李宏亮, 魏邦友，張亞非,彭超然

(中國空間技術(shù)研究院 載人航天總體部，北京 100094)

航天器多路射頻頻譜自動監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李宏亮, 魏邦友，張亞非,彭超然

(中國空間技術(shù)研究院 載人航天總體部，北京 100094)

為提高航天器測試時射頻信號監(jiān)測效率，提出了一種航天器多路射頻頻譜自動監(jiān)測系統(tǒng);該系統(tǒng)由頻譜分析儀進(jìn)行射頻信號頻譜測量，由微波開關(guān)切換矩陣進(jìn)行不同射頻信號通路切換，通過自主設(shè)計(jì)的多路射頻頻譜自動監(jiān)測軟件對系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時控制和數(shù)據(jù)讀取，實(shí)現(xiàn)了多達(dá)15路、50 MHz～3 GHz頻率范圍內(nèi)射頻信號的頻譜自動監(jiān)測;測試用時從原來3 min/信號通道減少至10 s/信號通道，人力從2人減少到1人，有效地提高了航天器射頻信號監(jiān)測效率;該系統(tǒng)已應(yīng)用于空間站工程測試中。

航天器；多路射頻；頻譜；自動監(jiān)測；空間站

0 引言

射頻信號的監(jiān)測在無線通信、信號廣播、航天器測控等領(lǐng)域具有重要的意義，通過信號的實(shí)時監(jiān)測可迅速掌握系統(tǒng)狀態(tài)。移動無線通信系統(tǒng)中的射頻信號監(jiān)測主要關(guān)注信號的功率補(bǔ)償及檢測精度[1-2]；搭載測控設(shè)備的艦船、廣播電視基站等需要進(jìn)行長時間連續(xù)射頻信號監(jiān)測的較大規(guī)模系統(tǒng)著重探索監(jiān)測過程、數(shù)據(jù)記錄的自動化[3-5]。不難發(fā)現(xiàn)，利用計(jì)算機(jī)、通用化測試設(shè)備、軟件技術(shù)等手段快速、準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)射頻信號的自動監(jiān)測，是系統(tǒng)級射頻測試的發(fā)展方向。

隨著航天器技術(shù)的不斷發(fā)展、系統(tǒng)復(fù)雜性的日益提高，航天器與地面測控系統(tǒng)間的測控與通信鏈路數(shù)量也日益增多。在航天器系統(tǒng)級測試中，測控與通信鏈路是航天器與地面測控系統(tǒng)進(jìn)行信息交互的主要通道，鏈路中傳輸?shù)纳漕l信號的質(zhì)量，直接影響著航天器測試的有效性、準(zhǔn)確性。本文提出了一種航天器多路射頻頻譜自動監(jiān)測系統(tǒng)，可以通過系統(tǒng)中軟件與硬件的配合自動完成多路射頻信號頻譜的切換、測量、存儲，提高航天器測試中射頻信號監(jiān)測效率。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及原理

航天器多路射頻信號頻譜自動監(jiān)測系統(tǒng)由以下設(shè)備組成：頻譜分析儀、微波開關(guān)切換矩陣、控制計(jì)算機(jī)。射頻信號通過天線或射頻電纜，經(jīng)微波開關(guān)切換矩陣的多個輸入接口(輸入1～輸入N)輸入至矩陣內(nèi)，矩陣內(nèi)部微波開關(guān)受控切換至特定通道，輸出至系統(tǒng)中的頻譜分析儀進(jìn)行射頻信號頻譜測量；控制計(jì)算機(jī)運(yùn)行多路射頻頻譜自動監(jiān)測軟件，與頻譜分析儀、微波開關(guān)切換矩陣通過網(wǎng)絡(luò)接口通信，控制后兩者響應(yīng)相關(guān)指令并完成微波開關(guān)切換(射頻通道切換)、測量參數(shù)調(diào)整等動作，并進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取、存儲、記錄測試日志等工作。系統(tǒng)組成如圖1所示。

