评估是验证电子设备lpi设计的合理性及最终评价电子设备lpi水平高低的手段，是性能测试与评估是电子设备研制、生产过程中不可缺少的重要环节。通过定量测定，可以鉴别产品是否满足lpi性能要求，找出产品设计及生产过程中在lpi性能方面的薄弱环节，为用户改进设计提供相关的数据。
针对外场测试电磁环境可能存在的多径和干扰，测试结果不具备说服力。在测试技术方面，目前在微波暗室和地面外场环境下，对电子设备的功率控制范围和步进进行了测试。然而存在两个问题：一是目前的测试都是在手动功率控制方式下的静态测试，由操作者选择不同的功率等级进行辐射功率测试，而真正在电子设备上应用的是自适应功率控制，这就要求在电子设备正常工作过程中对辐射功率进行连续监测、动态测试；二是受功率计、频谱仪等仪器设备的灵敏度限制，当发射端功率控制量较大时，无法进行功率的有效测试，难以验证功率控制的大动态指标。
综上所述，关于数据链lpi性能的测试评估问题，一方面，国内外现有文献资料中，缺乏详细、成熟的测试与评估方法；另一方面，测试环境的复杂性也给测试工作带来了巨大的挑战。因此，在微波暗室环境下，给出数据链功率控制范围、步进以及通信lpi品质因子的测试与评估方法，是现阶段数据链lpi性能测试评估工作中亟待解决的关键问题。
技术实现要素：
本发明的目的是针对现有技术存在问题，提出一种定量测试精度高，自动化水平高、工作可靠，可以对数据链lpi水平进行定量考核，测试评估数据链lpi品质因子性能的方法，以解决数据链lpi性能的评估问题。
本发明的上述目的可以通过工控机的想定驱动系统、数据链天线1和数据链天线2的隐蔽通信、截获接收机对数据链天线2通信信号的全概率截获、工控机的分析评估系统等四个措施来达到。一种测试评估数据链lpi性能的方法，其特征在于包括如下步骤：微波暗室环境下，将通信距离为d的数据链天线1、数据链天线2发射的通信信号与干扰信号，通过微波天线注入截获接收机，通过数据链端机1、数据链端机2注入工控机的想定驱动系统；工控机想定驱动系统依据空间目标位置信息模拟距离变化、最大目标距离和最小目标距离，设定满足数据链功率控制范围和步进要求的功率值，自动模拟离散的航迹点和连续的航迹段；截获接收机将接收到的通信信号与干扰信号的总和通过微波电缆传送至工控机的分析评估系统，工控机分析评估系统，计算无线电通信数据链天线1的通信信号和数据链天线2的干扰信号的空间传播衰减，排除数据链天线2的干扰信号，自动调节数据链端机1和数据链端机2的传输速率、链路余量以及截获接收机的前端衰减，将试验中测量得到的不同通信距离处的辐射功率、最大辐射功率、最小辐射功率进行对比，对比法测量功率控制范围和步进，将现有场地尺寸和配试条件下得到的通信距离和截获距离等效折算到真实空中试飞场景，计算数据链的通信lpi品质因子。
本发明具有如下有益效果：
定量测试精度高。本发明在微波暗室环境下，通过想定驱动系统同步调节数据链的链路余量、传输速率以及截获接收机的前端衰减，分别到达临界通信状态和临界截获状态，测得通信距离和截获距离，再通过工控机的分析评估系统将试验中测量得到的通信距离、截获距离、数据链的链路余量和传输速率以及截获接收机的前端衰减等，等效折算到实际场景下的通信距离和截获距离，利用对比法得到数据链的功率控制范围、步进，计算得到通信lpi品质因子，定量测试精度高。通过测试设备的功率控制范围、步进以及通信lpi品质因子，评估数据链的lpi能力，可以降低其向外发射的无线电信号强度，优化辐射特征，令测试设备的生存能力和通信能力得到较大提升。
自动化水平高。本发明通过工控机的想定驱动系统自动控制数据链的开关状态、工作模式、lpi波形、辐射空域等，自动调节数据链的链路余量、传输速率以及截获接收机的前端衰减，自动模拟离散的航迹点和连续的航迹段，实现lpi性能指标的测试评估，具有较高的自动化水平。
