一種基于Labview和第三方驅(qū)動(dòng)程序的自動(dòng)化無(wú)線電環(huán)境測(cè)試平臺(tái)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及無(wú)線電頻譜監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，適用于野外自動(dòng)化無(wú)線電環(huán)境測(cè)量以及大型射電天文望遠(yuǎn)鏡臺(tái)址堪選等領(lǐng)域。
技術(shù)背景
[0002]隨著電子技術(shù)的發(fā)展，射電天文設(shè)備逐步由數(shù)字化終端取代了原有的模擬終端。這樣大大提升射電天文觀測(cè)的效率，射電窗口以上幾乎整個(gè)無(wú)線電頻段都納入了射電天文觀測(cè)范疇。但隨著全社會(huì)信息化的飛速發(fā)展，越來(lái)越多的無(wú)線電頻段被使用，因此，無(wú)線電干擾(Rad1 Frequency Interference, RFI)越來(lái)越成為嚴(yán)重困擾射電天文觀測(cè)的因素，甚至對(duì)射電天文觀測(cè)帶來(lái)致命影響。無(wú)線電干擾主要在以下幾個(gè)方面影響射電天文觀測(cè):
[0003]1.造成接收機(jī)飽和，如果RFI在觀測(cè)頻段上過(guò)強(qiáng)，超過(guò)模擬接收機(jī)任何一級(jí)元件的最大輸入電平就會(huì)造成接收機(jī)飽和。在該種情況下，射電接收機(jī)無(wú)法接收到任何天文信號(hào);
[0004]2.由于模數(shù)轉(zhuǎn)換器(Analog to digital converter, ADC)的無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍(Spur1us Free Dynamic Range, SFDR)參數(shù)的存在，RFI過(guò)強(qiáng)時(shí)會(huì)導(dǎo)致假譜出現(xiàn)；
[0005]3.由于FFT算法自身的一些缺陷，RFI信號(hào)的頻譜會(huì)與通過(guò)窗函數(shù)和天文信號(hào)頻譜發(fā)生譜間干涉現(xiàn)象，最終形成假譜；并且會(huì)導(dǎo)致噪底不平坦，從而影響射電天文信號(hào)的相對(duì)定標(biāo)；
[0006]4.多RFI通過(guò)在傳輸介質(zhì)中的相互作用產(chǎn)生令人無(wú)法確定頻率的交調(diào)干擾，這種干擾非常難預(yù)料并很難通過(guò)傳統(tǒng)的方法濾除！
[0007]5.在接收機(jī)內(nèi)部，混頻時(shí)(包括模擬和數(shù)字混頻兩種)RFI信號(hào)和本振信號(hào)產(chǎn)生的調(diào)制頻率，也很容易落到感興趣的射電天文觀測(cè)頻帶中，影響到正常的天文信號(hào)的恢復(fù)與分析。
[0008]干擾消除已經(jīng)成為刻不容緩解決的重要問(wèn)題。目前采用規(guī)避RFI的方法主要有以下幾種:
[0009]1.”棄” (blanking)，可以分為兩種，一是放棄RFI過(guò)強(qiáng)的頻段，帶來(lái)的好處是從模擬接收機(jī)至數(shù)字處理器均無(wú)干擾信號(hào)注入，二是放棄干擾較強(qiáng)時(shí)刻的觀測(cè)數(shù)據(jù)，特別是針對(duì)脈沖型的干擾(pulse-type signal)可以有效濾除；
[0010]2.“阻”(shielding)，通過(guò)在接收機(jī)鏈路上相應(yīng)的無(wú)線電干擾頻點(diǎn)設(shè)置陷波器(notch filter)的辦法可以”阻擊” RFI，這樣做的好處是觀測(cè)帶寬損失較少，并且價(jià)格低廉，如果陷波器設(shè)置合理則有可能獲得“純凈”的頻段；