圖1 多路射頻信號頻譜自動監(jiān)測系統(tǒng)組成

航天器多路射頻信號頻譜自動監(jiān)測系統(tǒng)的工作流程可概括為：

1)待測量的射頻信號輸入至微波開關(guān)切換矩陣；

2)微波開關(guān)切換矩陣由控制計(jì)算機(jī)程控進(jìn)行通道切換；

3)射頻信號輸出至頻譜分析儀；

4)頻譜分析儀由控制計(jì)算機(jī)程控進(jìn)行參數(shù)測量；

5)控制計(jì)算機(jī)記錄測量結(jié)果、系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。

系統(tǒng)工作時，按照流程1)～5)順序循環(huán)往復(fù)，對射頻信號進(jìn)行連續(xù)自動監(jiān)視。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 微波開關(guān)切換矩陣

微波開關(guān)切換矩陣機(jī)箱設(shè)計(jì)為寬度19″、高度3U的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，對外全部射頻接口均采用Nf型不銹鋼接口，內(nèi)置具備程控功能的2個單刀六擲開關(guān)、1個雙刀雙擲開關(guān)。在每個單刀六擲開關(guān)的其中一路輸入端，分別連接有1個0°二合路器和0°三合路器，用于實(shí)現(xiàn)異頻射頻信號的合路輸入，合路器的輸入、輸出端均設(shè)置有隔離器，以降低信號反射影響；在2個單刀六擲開關(guān)的各路輸入端口，均設(shè)置有檢波組件對射頻信號進(jìn)行功率連續(xù)采集。微波開關(guān)切換矩陣的原理如圖2所示。

圖2 微波開關(guān)切換矩陣原理圖

矩陣機(jī)箱內(nèi)各微波組件間以及組件與機(jī)箱前、后面板的射頻連接器間均采用兩端為SMAm連接器的半剛性電纜連接。半剛性電纜可三維成形，在3 GHz頻段附近電纜損耗約0.7 dB/m。機(jī)箱內(nèi)共使用半剛性電纜20根，單根電纜最大長度不超過40 cm，因此機(jī)箱內(nèi)模塊間射頻信號在半鋼性電纜內(nèi)傳輸?shù)墓β蕮p耗可忽略不計(jì)。微波組件安裝在一塊固定于機(jī)箱底板的鍍鋅鋼板上，按照機(jī)箱重心居中、可簡單快速拆裝單個組件或電纜的原則，各組件安裝時在空間上相互錯開，半剛性電纜走向盡量互不干涉；微波組件底部為金屬平面，四角具有安裝用通孔，通過不銹鋼緊固件與鍍鋅鋼板連接。各個微波組件底面與鍍鋅鋼板緊貼，安裝于機(jī)箱前后面板的射頻連接器外殼經(jīng)由半剛性射頻電纜與微波組件的射頻連接器殼體連通，實(shí)現(xiàn)各個微波組件殼體、機(jī)箱面板上射頻連接器之間共同接地。切換矩陣機(jī)箱的頂蓋、底板、左側(cè)板、右側(cè)板均有散熱孔，保證機(jī)箱具備良好的散熱能力。

矩陣內(nèi)的單刀六擲開關(guān)選用Agilent 87106A(SP6T，option 24)，雙刀雙擲開關(guān)選用Agilent 87222C(Transfer Switch)，二者均屬磁保持同軸開關(guān)，切換時間≤15 ms，可重復(fù)切換壽命≥500萬次，在3 GHz隔離度≥100 dB，插損≤0.35 dB。

矩陣內(nèi)的0°二合路器和0°三合路器均采用Wilkinson原理、微帶線結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，將兩路或三路輸入信號合成一路輸出信號。采用Wilkinson方式實(shí)現(xiàn)的合路器具有如下特點(diǎn)：1)各個輸入端信號間具有隔離特性；2)若輸入信號間的相位差較小，信號經(jīng)合路輸出后的功率差也較小。