工作可靠。本发明想定驱动系统自动调节数据链的链路余量、传输速率以及截获接收机的前端衰减，自动模拟离散的航迹点和连续的航迹段，根据当前时刻数据链的模拟位置信息、天线扫描中心以及天线选择实时控制截获接收机的前端衰减、微波开关的切换和暗室中的相应微波天线辐射出真实的干扰信号，用缩比的静态微波暗室场景模拟真实的动态空中试飞场景，保证对数据链信号的全概率截获，工作可靠。工控机的分析评估系统，计算无线电通信数据链信号的空间传播衰减和空间目标位置信息模拟距离变化、最大目标距离和最小目标距离，设定满足数据链的功率控制范围和步进要求的值，采用频域宽开覆盖数据链信号的频率扫描范围，采用空域宽开覆盖数据链信号的波束覆盖范围，采用斜极化避免大的极化失配。
本发明适用于微波暗室环境下数据链功率控制范围、步进以及通信lpi品质因子的测试，可以定量评估数据链的lpi性能水平，对于指导和改进数据链lpi技术来说，具有重要意义。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的数据链微波暗室测试场景示意图。
图2是本发明数据链信号链路传输示意图。
图3是本发明数据链通信lpi品质因子示意图。
具体实施方式
参阅图1。在微波暗室测试场景中，实线表示数据链通信链路，虚线表示数据链截获链路。吸波材料消除数据链端机2的干扰信号。数据链在射频系统管控的作用下，采用辐射功率控制、定向窄波束、lpi波形等技术实现隐蔽通信。截获接收机模拟前端空间传播衰减，对数据链端机1的信号进行侦收，依据数据链不同的波束指向，可以侦收主瓣信号或副瓣信号。为满足对数据链信号的全概率截获，工控机的想定驱动系统设置截获接收机的频率范围以及天线指向，管控数据链的开关状态、工作模式、lpi波形、辐射空域等模拟载体的姿态、位置、高度和速度信息，计算数据链信号的空间传播衰减。数据链工作在不同的编队距离，辐射不同的功率，信号采用指定的测试频点。试验过程中，可以测试离散的航迹点，也可以测试连续的航迹段。
微波暗室环境下，将通信距离为d的数据链天线1、数据链天线2发射的通信信号与干扰信号，通过微波天线注入截获接收机。工控机的想定驱动系统依据空间目标位置信息模拟距离变化、最大目标距离和最小目标距离，设定满足数据链的功率控制范围和步进要求的值，自动模拟离散的航迹点和连续的航迹段。截获接收机将接收到的通信信号与干扰信号的总和，通过微波电缆传送至工控机的分析评估系统。工控机的分析评估系统，计算无线电通信数据链天线1的通信信号和数据链天线2的干扰信号的空间传播衰减，排除数据链天线2的干扰信号，自动调节数据链端机1和数据链端机2的传输速率、链路余量以及截获接收机的前端衰减，将试验中测量得到的不同通信距离处的辐射功率、最大辐射功率、最小辐射功率进行对比，对比法测量功率控制范围和步进，将现有场地尺寸和配试条件下得到的通信距离和截获距离等效折算到真实空中试飞场景，计算数据链的通信lpi品质因子。
想定驱动系统在想定的推进过程中，用缩比的静态微波暗室场景模拟真实的动态空中试飞场景，调节数据链的链路余量和传输速率，直至达到临界通信状态，即丢包率和误码率刚好超过限值。调节截获接收机的前端衰减，直至达到临界截获状态，即参数测量误差刚好超过限值。为解决微波暗室场地尺寸的限制以及配试条件的限制，工控机分析评估系统利用截获接收机的前端衰减，将现有场地尺寸和配试条件下得到的通信距离和截获距离，通过对比法测量功率控制范围和步进，等效折算到真实空中试飞场景和研制要求配试条件下的通信距离和截获距离，计算数据链的通信lpi品质因子。
