本發(fā)明屬于射頻測試技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種在緊縮場內(nèi)測試整星ipfd值的高精度測試方法。
背景技術(shù)：
ipfd(inputpowerfluxdensity)即輸入功率通量密度值，單位為“dbw/m2”。ipfd值的基本含義是：為使衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器單載波線性或飽和工作，在其接收天線的單位有效面積上應(yīng)輸入的功率，它體現(xiàn)了轉(zhuǎn)發(fā)器接收地面發(fā)射功率強度和靈敏度的性能。
ipfd值的公式定義為：ipfd＝ptx+lpath，up+gtx，-101g(4πr2)-30，其中ptx為信號源發(fā)射功率，lpath，up，為上行鏈路損耗，gtx為發(fā)射天線增益，r為測試距離。除了ipfd值公式涉及的發(fā)射天線增益和發(fā)射功率等必要因素外，ipfd值的測量結(jié)果和接收天線的方向圖以及接收天線的增益也有直接關(guān)系。目前，ipfd值等有效載荷性能可以從轉(zhuǎn)發(fā)器和天線分系統(tǒng)的測試結(jié)果推算得到，但是隨著系統(tǒng)復(fù)雜性的增加和對系統(tǒng)性能要求的提高，僅依靠分系統(tǒng)測試后的推算ipfd性能的做法已不能適應(yīng)整星需求，必須用系統(tǒng)的直接測量法取代它，才能得到更高的測試精度。
然而，利用天線分系統(tǒng)測試結(jié)果推算ipfd性能的方法主要存在以下問題：
1)以單天線為測試對象時，測試環(huán)境優(yōu)于實際在軌使用環(huán)境，天線方向圖及增益測量結(jié)果優(yōu)于實際使用結(jié)果，不能反映衛(wèi)星星體反射以及其他星載天線、星載設(shè)備對天線方向圖的影響；
2)單天線測試架設(shè)采用專用的金屬工裝支架，測試狀態(tài)和整星測試狀態(tài)不相同。單天線測試工裝把反射面和饋源安裝在同一金屬支架上，天線反射面、饋源及工裝支架整體垂直于地面與測試轉(zhuǎn)臺對接，反射面與饋源間的相對關(guān)系由金屬支架的強度保證，受重力影響小，其中，整星測試時，饋源安裝在星體東西兩側(cè)，閉合狀態(tài)下的反射面安裝在星體東西板，衛(wèi)星平行于地面與測試轉(zhuǎn)臺對接，此時天線反射面及饋源也處于平行于地面狀態(tài)，當(dāng)天線反射面展開時，需要使用l型支撐結(jié)構(gòu)緊固反射面，用于避免反射面受到重力影響而形變(真實在軌使用時為零重力狀態(tài)無需使用l型支撐結(jié)構(gòu))，整星測試狀態(tài)受重力影響大，往往由于l型支撐結(jié)構(gòu)強度不足，造成反射面及饋源間的相對關(guān)系發(fā)生改變，使得天線受重力影響而產(chǎn)生方向圖變化，此變化為非真實在軌使用效果，需要予以消除；以及
3)單天線和轉(zhuǎn)發(fā)器分段測量時，無法將天線和轉(zhuǎn)發(fā)器連接失配造成的誤差、天線與轉(zhuǎn)發(fā)器之間饋電網(wǎng)絡(luò)損耗的測試誤差帶入到測試結(jié)果，所以分系統(tǒng)間接測試精度低于整星測試精度。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提出了一種基于緊縮場整星ipfd值的高精度測試方法，解決由分系統(tǒng)間接測試帶來的與實際使用效果不一致問題，同時提高測試效率。