矩陣內(nèi)的檢波器件的檢波功率準(zhǔn)確度為±0.5 dB，檢波功率分辨率20 mV/dBm，輸入功率動態(tài)范圍-40～-5dBm。

微波開關(guān)切換矩陣通過由W77E58單片機(jī)、外圍電路(放大器AD620、模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD574、驅(qū)動接口電路等)組成的控制模塊實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的控制。各個檢波器輸出的射頻信號經(jīng)過模擬選通通道后進(jìn)入AD620，經(jīng)過功率放大、調(diào)理，進(jìn)入AD574；單片機(jī)采集AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號，通過網(wǎng)絡(luò)接口送多路射頻信號頻譜自動監(jiān)測軟件進(jìn)行處理。同時，單片機(jī)還通過微波開關(guān)的驅(qū)動接口電路控制微波開關(guān)的切換，并采集開關(guān)狀態(tài)，通過網(wǎng)絡(luò)接口與多路射頻信號頻譜自動監(jiān)測軟件進(jìn)行通信?？刂颇K原理如圖3所示。

圖3 微波開關(guān)切換矩陣控制模塊原理圖

控制模塊中的驅(qū)動接口電路以TTL電平控制微波開關(guān)的切換，其核心為74HC573芯片和74HC244芯片。單片機(jī)通過74HC573芯片輸出TTL高電平并將其加載于微波開關(guān)的相應(yīng)管腳上實(shí)現(xiàn)開關(guān)選通，通過74HC244讀取開關(guān)的返回狀態(tài)。以87106A為例，管腳1為直流電源供電端，管腳15為接地端，管腳3/5/7/9/11/13對應(yīng)6個選通路徑，管腳4/6/8/10/12/14為相應(yīng)選通路徑的電子位置指示器。需要選通開關(guān)的第一路時，將TTL高電平加載至管腳3，并保持其它引腳的TTL電平均為低電平；需要切換其它通路時，先將所有引腳的電平置為低，再將高電平置于需要切換路徑對應(yīng)的引腳上。

控制模塊中選用的AD620是一款低成本高精度放大器，放大倍數(shù)1～10 000。AD574是高速12位逐次比較型AD轉(zhuǎn)換器，模擬電壓輸入范圍0～10 V，非線性誤差±1 LSB，電壓采集精確度約為10 mV，與檢波組件配合，可實(shí)現(xiàn)射頻信號功率分辨率達(dá)到0.5 dBm。

微波開關(guān)切換矩陣的對外通信接口為符合IEEE 802.3 100/1 000BASE-T標(biāo)準(zhǔn)的RJ45連接器，控制模塊中的單片機(jī)對網(wǎng)卡芯片進(jìn)行讀寫，可對網(wǎng)卡IP地址進(jìn)行設(shè)置。選用W5100網(wǎng)絡(luò)接口芯片作為網(wǎng)卡芯片與單片機(jī)通信。對芯片進(jìn)行Socket編程后，可實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)通信功能。為保證網(wǎng)卡芯片與單片機(jī)的直流工作電壓相匹配，利用電平轉(zhuǎn)換芯片對供電電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

2.2 頻譜分析儀與控制計(jì)算機(jī)

系統(tǒng)中的頻譜分析儀采用Agilent公司PSA系列產(chǎn)品E4447A，具備3 Hz～42.98 GHz的測量范圍，在2～3 GHz頻段的平均噪聲電平可達(dá)-150dBm；用戶界面友善，Agilent公司提供了大量遠(yuǎn)程控制接口命令，可方便地通過符合IEEE 802.3 100/1000BASE-T標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)卡對儀器進(jìn)行控制和操作。由于Agilent公司的系列化產(chǎn)品的控制接口完全一致，系統(tǒng)中的頻譜分析儀同樣可由PSA系列中的其它型號或ESA系列、ESA-L系列中的型號替換，這提升了本頻譜監(jiān)測系統(tǒng)的通用性。

