計算機頻譜監測系統在衛星通信的應用

　　這篇計算機核心期刊論文發表了計算機頻譜監測系統在衛星通信的應用，計算機頻譜監測系統可以測量和顯示頻域內的電平、頻率和功率，實現24小時持續檢測，實現數據的采集和處理，可實現24小時不間斷檢測載波，實現故障實時監測。

　　關鍵詞：計算機核心期刊論文,衛星通信,計算機,頻譜分析儀

　　萬用表、示波器一般應用于低頻和數字電路中，輔助一些工程測試工作，但是在毫米、微波段會出現受到信號串擾等情況，所以這兩種儀器無法使用，進而產生了毫米波、微波六大測試儀器，包括：網絡分析儀、信號源、噪聲系數檢測儀、頻譜分析儀、功率計、頻率計。由于頻譜分析儀制作技術比較復雜，所以在該市場領域占據主導地位。現代頻譜分析儀逐漸從本振信號發展到自由震蕩式的頻率合成方式，頻率分辨率逐漸從1kHz減少到1Hz。通過與平坦度技術相結合，頻譜分析儀的檢測精確度逐漸提高。

　　1計算機輔助頻譜檢測系統介紹

　　CAMS就是利用計算機來完成頻譜分析儀在射頻(中頻)信號中的信息分析和顯示、采集和處理、儲存和查詢等功能，并能夠實現24小時持續檢測，這樣能夠及時發現頻譜干擾、發射和接收信號出現的異常情況，然后保存這些信息。之后遠程計算機可以利用網絡等無線登錄計算機檢測系統中，實現查詢和操作。如圖1所示。軟件功能包含：頻譜圖、計算機遠程狀態再現和告警、異常事件的重現和儲存、打印和查詢模塊、在線幫助模塊、查詢系統模塊。主要實現的功能如下。

　　(1)在信號出現異常時，監控系統就會發出聲光告警，并在主界面上給出提示，同時將出現異常的頻譜圖保存到計算機的硬盤中，系統日志也會將這些異常出現的時間、原因和信號明名稱等記錄下來。

　　(2)取點功能。鼠標點擊位置會顯示電平值和頻率，如果信號數據保存在數據庫中，那么鼠標位置處會顯示信號的名稱。

　　(3)利用局域網把系統相關信息顯示在各個終端計算機中。

　　(4)記錄功能。能夠實現定時記錄、記錄各種干擾和異常情況，并查看保存的頻譜圖，實現打印操作和數據傳輸、共享等。(5)通過電話線或是網絡等實現遠程連接，對頻譜儀進行遠程控制。

　　2頻譜分析儀的工作原理分析

　　2.1頻譜分析儀的種類

　　頻譜分析儀有很多種類，根據處理方法的不同可分為：數字式頻譜分析儀、模擬式頻譜分析儀、模擬/數字混合式頻譜分析儀。根據工作原理進行分類可分為：非掃描式頻譜分析儀、掃頻調諧式頻譜分析儀等。根據發展歷史進行分類可分為：傳統頻譜分析儀、快速傅立葉變換(FFT)頻譜分析儀。目前，使用最多的頻譜分析儀基本都是將外差式掃描技術結合FFT數字信號處理技術進行使用，前端部分使用外差式結構，中頻部分使用數字結構，中頻信號是由模數轉換器(ADC)進行量化，利用微處理器或是專門的數字邏輯對輸出的信號進行FFT運算，最后將計算出的結果顯示在CRT上。該頻譜分析儀工作的原理框架如圖2所示。

