一種基於地理信息系統的收發設備間的電磁兼容性測量方法
2023-05-16 16:29:56
一種基於地理信息系統的收發設備間的電磁兼容性測量方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於地理信息系統的收發設備間的電磁兼容性測量方法，屬於電磁兼容測試【技術領域】。所述方法中發射設備的發射信號採用直接注入或者輻射方式接收，通過電波傳播路徑損耗計算並修正後進行回放監測，並且回放後採用直接注入或者輻射方式發送到接收設備上進行電磁兼容性測試。本發明實現了真實幹擾信號、接收設備與電磁兼容耦合通道三者計算結果相結合評估收發設備的電磁兼容性；簡化了測試的流程，減小了測試的難度，降低了測試的費用，與傳統的電磁兼容預測和仿真相比，結果更加接近真實的情況，精度更高。
【專利說明】一種基於地理信息系統的收發設備間的電磁兼容性測量方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於電磁兼容測試【技術領域】，涉及ー種基於地理信息系統的收發設備間的電磁兼容測量系統，具體地說，是ー種基於電子地圖的對電波傳播損耗進行計算，且計算結果用以測量和評估收發設備的電磁兼容性的系統。
【背景技術】
[0002]無線通信技術的快速發展使得有限空間內的電磁幹擾信號高度密集，電磁環境變得十分複雜。如何準確評估局部區域內收發設備間電磁兼容性問題是現在電磁兼容學科發展的熱點和難點。現階段的收發設備間的電磁兼容評估方法包括預測法和測量法，前者僅能得到理論的電磁兼容結果，與實際結果可能存在較大誤差，後者存在耗費大量的人力、物資和時間資源的問題。
【發明內容】
[0003]本發明針對傳統電磁兼容測試過程中，對具有相對運動屬性的收發設備的大尺度電磁兼容性測試的不足，提出一種基於地理信息系統的收發設備間的電磁兼容性評估系統。基於地理信息系統，對電磁兼容測試中需頻繁調動設備和收發設備具有運動屬性的情況，用損耗計算結果數據作為電磁兼容三要素中耦合通道的重要參數並結合收發設備評估和測試系統間的電磁兼容性。
[0004]基於地理信息系統的收發設備電磁兼容性測量方法，實現的步驟有:
[0005]步驟ー:發射設備發射信號的測試接收。
[0006]用發射設備作為發射端，擬使用下列兩種方法中的ー種方法將發射設備的發射信號輸入測試系統；
[0007](I)直接注入法，用傳輸電纜A直接將發射設備的信號注入到測試系統的信號採集豐吳塊中；
[0008](2)使用全向接收天線和非選頻式寬帶輻射測量儀接收發射信號。
[0009]步驟ニ:數據採集模塊對發射信號進行採樣:信號採集模塊對所述的發射信號進行採樣，然後將採樣數據上傳輸入到PC主控機中。所述採樣數據滿足奈奎斯特採樣定律，使儘量寬的頻帶中的能量能被採集到。
[0010]步驟三:對採樣數據進行電波傳播路徑損耗計算。電波傳播路徑損耗計算採用通視情況路徑損耗算法或非通視情況路徑損耗算法。
[0011]步驟四:將步驟三所得的電波傳播路徑損耗計算結果進行回放。
[0012]步驟五:信號回放平臺(任意波形發生器、回放信號源)回放或者調用數據存儲模塊中保存的測試數據回放。
[0013]步驟六:回放信號可以採用下列兩種方法的任意一種輸出到接收設備。
[0014](I)採用直接注入的方法，通過傳輸電纜B將衰減後的信號直接送到接收設備。[0015](2)採用全向發射天線輻射發射的方式，使用滿足頻率和帶寬條件的全向發射天線在滿足遠場測試的條件下通過輻射的方式照射到接收設備上。