系統(tǒng)中的控制計(jì)算機(jī)采用HP 公司E8080商用PC機(jī)，配置Core II雙核CPU(主頻2.83 GHz)，4 GB內(nèi)存，網(wǎng)卡符合IEEE 802.3 100/1000BASE-T標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)測試，多路射頻信號頻譜自動監(jiān)測軟件運(yùn)行時對系統(tǒng)資源占用很少(CPU占用率僅為1%，內(nèi)存占用約為12 MB)。因此CPU主頻2 GHz以上、內(nèi)存1 GB以上、具備千兆以太網(wǎng)接口的計(jì)算機(jī)均可作為系統(tǒng)中的控制計(jì)算機(jī)使用。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 軟件架構(gòu)

本系統(tǒng)使用的多路射頻信號頻譜自動監(jiān)測軟件采用Visual Studio 6.0開發(fā)，程序開發(fā)語言是面向?qū)ο笳Z言C++。軟件基本結(jié)構(gòu)基于對話框搭建，針對不同的功能進(jìn)行分類化模塊化設(shè)計(jì)，包括控制模塊、顯示模塊、系統(tǒng)配置模塊、數(shù)據(jù)記錄模塊等。軟件工作流程如圖4所示。

圖4 多路射頻信號頻譜自動監(jiān)測軟件工作流程圖

3.2 軟件主要模塊設(shè)計(jì)

3.2.1 控制模塊

多路射頻信號頻譜自動監(jiān)測軟件通過Agilent公司的標(biāo)準(zhǔn)控制命令庫實(shí)現(xiàn)對監(jiān)測系統(tǒng)中的頻譜分析儀的控制。軟件與指定IP地址的頻譜分析儀以TCP/IP協(xié)議建立網(wǎng)絡(luò)連接后，按照控制命令庫定義的格式向設(shè)備發(fā)送控制命令?？刂泼钍穷l譜儀可識別的可編程儀器標(biāo)準(zhǔn)命令(standard commands for programmable instruments, SCPI)。通過查詢控制命令庫中的各類命令內(nèi)容，SCPI可方便地轉(zhuǎn)換為程序語言，提供了用戶與被控設(shè)備的控制接口。

以設(shè)置頻譜分析儀的分辨帶寬(RBW)參數(shù)為例，其控制命令為：

:SENS :BAND 1 kHz

相應(yīng)的設(shè)置功能代碼為：

CString str = :SENS :BAND 1 kHz;

int len_str = str.GetLength();

int ret=m_socket.Send(LPCTSTR(str),len_str);

每條控制命令均被封裝為一個對應(yīng)特定操作的功能函數(shù)，并通過Visual C++開發(fā)工具中的控件管理工具與軟件界面上Manual功能頁面的相應(yīng)按鈕綁定。控制函數(shù)執(zhí)行流程如下：

1)定義控制命令名稱、命令長度、待設(shè)置的參數(shù)值等變量，并進(jìn)行初始化；

2)調(diào)用UpdateData()函數(shù)，函數(shù)參數(shù)值為TRUE，函數(shù)執(zhí)行后界面數(shù)據(jù)可以被重置；

3)判別待設(shè)置參數(shù)值是否超出設(shè)備要求的限定范圍；

4)構(gòu)建控制命令內(nèi)容，并調(diào)用Windows AsyncSocket類中的Send()函數(shù)向設(shè)備發(fā)出控制命令；

5)檢查Send()函數(shù)的返回值，判別命令是否發(fā)送成功；若發(fā)送失敗，記錄函數(shù)返回的錯誤代碼；

6)調(diào)用UpdateData()函數(shù)，函數(shù)參數(shù)值為FALSE，函數(shù)執(zhí)行后軟件界面將重新初始化，待設(shè)置參數(shù)將顯示在軟件界面上。