[0011]3.采用空間波束形成方法(spatial beam forming techniques):包括后處理旁辦干擾消除技術(shù)(post processing techniques sidelobe-beam nulling)和主動(dòng)空間波束形成技術(shù)(adaptive beam-forming techniques)避開(kāi)無(wú)線電干擾；
[0012]4.數(shù)字匹配濾波技術(shù)(digital matched filter techniques)，利用數(shù)字濾波器良好的性能，使濾波器趨近于維納解(wiener solut1n)可以達(dá)到很好的矩形系數(shù)，達(dá)到濾除無(wú)線電干擾的目的。
[0013]5.“躲”，選擇良好無(wú)線電環(huán)境的臺(tái)址。例如，F(xiàn)AST等一些大型的射電望遠(yuǎn)鏡通過(guò)選擇優(yōu)良的臺(tái)址并且采用無(wú)線電頻段保護(hù)實(shí)現(xiàn)了干擾的規(guī)避。這樣可以避開(kāi)地面RFI ;
[0014]綜上，在論證建設(shè)新的大型射電望遠(yuǎn)鏡時(shí)選擇無(wú)線電干擾較少的地區(qū)，并對(duì)該地區(qū)進(jìn)行長(zhǎng)期的無(wú)線電環(huán)境考察是必不可少的手段。
[0015]為此，構(gòu)建野外高效的無(wú)線電環(huán)境測(cè)試平臺(tái)是測(cè)量無(wú)線電環(huán)境的關(guān)鍵部分?！緦?shí)用新型內(nèi)容】
[0016]—種基于Labview圖形化編程軟件和第三方驅(qū)動(dòng)程序的自動(dòng)化無(wú)線電環(huán)境測(cè)試平臺(tái)主要適用于野外無(wú)線電環(huán)境測(cè)量及大型射電望遠(yuǎn)鏡臺(tái)址勘察等領(lǐng)域，主要解決野外快速無(wú)線電環(huán)境測(cè)量平臺(tái)搭建、快速開(kāi)展工作、全自動(dòng)化測(cè)量等問(wèn)題，具有安裝簡(jiǎn)易方便、全自動(dòng)化測(cè)量、數(shù)據(jù)便于管理等優(yōu)點(diǎn)。
[0017]本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下:
[0018]—種基于Labview和第三方驅(qū)動(dòng)程序的自動(dòng)化無(wú)線電環(huán)境測(cè)試平臺(tái)，本實(shí)用新型特征在于:分別由天線控制轉(zhuǎn)臺(tái)、總控電腦、頻譜儀三部分組成，其中總控電腦分別與天線轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)、頻譜儀相連；而集成于總控電腦中的控制程序包括實(shí)時(shí)天線轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)控制和頻譜儀控制兩個(gè)子模塊，其中實(shí)時(shí)天線轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)控制模塊通過(guò)串口向天線轉(zhuǎn)臺(tái)下發(fā)當(dāng)前的方位、俯仰值，頻譜儀控制模塊通過(guò)網(wǎng)線將總控電腦與頻譜儀相連具有設(shè)置控制頻譜儀的觀測(cè)參數(shù)，讀取觀測(cè)數(shù)據(jù)的功能。
[0019]本實(shí)用新型在天線控制轉(zhuǎn)臺(tái)前連接有測(cè)試天線，天線控制轉(zhuǎn)臺(tái)與主控計(jì)算機(jī)之間依序連接有寬帶低噪聲放大器、轉(zhuǎn)臺(tái)控制電纜、射頻信號(hào)電纜；其中測(cè)試天線、天線控制轉(zhuǎn)臺(tái)、轉(zhuǎn)臺(tái)控制電纜及主控計(jì)算機(jī)構(gòu)成了天線轉(zhuǎn)動(dòng)控制單元，起到控制測(cè)試方向的目的；寬帶低噪聲放大器、射頻信號(hào)電纜、頻譜分析儀及主控計(jì)算機(jī)構(gòu)成了頻譜測(cè)量及記錄單元。