参阅图2。在微波暗室环境下，在功率控制范围和步进测量中，工控机分析评估系统通过对比法测量功率控制范围x，x＝max[pi]-min[pi]＝max[li]-min[li]和功率控制步进χi，χi＝pi-pi-1＝li-li-1，计算数据链功率控制下的辐射功率
pi＝δ+ll+li+lm-gr+ll＝32.44+20log10(r)+20log10(f)
式中，δ为截获接收机灵敏度(dbm)，ll为馈线损耗加限幅损耗(db)，li为数据链功率控制下截获接收机的前端衰减(db)，lm为失配损失(db)，gr为接收天线增益(db)，l为截获链路自由空间衰减值(db)，r为微波天线与数据链天线的距离(km)，f为信号频率(mhz)，max[g]和min[g]分别表示取最大值和最小值。
由上式可见，通过对比法，可以消除截获接收机的各种固有参数δ、ll、lm、gr以及l对功率控制范围和步进测试的影响。
试验中，数据链的有效辐射功率p没有标定，但可假定等效折算的两次试验中，有效辐射功率p和数据链的各种固有参数保持恒定。在数据链通信链路中，lp及g/t为数据链的各种固有参数，f和d为试验已知量。故，试验过程中仅需测定传输速率rb和链路余量th，数据链的有效辐射功率p计算公式为
p＝10log10(rb)+lp+th-g/t+ld，ld＝32.44+20log10(f)+20log10(d)
式中，rb为传输速率(bps)，lp为指向损耗加极化损耗(db)，th为链路余量(db)，g/t为天线g/t值(db/k)，ld为通信链路自由空间衰减(db)，d为数据链通信距离(km)。
假定两次试验的有效辐射功率p保持恒定，有
10log10(rb1)+th1+20log10(d1)＝10log10(rb2)+th2+20log10(d2)
代入试验中数据链两幅天线之间的距离d1，设置的链路余量th1和传输速率rb1，折算到链路余量th2和传输速率rb2时，数据链的实际通信距离d2。
在截获距离折算中，工控机分析评估系统根据微波天线与数据链天线之间的距离r1和前端衰减lf1，折算得到实际系统灵敏度下的等效截获距离。同理，试验中，数据链的有效辐射功率p没有标定，但可假定等效折算的两次试验中，有效辐射功率p和截获接收机的各种固有参数保持恒定。在数据链截获链路中，p计算公式为
p＝δ+ll+lf+lm-gr+32.4+20log10(f)+20log10(r)
其中，δ、ll、lm及gr为截获接收机的各种固有参数，f和r为试验已知量。故，试验过程中仅需测定前端衰减lf。
假定两次试验的有效辐射功率p保持恒定，有
lf1+20log10(r1)＝lf2+20log10(r2)
代入试验中微波天线与数据链天线之间的距离r1，设置的前端衰减lf1，折算到截获接收机的实际截获距离r2时，前端衰减lf2＝0。
在通信lpi品质因子计算中，工控机的分析评估系统定义lpi品质因子为
式中，d为通过数据链端机1到数据链端机2之间的通信链路的通信距离(km)，r为截获接收机与数据链端机1之间截获数据链的距离(km)，qant为天线品质因子(db)，qis为干扰抑制品质因子(db)，qmod为调制品质因子(db)，qatm为大气品质因子(db)。
1)当d＞r时，数据链的通信距离大于截获接收机对数据链的截获距离，此时，qlpi＞0，数据链能完成通信，而不被截获接收机探测到，认为数据链对此截获接收机是低截获的，qlpi越大，低截获品质越好。
当d＜r时，数据链的通信距离小于截获接收机对数据链的截获距离，此时，qlpi＜0，数据链尚未完成通信就被截获接收机探测到，认为数据链对此截获接收机是非低截获的，qlpi越小，低截获品质越差。
当d＝r时，数据链的通信距离与截获接收机对数据链的截获距离相当，处于低截获临界状态。