【摘要】 本文介紹了利用頻譜分析儀和計(jì)算機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星下行頻譜全過程的自動(dòng)分析、監(jiān)測、告警和記錄，并利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)異地遠(yuǎn)程監(jiān)控，不僅確保了衛(wèi)星傳輸鏈路的安全，而且大大降低了值班員工的勞動(dòng)強(qiáng)度。本文主要通過SCPI對(duì)頻譜儀進(jìn)行控制操作編程以及數(shù)據(jù)分析的方法，對(duì)異常情況做出及時(shí)準(zhǔn)確的判斷和告警，并對(duì)異常頻譜包絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)保存，為事后異態(tài)排查和故障分析提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】 SCPI DSA800 VISA 頻譜 視頻帶寬 掃描時(shí)間 中心頻率

一.引言

廣播電視衛(wèi)星節(jié)目傳輸系統(tǒng)是一個(gè)開放的鏈路（如圖1），信號(hào)很容易受空間氣象和電磁環(huán)境的影響產(chǎn)生衰耗影響傳輸信號(hào)質(zhì)量，甚至因受非法信號(hào)的惡意干擾造成中斷。因此必須建立一套完善可靠的監(jiān)測系統(tǒng)已確保信號(hào)傳輸安全。

衛(wèi)星下行信號(hào)的頻譜可直接反映出衛(wèi)星傳輸鏈路正常與否（如圖2），因此對(duì)下行頻譜的監(jiān)測成為確保衛(wèi)星信號(hào)可靠性和安全性的關(guān)鍵。

當(dāng)衛(wèi)星傳輸鏈路出現(xiàn)異?；蚴艿礁蓴_時(shí)，下行接收到的頻譜形狀會(huì)根據(jù)不同的干擾類型而發(fā)生不同的變化。當(dāng)?shù)厍蛘驹O(shè)備出現(xiàn)故障如發(fā)射功率降低或載波跌落，頻譜的幅度會(huì)降低或丟失；當(dāng)受到干擾時(shí)，會(huì)出現(xiàn)頻譜低噪聲升高、波形異常、誤碼率惡化等現(xiàn)象。監(jiān)測系統(tǒng)對(duì)衛(wèi)星下行信號(hào)的頻譜監(jiān)測，就是根據(jù)這些異常變化進(jìn)行分析處理并告警。

一般情況下，監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)比較昂貴復(fù)雜，我們使用計(jì)算機(jī)技術(shù)加頻譜儀構(gòu)建的監(jiān)測系統(tǒng)，找到了一種廉價(jià)簡單的方法，其造價(jià)在萬元左右。系統(tǒng)構(gòu)建如圖3，數(shù)據(jù)分析計(jì)算機(jī)通過USB接口（或TCP/IP網(wǎng)絡(luò)）訪問控制DSA800頻譜分析儀，并分析處理采集到的頻譜數(shù)據(jù)，根據(jù)分析結(jié)果，進(jìn)行異常告警，并將異常情況下的頻譜數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，以供查找分析干擾源或故障點(diǎn)。

普源DSA800頻譜分析儀采用全數(shù)字中頻技術(shù)，其性能卓越和穩(wěn)定，支持豐富的接口：LAN、USB Host、USB Device和GPIB，頻率范圍9 kHz至1.5 GHz，帶前置放大器，帶跟蹤源。更為重要的是頻譜儀支持SCPI，這為計(jì)算機(jī)分析頻譜數(shù)據(jù)提供了強(qiáng)大的編程接口。

二、SCPI簡介

SCPI，Standard Commands for Programmable Instruments的縮寫，即程控儀器（可編程儀器）標(biāo)準(zhǔn)命令集。SCPI是一種建立在現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)IEEE488.1和IEEE 488.2基礎(chǔ)上，并遵循了IEEE754標(biāo)準(zhǔn)中浮點(diǎn)運(yùn)算規(guī)則、ISO646信息交換7位編碼符號(hào)（相當(dāng)于ASCll編程）等多種標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)化儀器編程語言。它采用一套樹狀分層結(jié)構(gòu)的命令集，提出了一個(gè)具有普遍性的通用儀器模型，采用面向信號(hào)的測量；它的助記符產(chǎn)生規(guī)則簡單、明確，且易于記憶。

SCPI命令為樹狀層次結(jié)構(gòu)，包括多個(gè)子系統(tǒng)，每個(gè)子系統(tǒng)由一個(gè)根關(guān)鍵字和一個(gè)或數(shù)個(gè)層次關(guān)鍵字構(gòu)成。命令行通常以冒號(hào)“：”開始；關(guān)鍵字之間用冒號(hào)“：”分隔，關(guān)鍵字后面跟隨可選的參數(shù)設(shè)置；命令行后面添加問號(hào)“？”，表示對(duì)此功能進(jìn)行查詢；命令和參數(shù)以“空格”分開。例如：

：CALCulate：BANDwidth：NDB

：CALCulate：BANDwidth：NDB？

CALCulate是命令的根關(guān)鍵字，BANDwidth和NDB分別是第二級(jí)、第三級(jí)關(guān)鍵字。命令行以冒號(hào)“：”開始，同時(shí)將各級(jí)關(guān)鍵字分開，表示可設(shè)置的參數(shù)；問號(hào)“？”表示查詢；命令：CALCulate：BANDwidth：NDB和參數(shù)之間用“空格”分開。在一些帶參數(shù)的命令中，通常用逗號(hào)“，”分隔多個(gè)參數(shù)，例如：：SYSTem：DATE ，，