[0016]步驟七:根據實驗相應的測試標準，判斷測試結果是否滿足電磁兼容性，記錄結果，形成報告。
[0017]本發明基於地理信息系統的收發設備間電磁兼容性測量方法的優點在於:
[0018](I)實現了真實幹擾信號、接收設備與電磁兼容耦合通道三者計算結果相結合評估收發設備的電磁兼容性。
[0019](2)用基於路徑損耗的地理信息回放系統模擬真實的電波傳播環境或者稱為電磁兼容的耦合通道，簡化了測試的流程，減小了測試的難度，降低了測試的費用。
[0020](3)採用半實物仿真的方法，對真實的幹擾信號進行採集，並將仿真產生後的信號通過嚴格的回放系統直接施加到真實的接收設備上，與傳統的電磁兼容預測和仿真相比，結果更加接近真實的情況，精度更高。
[0021](4)本發明對於較寬的頻段(2G帶寬左右)有較好的適用性，測試數據可以通過GIS回放系統以及頻譜分析儀等儀器顯示出來。方便了測試的操作，使數據形象化、直觀化。
[0022](5)回放系統增加了數據儲存模塊，可以保存和預測電磁騷擾場景模式，不需要對發射信號進行多次採集，可以減少測試的次數，並保持測試的一致性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1是本發明基於地理信息系統的收發設備間的電磁兼容性測試方法的流程圖。
[0024]圖2是本發明中PC主控機路徑損耗模塊的結構框圖。
[0025]圖3是本發明中基於路徑損耗的地理信息的回放系統的結構框圖。
【具體實施方式】
[0026]下面將結合附圖和實施例對本發明做進ー步的詳細說明。
[0027]首先，結合附圖詳細闡釋本發明中基於地理信息系統和收發設備間的電磁兼容性測試系統的組成。參見圖1，所述的電磁兼容性測試系統包括如下的組成部分:
[0028]發射設備、全波暗室或開闊場、傳輸電纜A，全向接收天線或非選頻式寬帶輻射測量儀，信號採集模塊、PC主控機路徑損耗計算模塊；基於路徑損耗的地理信息回放系統、信號回放平臺、傳輸電纜B、全向發射天線和電磁兼容性測試模塊。
[0029]基於地理信息系統和收發設備間的電磁兼容性測試系統中各個模塊和設備的連接方式和信號流向:發射設備以傳導或輻射的方式將發射信號傳輸到測試設備(即接收設備)。若通過傳導方式，則使用傳輸電纜A，將發射設備和信號採集模塊直接相連。若通過輻射方式，首先需要判斷發射設備的發射信號是否滿足遠場條件較小的條件(算法參見步驟一)，若遠場條件較小，則測試場地可以選擇全波暗室，若遠場條件較大，則測試場地可以選擇開闊場。接收發射設備發射信號的設備可以選擇全向接收天線或非選頻式寬帶輻射測量儀。接收到的信號可以通過信號採集模塊採集，這時發射信號從模擬信號轉變為數位訊號。採集到的數位訊號通過PC主控機路徑損耗計算模塊進行覆蓋信號帶寬的編程衰減和修正(算法和修正方法參見步驟三)。經過衰減和修正後的信號，通過基於路徑損耗的地理信息回放系統回放監視，再實時的將衰減和修正後得到的數位訊號通過信號回放平臺(如任意信號發生器、回放信號源)回放產生測試信號，所述測試信號再通過傳輸電纜B或者全向發射天線傳輸到電磁兼容性測試模塊即接收設備。