多路射頻信號頻譜自動監(jiān)測軟件對微波開關(guān)切換矩陣的控制通過自定義的控制命令實(shí)現(xiàn)。命令格式見表1。命令中信息體部分的“xxx”可置為001～014，分別對應(yīng)著兩個單刀六擲開關(guān)及一個雙刀雙擲開關(guān)的單路選通狀態(tài)。軟件與指定IP地址的微波開關(guān)切換矩陣建立網(wǎng)絡(luò)連接后，將控制命令以網(wǎng)絡(luò)方式發(fā)送給矩陣，由矩陣的控制模塊對接收到的控制命令進(jìn)行解析并執(zhí)行，微波開關(guān)的電子位置指示器將切換后的開關(guān)狀態(tài)通過控制模塊經(jīng)網(wǎng)絡(luò)反饋給監(jiān)測軟件。

表1 微波開關(guān)切換矩陣自定義控制命令

3.2.2 顯示模塊

多路射頻信號頻譜自動監(jiān)測軟件實(shí)現(xiàn)了Agilent E4447A頻譜儀工作時監(jiān)測頻譜的實(shí)時顯示。軟件顯示頻譜的原理為：軟件向頻譜儀發(fā)送“保存當(dāng)前顯示圖像”的控制命令，頻譜儀保存當(dāng)前顯示的頻譜圖像后，通過網(wǎng)絡(luò)方式將圖像文件發(fā)送至控制計(jì)算機(jī)，文件以GIF格式存儲。軟件找到位于設(shè)置路徑的圖像文件后，在計(jì)算機(jī)內(nèi)存中以堆方式創(chuàng)建一個臨時內(nèi)存區(qū)域，通過CFile類對象采用只讀權(quán)限打開圖像文件并將圖像數(shù)據(jù)內(nèi)容讀取到該臨時內(nèi)存區(qū)域中，之后軟件創(chuàng)建一個指向該塊內(nèi)存區(qū)域的流對象指針。軟件在Windows消息響應(yīng)函數(shù)OnPaint()內(nèi)調(diào)用OleLoadPicture()函數(shù)，該函數(shù)會創(chuàng)建新的圖像對象并通過流對象指針指向的數(shù)據(jù)內(nèi)容對圖像對象進(jìn)行初始化。設(shè)置定時器并利用Windows消息響應(yīng)函數(shù)OnTimer()，在定時器作用域內(nèi)依次調(diào)用InvalidateRect()(將bErase參數(shù)設(shè)置為FALSE)和UpdateWindow()函數(shù)對顯示頻譜圖像的矩形區(qū)域和軟件窗口進(jìn)行刷新，WM_Paint消息將定時發(fā)出，OnPaint()函數(shù)會隨之定時響應(yīng)WM_Paint消息，實(shí)現(xiàn)在軟件界面的特定矩形區(qū)域?qū)︻l譜圖像進(jìn)行顯示。相關(guān)代碼段如下：

If (file.Open(path, CFile::modeRead)&&file.GetStatus(path, fstatus)&&((cb=fstatus.m_size)!=-1))

{

HGLOBAL hGlobal = GlobalAlloc(GMEM_MOVEABLE, cb);

LPVOID pvData = NULL;

if (hGlobal != NULL)

{

If ((pvData = GlobalLock(hGlobal))!=NULL)

{

file.ReadHuge(pvData, cb);

GlobalUnlock(hGlobal); CreateStreamOnHGlobal(hGlobal, TRUE, &pStm);

}

}

}

IPicture *pPic;

if (SUCCEEDED(OleLoadPicture(pStm, fstatus.m_size, TRUE, IID_IPicture, (LPVOID*)&pPic)))

{

OLE_XSIZE_HIMETRIC hmWidth;

OLE_YSIZE_HIMETRIC hmHeight;

pPic->get_Width(&hmWidth);

pPic->get_Height(&hmHeight);

if(FAILED(pPic->Render(dc,230,0,640,480,0,hmHeight,hmWidth,-hmHeight,NULL)))

AfxMessageBox("渲染圖像失?。?);

pPic->Release();

pStm->Release();

}

軟件可實(shí)現(xiàn)最快間隔1 s的圖像刷新速率，可滿足航天器型號測試中對射頻信號頻譜遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)視的需求。對某中心頻率為720 MHz的寬帶信號的頻譜監(jiān)視效果如圖5所示。