本發(fā)明提供了一種高精度測試方法，用于在緊縮場內(nèi)開展整星的輸入功率通量密度值的測試，包括以下步驟：步驟一，整星加電并且整星轉(zhuǎn)發(fā)器開始工作，從地面信號源施加低功率射頻信號；步驟二，根據(jù)天線分系統(tǒng)的方向圖設(shè)計值，采用預(yù)定掃描方式，轉(zhuǎn)動待測件(deviceundertest，以下簡稱為dut)轉(zhuǎn)臺，在預(yù)判斷峰值附近采樣輸入功率通量密度值；步驟三，將實際采樣到的輸入功率通量密度值套入天線分系統(tǒng)的方向圖測試結(jié)果中，通過比較得到方向圖的方位和俯仰角度的偏差；步驟四，根據(jù)俯仰角度的偏差，確定校準(zhǔn)后的峰值電平位置并將dut轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)到峰值電平位置；以及步驟五，根據(jù)衛(wèi)星遙測信號，地面信號源逐步增加功率電平，直到達(dá)到預(yù)定飽和壓縮位置電平并獲得準(zhǔn)確的輸入功率通量密度值。
具體地，預(yù)定掃描方式為十字形或土字型的掃描方式，以及預(yù)定飽和壓縮位置電平為1db。
在步驟一之前還包括：
將整星架裝到dut平臺上并進(jìn)行光學(xué)準(zhǔn)直，從而將整星的形體基準(zhǔn)坐標(biāo)位置對準(zhǔn)及所長平面波來波方向；
根據(jù)衛(wèi)星上行頻點，利用射頻測試設(shè)備標(biāo)定作為發(fā)射饋源的地面信號源在衛(wèi)星上行頻點的天線增益；
安裝地面信號源并將其置于緊縮場的反射面焦點位置；
根據(jù)衛(wèi)星上行頻點，利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀標(biāo)定地面信號源到緊縮場的信號源之間的測試鏈路電纜在衛(wèi)星上行頻點的插入損耗；
根據(jù)緊縮場的雙反射面系統(tǒng)特性，確定緊縮場的等效空間距離并計算等效求面積對應(yīng)的db值，在本發(fā)明中，db表征相對值的值，只表示兩個量的相對大小關(guān)系，此處表示功率的相對大?。?/p>
根據(jù)天線分系統(tǒng)的方向圖測試結(jié)果預(yù)判斷天線電平峰值位置并獲得預(yù)判斷峰值；
將整星的接收天線移動到緊縮場的靜區(qū)中心，接收天線為衛(wèi)星上行天線。
因此，采用本發(fā)明測試方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下的有益效果：
1)整星測試ipfd值時，其他星載天線和星載設(shè)備同時安裝于衛(wèi)星星體之上，同天線設(shè)計值或天線分系統(tǒng)測試結(jié)果比較，整星測試可以引入星體反射干擾，真實反映了在軌實際應(yīng)用效果；
2)利用特殊形狀掃描法判別天線指向位置，有效的克服了整星測試階段，天線在地面測試場測試時引入的l型支撐結(jié)構(gòu)形變影響，消除了地面測試場測試結(jié)果和在軌測試結(jié)果因l型支撐結(jié)構(gòu)形變影響導(dǎo)致的方向圖不一致問題；以及
3)整星測試ipfd值時，采用衛(wèi)星接收天線(上行天線)+轉(zhuǎn)發(fā)器的組合模式測試，可以有效消除分段測量帶來的天線與轉(zhuǎn)發(fā)器連接失配誤差和天線與轉(zhuǎn)發(fā)器之間饋電網(wǎng)絡(luò)損耗的測試誤差。
附圖說明
圖1是整星ipfd測試系統(tǒng)的框圖；以及
圖2是根據(jù)本發(fā)明的將某整星ipfd值測試結(jié)果與天線增益方向圖測試結(jié)果重合度進(jìn)行對比的比對圖。
具體實施方式
應(yīng)了解，本發(fā)明在緊縮場采用整星ipfd值測試系統(tǒng)克服了分系統(tǒng)分段測量帶來的測試誤差；同時利用“十”或“土”字形掃描采樣方式，精確定位受l型支撐結(jié)構(gòu)形變影響下的方向圖電平峰值位置，消除了地面測試和在軌應(yīng)用方向圖不一致問題。
具體地，本發(fā)明的緊縮場整星ipfd值測試方法包括以下步驟：
1)整星架裝到大型dut轉(zhuǎn)臺上，并進(jìn)行光學(xué)準(zhǔn)直，將星體基準(zhǔn)坐標(biāo)位置對準(zhǔn)緊縮場平面波來波方向；