　　2.2頻譜分析儀相關算法

　　通常使用博氏理論可以描述信號時域和頻域之間的關系，該原理包括傅立葉變換和傅立葉級數。傅立葉級數在周期信號變換頻域應用，周期信號利用傅里葉級數實現變換，在頻域中處于離散狀態的譜線;非周期信號是用傅里葉變換，在頻域中呈現的是一條連續的譜線。頻譜分析儀是通過離散傅立葉變換而獲取頻域檢測的相關數據。由于利用DFT進行計算比較繁瑣且速度慢，所以不能應用在實際中。FFT是DFT算法中一種快速而有效的計算方法，而且它也具有DFT中的奇和偶、虛和實等特征，它是在離散傅里葉變換算法的基礎上改進獲得的，在計算速度上比DFT具有很大的優勢，比如可以將DFT計算出的次數約為N2(N是取樣數)，FFT完成的計算次數是Nlog2N。所以，在頻譜分析儀中比較常用快速傅立葉變換(FFT)完成計算。對于頻帶有限的信號可以利用采樣的定律，對其進行時域采樣，這樣也不會出現信息丟失情況，FFT變換就是可以對時間有限的信號實施頻域采樣，可防止信息丟失，而且FFT也可以實現連續信號的頻譜分析。

　　3衛星通信系統中的頻譜分析儀應用

　　3.1頻譜分析儀在衛星通信中測試的方法

　　目前很多國際通信衛星特別是商業衛星都是使用上行/下行頻率是4/6GHz的C波段或是下行/上行頻率是12/14GHz的Ku波段，頻譜分析儀的頻率據測試在40～50GHz，該頻譜分析儀可以直接測量衛星地球站射頻信號，或是測量射頻信號的下變頻。總之頻譜分析儀是開展衛星地球站系統工作必須有的測試儀器。衛星地球站使用頻譜分析儀進行測試包含兩種方法：首先，就是把頻譜分析儀安放在LNB，然后利用頻譜分析儀檢測LNB接收的信號以及下變頻中的L波段信號，如果是無源的LNB，就需要和供電單元進行連接實現供電;其次，在衛星調制解調器前安裝頻譜分析儀，然后通過分路器將地球站獲取到的中頻信號分一路進入頻譜分析儀完成測試。這兩種接收路徑就是衛星地球站接收信號的方法，就是將頻點不同的信號利用頻譜進行測試，從而得到想要的測試參數。這兩種方法的測試結構如圖4所示。

　　3.2頻譜分析儀在衛星通信中的應用

　　(1)檢測轉發器頻率資源。檢測衛星轉發器的頻率資源可以更好了解轉發器和租星頻段所占用的資源情況，這些是衛通中心完成頻段分配和劃分的基礎。在進行測試時，根據LNB寬帶來調整衛通接收機(ODU)的信號接收頻率，從而完成頻段的觀測。(2)在地球站進行天線手動對星時使用。關于衛星地球站的自動伺服設備，通常天線對星是通過接收特定極化方式的衛星信標，然后比對獲得的信標電平值，之后就可以調整天線的俯視、方位、極化角度，該過程被稱為粗調衛星天線。然后就可以利用頻譜分析儀來觀察對星情況，包括兩個步驟：一是合理調整衛星方位和俯仰，之后在更大范圍內觀測頻譜分析儀，直到接收最大的載波;二是調整地球站接收的頻率和信標頻率，稍微調整天線的方位、俯仰、極化角度，使電平值是最大的，這樣才能完成天線和目標衛星的對接。(3)測試衛星通信設備性能。頻譜分析儀能夠精確測量非調制和調制的各種信號頻率和功率。功率測試包括的內容有：峰值功率、平均功率、功率的變換以及完成概率的統計等;頻率的測試內容包括：頻帶寬度、中心頻率等。這些測試和最終分析結果是衛星通信設備性能的直接體現。比如，調制解調器信號的分析質量，頻譜分析儀要先解調信號，再合成標準的信號，然后通過比對獲得調制解調器相關的誤差值;測試LNA和LNB的互調、頻響、頻率等，可以判斷運行設備的頻偏和性能等。

　　4結語

　　綜上所述，頻譜儀以前只是一個粗略掃描中頻頻譜的監視器，隨著科技的不斷發展，目前頻譜分析儀是具有很高的分辨率、靈敏度、寬帶、高精度、動態范圍大的儀器，而且它的功能也在不斷增強，在衛星通信系統中的應用越來越深入，主要功能是實現衛星通信系統中的信號檢測、頻率管理、設備性能分析等。

　　參考文獻

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　　作者：韓中良 單位：中國電子科技集團公司第五十四研究所

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