圖5 頻譜自動監(jiān)測軟件獲取頻譜圖像

3.2.3 系統(tǒng)配置模塊

多路射頻信號頻譜的自動切換、監(jiān)測、記錄是軟件的核心功能。通過系統(tǒng)配置模塊，本軟件實(shí)現(xiàn)了多達(dá)15路射頻信號的自動序列化測試功能。

本模塊在設(shè)計(jì)時采用了多線程處理方法。對需要監(jiān)測的各路射頻信號，分別創(chuàng)建一個獨(dú)立線程用于執(zhí)行對應(yīng)該路信號測量的全部設(shè)備操作和數(shù)據(jù)讀寫。每個線程運(yùn)行過程中都涉及包括微波開關(guān)切換、頻譜圖像保存和傳輸、頻譜分析儀參數(shù)設(shè)置、測量數(shù)據(jù)存儲、操作日志記錄等數(shù)十個具體功能函數(shù)的執(zhí)行。根據(jù)設(shè)備對各個函數(shù)執(zhí)行的響應(yīng)時間的差異，軟件編寫時在每兩個函數(shù)的運(yùn)行代碼間設(shè)置有100～5 000 ms不等的線程休眠時間。多線程設(shè)計(jì)方法保證了控制計(jì)算機(jī)可以在當(dāng)前信號監(jiān)測線程暫停執(zhí)行期間，釋放系統(tǒng)資源去執(zhí)行其它信號監(jiān)測線程，即用戶可以在監(jiān)測某一路射頻信號的過程中，同時啟動其它路信號的監(jiān)測，既降低系統(tǒng)資源的占用又提升信號監(jiān)測的效率。

對每一路監(jiān)測信號，用戶可在軟件界面的Auto Seq功能頁面中對監(jiān)測信號的測量頻率范圍、參考電平、顯示帶寬、分辨帶寬等測量參數(shù)，微波開關(guān)的選通狀態(tài)等控制參數(shù)，信號標(biāo)識等數(shù)據(jù)記錄參數(shù)進(jìn)行自定義，定義好的參數(shù)作為軟件的配置文件，在軟件啟動時自動讀取。每切換一路信號，軟件可相應(yīng)完成信號頻譜圖像、中心頻率、峰值功率、監(jiān)測帶寬等數(shù)據(jù)的記錄，配合監(jiān)視信號的信息標(biāo)識和記錄時間，方便用戶隨時查詢數(shù)據(jù)狀態(tài)；用戶可以點(diǎn)擊頁面上某一路通道前的按鈕對該路信號進(jìn)行單獨(dú)監(jiān)測，也可將選中的多個通道按照自動化序列的方式輪巡監(jiān)測，序列中用戶可自主定義需監(jiān)視的射頻信號通道數(shù)量、類別、監(jiān)測參數(shù)，以及通道間切換的時間間隔。多路射頻信號頻譜自動監(jiān)測軟件的測試通道配置界面如圖6所示。

圖6 頻譜自動監(jiān)測軟件通道切換操作界面

3.2.4 數(shù)據(jù)記錄模塊

軟件記錄的測量數(shù)據(jù)、測試日志分別以Excel電子表格、文本形式存檔，按照日均測試12小時、完成300次測量估算，測試數(shù)據(jù)與日志文件的數(shù)據(jù)量約500 KB/d。相較于常見的采用二進(jìn)制文件的數(shù)據(jù)存儲形式，Excel文件有以下優(yōu)勢：一是可采用計(jì)算機(jī)通常均會搭載的Office組件查看，不需要安裝專用的二進(jìn)制文件分析軟件，便于用戶操作和部署；二是Excel軟件具備一定的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)功能，可方便地對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、查詢。