2)根據(jù)衛(wèi)星上行頻點，利用射頻測試設(shè)備標(biāo)定地面發(fā)射饋源在衛(wèi)星上行頻點的天線增益；
3)安裝地面發(fā)射饋源，將發(fā)射饋源置于緊縮場反射面焦點位置；
4)根據(jù)衛(wèi)星上行頻點，利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀標(biāo)定地面饋源到緊縮場信號源之間的測試鏈路電纜在上行頻點的插入損耗；
5)根據(jù)緊縮場雙反射面系統(tǒng)特性，確定緊縮場等效空間距離r，并根據(jù)r值計算等效球面積對應(yīng)的db值；
6)根據(jù)天線分系統(tǒng)方向圖測試結(jié)果預(yù)判斷天線電平峰值位置；
7)將整星接收天線(衛(wèi)星上行天線)移動到緊縮場靜區(qū)中心；
8)整星轉(zhuǎn)發(fā)器供電工作，地面信號源加低功率射頻信號；
9)根據(jù)方向圖設(shè)計值，采用“十”或“土”形掃描方式，轉(zhuǎn)動dut轉(zhuǎn)臺，在預(yù)判斷峰值附近采樣ipfd值；
10)將實測ipfd值套入天線分系統(tǒng)方向圖測試結(jié)果中，比較得到方向圖方位和俯仰角度偏差；
11)根據(jù)角度偏差確定校準(zhǔn)后峰值電平位置，將dut轉(zhuǎn)臺到該位置；
12)根據(jù)衛(wèi)星遙測信號，地面信號源逐步增加功率電平，直到達(dá)到1db飽和壓縮位置電平，得到ipfd值。
因此，該測試方法可以包含星體反射干擾對ipfd值的影響，最大限度還原在軌實際應(yīng)用效果。該方法克服了整星測試階段，天線在地面測試場測試時引入的l型支撐結(jié)構(gòu)形變影響，消除了地面測試場測試結(jié)果和在軌測試結(jié)果因l型支撐結(jié)構(gòu)形變導(dǎo)致的方向圖不一致問題。另外，該方法還可以消除分段測量帶來的天線與轉(zhuǎn)發(fā)器連接失配誤差和天線與轉(zhuǎn)發(fā)器之間饋電網(wǎng)絡(luò)損耗的測試誤差對ipfd值的影響。
下面結(jié)合附圖1和2及具體實施方式對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
根據(jù)本發(fā)明的緊縮場整星ipfd值測試方法主要是利用緊縮場雙反射面系統(tǒng)、大型dut轉(zhuǎn)臺、射頻儀器等設(shè)備開展整星ipfd值測量。特別是利用緊縮場轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)的高精度定位能力，根據(jù)波束形狀，采用“十字線”或“土字線”測試法采集ipfd值，用于和輻射方向圖比對相對關(guān)系，確定整星狀態(tài)下方向圖峰值位置，修正整星階段待測天線受重力影響而發(fā)生的方向圖偏移情況，提高整星ipfd值測試精度。本發(fā)明的測試方法的具體實施步驟如下詳細(xì)描述。
第一步，利用緊縮場天車將衛(wèi)星整星起吊，控制dut轉(zhuǎn)臺，使得轉(zhuǎn)臺對接面和星體對接法蘭對準(zhǔn)，平移dut轉(zhuǎn)臺靠近星體，使用對接螺釘緊固星體法蘭和dut轉(zhuǎn)臺對界面，拆除天車吊裝工具，控制dut轉(zhuǎn)臺將星體指向緊縮場反射面方向。
其中，使用激光經(jīng)緯儀測量緊縮場副反射面基礎(chǔ)上的棱鏡，隨后測量衛(wèi)星星體上棱鏡，根據(jù)角度關(guān)系確定衛(wèi)星指向來波方向的角度。
第二步，記錄衛(wèi)星上行頻點，選用箱型暗室實驗室或球面近場實驗室測量地面發(fā)射饋源天線增益，天線增益為15dbi。增益測量完成后，將地面發(fā)射饋源天線安裝到緊縮場二樓饋源間測試轉(zhuǎn)臺上，并緊固安裝螺釘。根據(jù)反射面焦距位置，調(diào)整饋源間測試轉(zhuǎn)臺的方位軸、南北方向軌道軸、東西方向軌道軸和極化旋轉(zhuǎn)軸，將饋源的相位中心放置到反射面焦點位置上。