常用頻譜儀操作控制命令如表1：

三.程序調(diào)用

計(jì)算機(jī)發(fā)送SCPI命令可通過VISA庫實(shí)現(xiàn)，VISA （virtual instrument software architecture）即虛擬儀器軟件結(jié)構(gòu)的實(shí)質(zhì)就是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的I/O函數(shù)庫及其相關(guān)規(guī)范的總稱，一般稱這個(gè)I/O函數(shù)庫為VISA庫。這些庫函數(shù)用于編寫儀器的驅(qū)動(dòng)程序，完成計(jì)算機(jī)與儀器間的命令和數(shù)據(jù)傳輸，以實(shí)現(xiàn)對(duì)儀器的程控。對(duì)VISA函數(shù)的調(diào)用一般可分為聲明、開啟、器件I/O和關(guān)閉4部分，下面以一段簡單的C++語言程序?yàn)槔M(jìn)行說明。該程序是由計(jì)算機(jī)向頻譜儀發(fā)出“：TRACe：DATA？ TRACE1＼n”讀跡線1數(shù)據(jù)的命令，并從該頻譜儀回讀其響應(yīng)的跡線1數(shù)據(jù)。

iUInt32 rcount；

unsigned char buffer[BufferSize]；

ViStatus status；

ViSession inst_DSA800；

status = viOpenDefaultRM（defaultRM）；

spec_address=” USB0：：0x1AB1：：0x0960：：DSA8B142200229：：0：：INSTR”；

status = viOpen （defaultRM， spec_address.c_str（） ， VI_NULL，VI_NULL， inst_DSA800）；

if （status = VI_SUCCESS）

{

str=”：TRACe：DATA？ TRACE1＼n”；

status = viWrite （inst_DSA800， str.c_str（） ， str.Length（） ， rcount）；/

status = viRead （inst_DSA800， buffer， BufferSize， rcount）；

}

上段程序中，viOpen函數(shù)功能是打開與頻譜儀DSA800的對(duì)話通道，其返回的句柄inst_DSA800用于后面讀寫操作。viWrite函數(shù)功能是向頻譜儀發(fā)送命令，參數(shù)str為命令字符串。viRead函數(shù)功能是讀取頻譜儀返回的跡線數(shù)據(jù)，將返回?cái)?shù)據(jù)讀取到buffer緩沖區(qū)中。

四.頻譜數(shù)據(jù)分析

DSA800頻譜儀返回的跡線數(shù)據(jù)是以中心頻率為基點(diǎn)的600個(gè)數(shù)據(jù)，通過讀取跡線數(shù)據(jù)，就能判讀出衛(wèi)星信號(hào)故障原因。

衛(wèi)星下行信號(hào)不正常時(shí)，一般有兩種情況：一種是空間環(huán)境變化或衛(wèi)星鏈路設(shè)備故障使信號(hào)衰落或中斷，另一種是干擾信號(hào)造成下行信號(hào)不正常。

如圖4是正常信號(hào)頻譜圖。當(dāng)傳輸鏈路設(shè)備故障或空間衰落造成頻譜包絡(luò)電平消失或嚴(yán)重下降時(shí)（如圖5），衛(wèi)星接收頻譜載波顯示就會(huì)出現(xiàn)下降，當(dāng)?shù)陀谑孪仍O(shè)定好的跡線數(shù)據(jù)時(shí)（達(dá)到一定門限），監(jiān)測系統(tǒng)就可以發(fā)出告警。

當(dāng)受一尖端信號(hào)干擾時(shí)（如圖6），可以通過計(jì)算載波是否尖刺異常，實(shí)現(xiàn)對(duì)載波信號(hào)的監(jiān)測和告警。計(jì)算如下：

先計(jì)算載波平均值X，然后計(jì)算各點(diǎn)數(shù)據(jù)與平均值X的差值，找出最大的差值d，差值d超過預(yù)設(shè)的值，就可以判定有惡意干擾信號(hào)，監(jiān)測系統(tǒng)觸發(fā)告警。

由于干擾信號(hào)往往是瞬間的，所以很難捕捉，我們將DSA800頻譜信號(hào)以時(shí)間幀的格式保存在計(jì)算機(jī)硬盤中，這樣就可以為事后分析查找故障原因提供了數(shù)據(jù)分析的依據(jù)。

五.結(jié)束語

C波段衛(wèi)星下行信號(hào)頻譜監(jiān)測系統(tǒng)，使用計(jì)算機(jī)技術(shù)加頻譜儀進(jìn)行構(gòu)建，找到了一種廉價(jià)簡單的方法，并可根據(jù)實(shí)際需求利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)異地遠(yuǎn)程監(jiān)控。經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)，系統(tǒng)可靠穩(wěn)定，造價(jià)低廉，不僅為地球站安全播出提供了強(qiáng)有力的保障，而且大大降低了值班員工的勞動(dòng)強(qiáng)度，在同行業(yè)中亦具有一定的推廣價(jià)值。BP

參考文獻(xiàn)

郭詮水 《衛(wèi)星通訊設(shè)備操作維護(hù)手冊(cè)》

王俊濤 《衛(wèi)星信號(hào)監(jiān)測技術(shù)的研究與實(shí)踐》

劉武兵 《衛(wèi)星特殊干擾信號(hào)監(jiān)測方法的研究》2007年

胡紅坡等《衛(wèi)星干擾信號(hào)的檢測研究》