[0030]參見圖2，所述的PC主控機路徑損耗計算模塊包括路徑損耗計算模塊、測試系統衰減修正模塊、路徑損耗衰減模塊。地理信息模塊和收發設備狀態模塊向PC主控機路徑損耗計算模塊提供路徑損耗計算所需的地理環境和電磁環境數據。其中，地理信息模塊提供測試所需數據，包括地理信息和電磁環境信息(如接收設備背景電磁環境數據);收發設備狀態模塊包括接收設備的設備參數信息、發射設備的設備參數信息和收發設備三維運動參數。路徑損耗計算模塊結合上述地理信息模塊、收發設備狀態模塊傳入的參數對覆蓋信號採集模塊採集的信號帶寬的不同頻率進行衰減計算，路徑損耗衰減算法參見下文中的步驟三。經過衰減計算的結果再通過測試系統衰減修正模塊修正，修正算法參見下文中的步驟三。經過修正後的結果通過路徑損耗衰減模塊進行衰減。衰減後的數位訊號傳入基於路徑損耗的地理信息回放系統。
[0031]所述的地理信息包括接收設備的經度、緯度、高度信息，發射設備的經度、緯度和高度信息，接收設備和發射設備之間連線上的高度、坡度、梯度、剖面和植被覆蓋等與地理相關的信息。所述的電磁環境信息包括發射設備和接收設備所在位置的電磁背景噪聲。
[0032]所述的發射設備的設備參數包括:發射功率、發射帶寬、發射設備工作頻率、發射效率、噪聲特性、諧波抑制特性、雜波抑制特性帶外特性，天線傾仰角，天線係數等重要參數；接收設備的設備參數包括:接收機靈敏度、選擇特性、交調抑制特性、頻率穩定性、本振輻射特性、接收機工作頻率，接收天線方向性、接收天線増益、接收天線天線係數、接收天線帶外特性等重要參數。所述的收發設備三維運動參數包括發射設備和接收設備的運動速度、運動方向、加速度等參數。
[0033]參見圖3，本發明中基於路徑損耗的地理信息回放系統的架構根據2007年9月上海交通大學周承誠的碩士論文《GIS無線網絡管理系統的研究與實現》，第3章GIS無線網絡管理系統的設計的公開內容改進。本發明中基於路徑損耗的地理信息回放系統的組成為:數據導入模塊、備份恢復模塊、資料庫、用戶基本造作模塊、空間數據引擎、地圖引擎、數據回放展現模塊、信息查詢模塊，專題分析功能模塊、數據儲存模塊、列印模塊、實時信號生成模塊，伺服器或計算機、用戶界面等。其中專題分析功能模塊和數據儲存模塊為本發明的増加部分，專題分析功能模塊實現的功能在步驟四中詳細闡釋，數據儲存模塊的功能在步驟五中詳細闡釋。
[0034]基於路徑損耗的地理信息回放系統的數據流向如下:數據導入模塊將圖2 (PC主控機路徑損耗模塊的結構框圖)所述的地理信息模塊的數據(包括地理信息數據、電磁環境信息數據)，收發狀態模塊的數據(發射設備和接收設備的設備參數、收發設備的三維運動參數等和圖1 (基於地理信息系統的收發設備間的電磁兼容性測試方法的流程圖)所輸出的PC主控機路徑損耗分析模塊衰減後的信號導入到基於路徑損耗的地理信息回放系統的資料庫中。資料庫的數據可以通過備份恢復模塊備份。用戶基本操作模塊可以對資料庫進行直接的増加、刪除、修改、查詢、索引等操作。通過空間數據引擎和地圖引擎可以在伺服器或計算機上實現數據回放展現模塊、信息查詢模塊、專題分析功能模塊、數據存儲模塊、列印模塊的功能。最後，這些模塊和操作都可以通過良好的用戶界面實現人機互動。資料庫中的PC主控機路徑損耗計算模塊得到的衰減信號數據可以通過實時信號生成模塊生成相應格式的數據，輸入到信號回放平臺。
[0035]基於上述的電磁兼容測試系統，本發明還提供一種測試方法，參見圖1，所述測試方法具體的實施步驟如下:
[0036]步驟ー:發射設備發射信號的測試接收。
[0037]用發射設備作為測試系統的發射端，擬使用下列兩種方法中的ー種方法將發射設備的發射信號輸入測試系統；