第三步，使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的插損標(biāo)定功能，完成上行鏈路測試電纜在上行頻點處的 插入損耗，插入損耗為-10db。標(biāo)定完成后將上行測試電纜一端連接到地面發(fā)射饋源射頻輸入端口上，測試電纜另一端連接到緊縮場信號源射頻輸出端口上。
第四步，根據(jù)緊縮場雙反射面系統(tǒng)的等效空間距離r，計算等效球面積db值，r＝29.313m，所以101g(4πr2)＝40.33db。
第五步，根據(jù)天線分系統(tǒng)方向圖測試結(jié)果預(yù)判斷天線電平峰值位置。例如，點波束天線正對星下點方位、俯仰位置坐標(biāo)為(0.055，5.47)。點波束天線安裝在衛(wèi)星對地面星體板上，控制dut轉(zhuǎn)臺將衛(wèi)星對地面星體板停放到測試靜區(qū)中心，旋轉(zhuǎn)星體指向(0.055，5.47)坐標(biāo)位置。
第六步，整星加電，整星轉(zhuǎn)發(fā)器打開，開始ipfd值測量，具體實施過程如下：
(1)地面信號源發(fā)射-60dbm功率；
(2)通過上行測試電纜輸入地面發(fā)射饋源；
(3)饋源發(fā)射的球面波經(jīng)雙反射面系統(tǒng)兩次反射，在衛(wèi)星對地面板處形成平行波；
(4)衛(wèi)星上行天線接收到射頻信號；
(5)射頻信號通過轉(zhuǎn)發(fā)器系統(tǒng)變頻為衛(wèi)星下行信號；
(6)整星發(fā)射天線轉(zhuǎn)發(fā)衛(wèi)星下行信號；
(7)下行信號經(jīng)雙反射面系統(tǒng)反射后匯聚到反射面焦點位置；
(8)由地面接收天線接收并送入功率計或頻譜儀等信號檢測設(shè)備；
(9)同時星上監(jiān)測遙測信號；
(10)以預(yù)判斷電平峰值位置(0.055，5.47)為中心，轉(zhuǎn)動dut轉(zhuǎn)臺，采樣間隔設(shè)置為0.1°，采樣范圍設(shè)置為中心位置±2°，每轉(zhuǎn)動到一個采樣點記錄ipfd值，直到采集完成；
(11)將采集結(jié)果和天線分系統(tǒng)方向圖測試結(jié)果比對，確定方位和俯仰方向角度偏差(0，-0.1)，此偏差即為星體環(huán)境和天線受l型支撐結(jié)構(gòu)形變雙重影響造成的指向偏差；
(12)根據(jù)指向偏差確定實際指向峰值位置為(0.055，5.37)；
(13)增加信號源發(fā)射功率，根據(jù)星上遙測信號判斷1db壓縮飽和點，測得飽和點為-25db信號源輸出功率；
(14)根據(jù)測試結(jié)果計算飽和點ipfd值，即：
ipfd＝ptx+lpath，up+gtx，-101g(4πr2)-30
ipfd＝-25+(-10)+15-40.33-30＝-90.33dbw/m2
(15)記錄測試結(jié)果完成整星ipfd值測試過程。
綜上所述，采用本發(fā)明的技術(shù)方案，在整星測試ipfd值時，其他星載天線和星載設(shè)備 同時安裝于衛(wèi)星星體之上，同天線設(shè)計值或天線分系統(tǒng)測試結(jié)果比較，整星測試可以引入星體反射干擾，真實反映了在軌實際應(yīng)用效果，而利用特殊形狀掃描法判別天線指向位置，有效的克服了整星測試階段，天線在地面測試場測試時引入的l型支撐結(jié)構(gòu)形變影響，消除了地面測試場測試結(jié)果和在軌測試結(jié)果因l型支撐結(jié)構(gòu)形變影響導(dǎo)致的方向圖不一致問題。
另外，在整星測試ipfd值時，采用衛(wèi)星接收天線(上行天線)+轉(zhuǎn)發(fā)器的組合模式測試，可以有效消除分段測量帶來的天線與轉(zhuǎn)發(fā)器連接失配誤差和天線與轉(zhuǎn)發(fā)器之間饋電網(wǎng)絡(luò)損耗的測試誤差。
本發(fā)明中未說明部分屬于本領(lǐng)域的公知技術(shù)。