一種基于射電天文儀器設(shè)備電磁輻射的評(píng)估系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于射電天文儀器設(shè)備電磁輻射的評(píng)估系統(tǒng)及方法，所述評(píng)估系統(tǒng)包括一微波開關(guān)，其一端為兩個(gè)常開觸點(diǎn)，其另一端通過一前置放大器連接至一頻譜儀；所述頻譜儀與一計(jì)算機(jī)連接；一連接至所述微波開關(guān)的一個(gè)所述常開觸點(diǎn)的接收天線；一連接至所述微波開關(guān)的另一個(gè)所述常開觸點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)噪聲源；一通過網(wǎng)絡(luò)連接至所述計(jì)算機(jī)的信號(hào)源；以及一通過射頻線纜連接至所述信號(hào)源輸出端的發(fā)射天線。本發(fā)明結(jié)合射電天文觀測(cè)系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)及觀測(cè)需求，通過對(duì)射電天文儀器設(shè)備輻射發(fā)射進(jìn)行測(cè)試和評(píng)估，分析儀器設(shè)備輻射發(fā)射對(duì)射電望遠(yuǎn)鏡的影響，從而為射電天文觀測(cè)系統(tǒng)的電磁兼容性設(shè)計(jì)、屏蔽設(shè)計(jì)、臺(tái)址無線電管理提供參考依據(jù)，具有重要的工程意義。
【專利說明】一種基于射電天文儀器設(shè)備電磁輻射的評(píng)估系統(tǒng)及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電磁兼容技術(shù)中的電磁干擾測(cè)試、評(píng)估技術(shù)，尤其涉及一種基于射電 天文儀器設(shè)備電磁輻射的評(píng)估系統(tǒng)及方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 我國國軍標(biāo)GJB72-85中規(guī)定，電磁兼容性是指電子、電氣設(shè)備或系統(tǒng)在預(yù)期的電 磁環(huán)境中按設(shè)計(jì)要求正常工作的能力，它反映的是設(shè)備或系統(tǒng)承受電磁騷擾時(shí)能正常工 作，同時(shí)又不產(chǎn)生超過規(guī)定限值的電磁騷擾的能力。電磁兼容性是設(shè)備或系統(tǒng)的重要性能 指標(biāo)，也是保障系統(tǒng)的工作效能和提高系統(tǒng)可靠性的重要因素。
[0003] 大口徑單天線射電望遠(yuǎn)鏡具有極高的系統(tǒng)靈敏度，且系統(tǒng)內(nèi)、系統(tǒng)間及臺(tái)址內(nèi)電 子設(shè)備從多。隨著高頻電子技術(shù)、高速數(shù)字處理技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，數(shù)字接收機(jī)、數(shù)字終端、 商用設(shè)備、電氣設(shè)備及臺(tái)址光學(xué)觀測(cè)設(shè)備的建設(shè)，使得臺(tái)址電磁環(huán)境變得尤為復(fù)雜。射電望 遠(yuǎn)鏡通過天線、饋源、接收機(jī)、傳輸系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理終端等完成數(shù)據(jù)的接收與數(shù)據(jù)處理，其中 天線、饋源、傳輸系統(tǒng)為系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，易受到外界電子設(shè)備輻射發(fā)射信號(hào)的影響；另外， 射電望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)內(nèi)共存有天線驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、換饋系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理終端、控制及監(jiān)控系統(tǒng)及其他 電氣設(shè)備等，這些設(shè)備的電磁輻射發(fā)射容易通過天線旁瓣進(jìn)入接收系統(tǒng)，從而降低系統(tǒng)信 噪比。
[0004] 射頻干擾（radio frequency interference, RFI)的強(qiáng)度和頻譜密度會(huì)使得觀 測(cè)結(jié)果深受射頻干擾的影響以致失去使用價(jià)值。尤其，利用單天線射電望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行的觀測(cè) (連續(xù)譜或光譜）最易受到干擾的影響，其原因是：積分時(shí)間的增加提高了望遠(yuǎn)鏡對(duì)天文信 號(hào)的靈敏度，但也同等程度地提高了其對(duì)射頻干擾信號(hào)的靈敏度。