[0038]( I)使用直接注入法，拆除發射設備的天線(如果有天線)，用傳輸電纜A直接將發射設備的信號注入到測試仿真系統的信號採集模塊中；
[0039](2)使用全向接收天線或非選頻式寬帶輻射測量儀接收發射信號，首先需要判斷是否滿足天線遠場條件:
[0040]天線遠場測量條件計算公式:
[0041]R = 2D2/λ(1)[0042]式中:R是天線到遠場區邊界的距離，D是天線物理口徑的最大尺寸，入是工作波長。
[0043]若天線遠場條件較小，即R小於全波暗室的測量距離，則可以在全波暗室內進行測量，若R大於全波暗室的測量距離，則需要在開闊場進行測試。接收設備可以用全向接收天線或具有各向同性相應的非選頻式寬帶輻射測量儀，接收發射設備的發射信號，這樣，可以測量出在ー個相當寬的頻帶內的輻射能量且測量結果不依賴於場的極化方向。
[0044]注:測量儀器的工作性能應滿足待測場要求，儀器應定期校準和檢定。檢測應儘量使用全向性探頭(天線)的測量儀器。使用非全向性探頭(天線)時，檢測器件必須調節探測方向，直至測到最大的場強值。對於全向接收天線A或非選頻式寬帶輻射測量儀的頻率範圍和量程應滿足監測要求，例如探頭的頻率響應在頻率範圍內的線性度應優於1.5dB，探頭覆蓋的其他頻率上應優於3dB ;對於動態範圍和各向同性也應當提出具體的指標約束。
[0045]步驟ニ:數據採集模塊對發射信號進行採樣。將直接注入法得到的騷擾信號或全向接收天線(或非選頻式寬帶輻射測量儀)上接收到的信號，通過數據採集模塊採樣後上傳輸入到PC主控機中。數據採樣應該滿足奈奎斯特採樣定律，使儘量寬的頻帶中的能量能被採集到。
[0046]步驟三:對採樣數據進行電波傳播路徑損耗計算。
[0047]電波傳播路徑損耗計算包括通視情況路徑損耗算法和非通視情況路徑損耗算法。本發明中路徑損耗算法只考慮地球表面均勻大氣的電波傳播，不考慮大氣波導模式。
[0048]當傳播路徑滿足通視條件時(即發射設備和接收設備之間滿足沒有有效遮擋物的條件)，用自由空間的電波傳播算法或地面反射雙徑模型。自由空間的電波傳播是電波在一種理想的、均勻的、各向同性的介質空間中，不發生反射、折射、散射和吸收現象的電波傳播情況，這樣只存在電磁波能量擴散而引起的傳播損耗。當電磁波在不同介質交接處，會發生反射。地面反射雙徑模型不僅考慮了空中的直射傳播路徑，還考慮了地面的反射路徑。本發明中所述的通視情況路徑損耗算法為機械エ業出版社於2003年8月出版的《移動傳播環境》，楊大成編著；第3章第3.2節自由空間的傳播和第3.3節反射公開的內容。
[0049]通視情況的地面反射雙徑模型路徑損耗算法的公式為:
【權利要求】
1.一種基於地理信息系統的收發設備間的電磁兼容性測量方法，其特徵在於包括如下步驟: 步驟ー:發射設備發射信號的測試接收； 步驟ニ:數據採集模塊對發射信號進行採樣，然後將採樣數據上傳輸入到PC主控機中；所述採樣滿足奈奎斯特採樣定律； 步驟三:對採樣數據進行電波傳播路徑損耗計算；電波傳播路徑損耗計算採用通視情況路徑損耗算法或非通視情況路徑損耗算法； 步驟四:將步驟三所得的電波傳播路徑損耗計算結果進行回放，並儲存在數據存儲模塊中； 步驟五:信號回放平臺回放或者調用數據存儲模塊中保存的測試數據回放； 步驟六:回放信號採用下列兩種方法的任意一種輸出到接收設備: (1)採用直接注入的方法，通過傳輸電纜B將衰減後的信號直接送到接收設備； (2)採用全向發射天線輻射發射的方式，使用滿足頻率和帶寬條件的全向發射天線在滿足遠場測試的條件下通過輻射的方式照射到接收設備上； 步驟七:根據實驗測試標準，判斷測試結果是否滿足電磁兼容性，記錄結果，形成報告。