[0020]本實(shí)用新型天線轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)控制模塊設(shè)定精確到1°的天線指向角度，以及精確到秒級(jí)的每指向角度的駐留時(shí)間；頻譜儀控制模塊采用了第三方提供的頻譜儀底層驅(qū)動(dòng)程序，同時(shí)可以精確到秒級(jí)遠(yuǎn)程讀取頻譜儀數(shù)據(jù)的能力。
[0021]本實(shí)用新型記錄監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的文件名由幾個(gè)關(guān)鍵的測(cè)量參數(shù)依次組成，包括天線的俯仰角、方位角，第幾測(cè)試頻段，以及測(cè)試年月日，提供給了其他用戶詳細(xì)的信息。
[0022]本實(shí)用新型采用天線自動(dòng)化控制系統(tǒng)+頻譜儀自動(dòng)測(cè)量記錄系統(tǒng)模式，可以自動(dòng)設(shè)置測(cè)試方向、每測(cè)試方向駐留時(shí)間、測(cè)試頻道、測(cè)試精度等。
[0023]其具體實(shí)施方案如下:
[0024]1.測(cè)試天線射頻輸出口直接與寬帶低噪聲放大器輸入端相連，其優(yōu)勢(shì)在于:減少了之間的連接電纜，可以降低測(cè)試系統(tǒng)的噪聲；
[0025]2.通過(guò)金屬卡座將測(cè)試天線固定于轉(zhuǎn)臺(tái)上，主控電腦通過(guò)RS232協(xié)議經(jīng)長(zhǎng)串口線控制轉(zhuǎn)臺(tái)；
[0026]3.低噪聲放大器輸出端通過(guò)長(zhǎng)射頻電纜與頻譜分析儀相連，主控電腦通過(guò)TCP/IP協(xié)議經(jīng)網(wǎng)線與頻譜分析儀相連；
[0027]4.在天線控制軟件方面，通過(guò)軟件可以設(shè)置天線觀測(cè)方向角，每個(gè)觀察方向角的駐留時(shí)間等參數(shù)；
[0028]5.在頻譜儀控制軟件方面，通過(guò)軟件可以設(shè)置分辨率帶寬(RBW)、觀測(cè)帶寬(span)、中心頻點(diǎn)(centre frequency)、掃描時(shí)間(sweep time)、平均次數(shù)(integratetime)、掃描點(diǎn)數(shù)(points)等參數(shù)；實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前頻譜儀抓圖；切換方向后自動(dòng)更新；顯示圖包括兩條測(cè)試線:最大保持+實(shí)時(shí)均值；
[0029]6.在程序啟動(dòng)后，天線自動(dòng)歸位到初始測(cè)試方向角，頻譜分析儀自動(dòng)從第一測(cè)試頻段開(kāi)始測(cè)量。
[0030]本實(shí)用新型的效果:
[0031]本實(shí)用新型具有操作可視化，數(shù)據(jù)記錄方便，操作簡(jiǎn)單以及易于野外操作等優(yōu)占.V.
[0032]1.采用模塊化設(shè)計(jì)，分為天線控制單元和射頻測(cè)量單元兩部分，兩部分可以作為單獨(dú)的控制、測(cè)量模塊，不相互影響，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時(shí)也便于野外操作；
[0033]2.程序開(kāi)發(fā)采用了 NI提供的底層儀器驅(qū)動(dòng)模塊，在程序開(kāi)發(fā)上大大降低了難度；
[0034]3.頻譜儀參數(shù)設(shè)置、天線控制界面均在主控計(jì)算機(jī)界面上實(shí)現(xiàn)，數(shù)字化控制和輸入；
[0035]4.數(shù)據(jù)文件采用了清晰的文件名記錄方式，可以獲知測(cè)量文件的各項(xiàng)相關(guān)參數(shù)。
【附圖說(shuō)明】
[0036]圖1本實(shí)用新型整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037]圖2