4 系統(tǒng)測試和應(yīng)用效果

多路射頻頻譜自動監(jiān)測系統(tǒng)已在載人航天空間站工程綜合測試中使用。與測試人員在測試儀器前進(jìn)行操作的傳統(tǒng)方法相比，本系統(tǒng)在工程應(yīng)用中具有以下優(yōu)勢：

1) 自動化程度提高。監(jiān)測系統(tǒng)中儀器的各個動作均通過軟件控制自動完成，測試人員不再需要在測試儀器前進(jìn)行繁瑣的儀器設(shè)置操作；

2) 測試效率提高。傳統(tǒng)測試方法中，進(jìn)行射頻通道功率調(diào)節(jié)、頻譜分析儀參數(shù)設(shè)置、測試數(shù)據(jù)記錄等工作，每個射頻信號通道耗時約需3 min，且需要在儀器端和測試計(jì)算機(jī)前配置2名人員；頻譜自動監(jiān)測系統(tǒng)利用指令串可快速完成全部設(shè)置，僅需1人操作監(jiān)測軟件即可；

3) 支持遠(yuǎn)程測試。該監(jiān)測系統(tǒng)可將微波開關(guān)切換矩陣、頻譜分析儀放置于被測試航天器附近或其它測試人員不易進(jìn)入的區(qū)域，僅需保障網(wǎng)絡(luò)通信暢通，測試人員在遠(yuǎn)端通過控制計(jì)算機(jī)即可進(jìn)行遠(yuǎn)程測試。

多路射頻頻譜自動監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用效果分析如表2所示。

5 結(jié)論

航天器多路射頻頻譜自動監(jiān)測系統(tǒng)，可以通過系統(tǒng)中軟件與硬件的配合自動完成50 MHz～3GHz頻率范圍內(nèi)多達(dá)15路的射頻信號頻譜切換、測量、存儲， 實(shí)現(xiàn)了自動發(fā)送指令、自

表2 系統(tǒng)應(yīng)用效果

動記錄數(shù)據(jù)、自動切換信號通道等功能，用戶可通過配置文件實(shí)現(xiàn)“一鍵式”頻譜監(jiān)測。從使用效果看，該系統(tǒng)較傳統(tǒng)的頻譜測量方法節(jié)省了人力資源，單通道的監(jiān)測耗時由原先的3 min減少至10 s左右；同時系統(tǒng)具備遠(yuǎn)程控制功能，將其用于載人航天器綜合測試過程，可有效提高航天器上下行射頻信號的監(jiān)測效率，為載人航天器自動、遠(yuǎn)程測試提供了有效方法。該系統(tǒng)可通過修改配置文件，適應(yīng)不同型號航天器的多路頻譜監(jiān)測需求，具備一定的可擴(kuò)展性。

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Design of Spacecraft Multi-RF Electrical Spectrum Automatic Monitoring and Measuring System

Li Hongliang,Wei Bangyou,Zhang Yafei,Peng Chaoran

(Dept. of Manned Space System Engineering, Chinese Academy of Space Technology, Beijing 100094, China)

A spacecraft multi-RF electrical spectrum automatic monitoring and measuring system has been designed in order to improve the efficiency of spacecraft RF signals monitoring and measuring. RF spectrum is measured by the spectrum analyzer, and the different RF signal channels are switched by the microwave switch matrix equipment. A multi-RF spectrum automatic monitoring and measuring software has been developed to control the whole system and perform read-write operation of data. Automatic monitoring and measuring of 15 RF signal spectrums with frequency range between 50 MHz and 3 GHz is implemented. The efficiency of spacecraft RF signal monitoring is improved significantly, with the time cost reducing from 3min/channel to 10 s/channel and manpower saving from 2 to 1. This system has been applied in testing of Chinese space station.

spacecraft; multi-RF; electrical spectrum; automatic monitoring and measuring; space station

2017-06-27；

2017-07-26。

李宏亮(1985-)，男，山西大同人，碩士，工程師，主要從事載人航天器地面測試設(shè)備研制和綜合測試工作方向的研究。

1671-4598(2017)12-0001-04

10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2017.12.001

TM931

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