2.根據權利要求1所述的ー種基於地理信息系統的收發設備間的電磁兼容性測量方法，其特徵在幹:步驟ー種使用 下列兩種方法中的ー種方法將發射設備的發射信號輸入測試系統； (1)直接注入法，用傳輸電纜A直接將發射設備的信號注入到測試系統的信號採集模塊中； (2)使用全向接收天線和非選頻式寬帶輻射測量儀接收發射信號。
3.根據權利要求1所述的ー種基於地理信息系統的收發設備間的電磁兼容性測量方法，其特徵在幹:所述的信號回放平臺為任意波形發生器或回放信號源。
4.根據權利要求1所述的ー種基於地理信息系統的收發設備間的電磁兼容性測量方法，其特徵在於:步驟三中，電波傳播路徑損耗計算的結果要進行修正，考慮到傳輸電纜A和傳輸電纜B的傳輸損耗L1、L2 ;全向接收天線或非選頻式寬帶輻射測量儀的天線增益Gl和全向發射天線的天線增益G2，對於使用傳輸電纜A直接注入，傳輸電纜B輸出的方式，修正算法為:
L=Lm+Ll+L2 (13) 對於使用傳輸電纜A直接注入，全向發射天線發射輸出的方式，修正算法為:
L=Lm+Ll+G2 (14) 對於使用全向接收天線或非選頻式寬帶輻射測量儀接收發射信號，傳輸電纜B輸出的方式，修正算法為:
L=Lm+Gl+L2 (15) 對於使用全向接收天線或非選頻式寬帶輻射測量儀接收發射信號，全向發射天線發射的方式，修正算法為:
L=Lm+Gl+L2 (16) L是最終的損耗計算修正後結果，Lffl為路徑損耗計算值。
5.一種基於地理信息系統的收發設備間的電磁兼容性測量裝置，其特徵在於:所述裝置包括發射設備、傳輸電纜A、全向接收天線或非選頻式寬帶輻射測量儀、信號採集模塊、PC主控機路徑損耗計算模塊、基於路徑損耗的地理信息回放系統、信號回放平臺、傳輸電纜B、全向發射天線和電磁兼容性測試模塊；所述發射設備通過傳輸電纜A與信號採集模塊連接，或者通過全向接收天線或非選頻式寬帶輻射測量儀與信號採集模塊連接；信號採集模塊將發射信號從模擬信號轉變為數位訊號，數位訊號通過PC主控機路徑損耗計算模塊進行覆蓋信號帶寬的編程衰減和修正；經過衰減和修正後的信號，通過基於路徑損耗的地理信息回放系統回放監視，再實時的將衰減和修正後得到的數位訊號通過信號回放平臺回放產生測試信號，所述測試信號再通過傳輸電纜B或者全向發射天線傳輸到電磁兼容性測試模塊。
6.根據權利要求5所述的ー種基於地理信息系統的收發設備間的電磁兼容性測量裝置，其特徵在於:所述的PC主控機路徑損耗計算模塊包括路徑損耗計算子模塊、測試系統衰減修正模塊、路徑損耗衰減模塊；路徑損耗計算模塊結合地理信息模塊、收發設備狀態模塊傳入的參數對覆蓋信號採集模塊採集的信號帶寬的不同頻率進行衰減計算，經過衰減計算的結果再通過測試系統衰減修正模塊修正，經過修正後的結果通過路徑損耗衰減模塊進行衰減；衰減後的數 字信號傳入基於路徑損耗的地理信息回放系統。
【文檔編號】G01R31/00GK103454523SQ201310368288
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年8月22日 優先權日:2013年8月22日
【發明者】戴飛, 李文杰, 左少平, 林健, 曾達, 李柏超 申請人:北京航空航天大學