[0005] 由此可見，射電天文觀測(cè)系統(tǒng)具有極高的靈敏度，而觀測(cè)系統(tǒng)內(nèi)或系統(tǒng)間電磁兼 容問題會(huì)影響這種系統(tǒng)的性能、降低系統(tǒng)信噪比，同時(shí)電子設(shè)備輻射發(fā)射，即射頻干擾不僅 會(huì)影響某些觀測(cè)或特定觀測(cè)類型的質(zhì)量，而且還會(huì)限制射電天文系統(tǒng)的總體效率，加大了 觀測(cè)時(shí)間以及處理數(shù)據(jù)的復(fù)雜性。因此，針對(duì)射電天文臺(tái)址儀器設(shè)備輻射發(fā)射對(duì)射電天文 觀測(cè)的影響進(jìn)行快速評(píng)估，從而為射電望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)電磁兼容性設(shè)計(jì)、屏蔽設(shè)計(jì)、臺(tái)址無線電 管理提供重要依據(jù)，具有重要的工程意義。
[0006] 在現(xiàn)有技術(shù)中，判斷天文儀器設(shè)備輻射發(fā)射是否滿足標(biāo)準(zhǔn)，需要進(jìn)行電磁干擾測(cè) 試；目前電磁干擾測(cè)試最常用的實(shí)驗(yàn)方法是使用電波暗室。然而，電波暗室雖然能夠隔離外 界糟糕的電磁環(huán)境，模擬開闊場(chǎng)測(cè)試，但是其造價(jià)高昂，且測(cè)試結(jié)果并不能直接用于評(píng)估測(cè) 試設(shè)備輻射發(fā)射對(duì)射電天文觀測(cè)系統(tǒng)的影響。
[0007] 而且，由于其他領(lǐng)域電磁兼容測(cè)試，并沒有運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)噪聲源對(duì)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)， 而通常采用測(cè)試及理論估算系統(tǒng)增益，即，測(cè)試結(jié)果依照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)設(shè)備是否超標(biāo)，這樣 就增加了測(cè)試的不確定度，因此，上述針對(duì)其他領(lǐng)域電磁兼容測(cè)試系統(tǒng)的指標(biāo)及可靠性均 較差。
[0008] 國內(nèi)針對(duì)射電天文RFI測(cè)試技術(shù)發(fā)展源于FAST工程（Five-hundred-meter Aperture Spherical radio telescope peoject，500 米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡工程）項(xiàng) 目的推動(dòng)，早期FSAT項(xiàng)目預(yù)研階段，貴州無線電委員會(huì)針對(duì)FSAT臺(tái)址進(jìn)行了電磁環(huán)境測(cè) 試，通過國際交流，貴州無委技術(shù)人員從SKA專家組學(xué)習(xí)到SKA選址RFI測(cè)試及數(shù)據(jù)處理 方法，如文獻(xiàn)"射電天文站電磁環(huán)境測(cè)量方法及分析"測(cè)試與分析方法即來自于2003年 R.Ambrosini等撰寫的SKA (Square kilometer array，平方公里陣列）選址RFI測(cè)試協(xié)議， 該協(xié)議針對(duì)科學(xué)目標(biāo)及技術(shù)需求給出了 RFI測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求、測(cè)試模式及數(shù)據(jù)處理方 法，此測(cè)試方法是針對(duì)射電天文臺(tái)址電波環(huán)境進(jìn)行測(cè)試與數(shù)據(jù)處理。但是該測(cè)試方法僅僅 用于電波環(huán)境測(cè)試，而針對(duì)射電天文臺(tái)址單一儀器射電輻射發(fā)射對(duì)射電天文業(yè)務(wù)的影響評(píng) 估卻并沒有給出相關(guān)的評(píng)估方法。
[0009] 另外，美國聯(lián)邦通信委員會(huì)FCC15_109Class A&Class B標(biāo)準(zhǔn)與國際無線電干擾委 員會(huì)CISPR11&CISPR22標(biāo)準(zhǔn)給出了消費(fèi)電子等輻射設(shè)備允許的最大輻射功率極限。這些標(biāo) 準(zhǔn)運(yùn)用比較廣泛，標(biāo)準(zhǔn)中給出了被測(cè)試設(shè)備給定距離的輻射發(fā)射電場(chǎng)強(qiáng)度限值，輻射測(cè)試 通常在微波暗室中進(jìn)行測(cè)試，這些標(biāo)準(zhǔn)并沒有給出射電天文觀測(cè)系統(tǒng)饋源口面干擾電平限 值，因此，無法為評(píng)估射電天文儀器設(shè)備輻射發(fā)射對(duì)射電天文觀測(cè)的影響提供依據(jù)。
[0010]而國際電信聯(lián)盟（International Telecommunication Union, ITU)針對(duì)射電天文 儀器設(shè)備靈敏度及不同觀測(cè)模式要求，制定了 ITU-R RA. 769建議書，該建議書依據(jù)射電天 文分配的頻譜帶寬，積分時(shí)間為2000s，通過計(jì)算給出了射電天文觀測(cè)系統(tǒng)饋源口面處連續(xù) 譜觀測(cè)高于13MHz，譜線觀測(cè)高于327MHz的有害流量密度極值；但是該建議書僅針對(duì)普遍 的射電望遠(yuǎn)鏡，而不同口徑射電望遠(yuǎn)鏡的科學(xué)任務(wù)和技術(shù)指標(biāo)不一樣，故針對(duì)不同射電望 遠(yuǎn)鏡技術(shù)指標(biāo)及科學(xué)需求計(jì)算饋源口面處干擾電平限值更有意義。
[0011] 綜上所述，由于科學(xué)合理地評(píng)估射電天文儀器設(shè)備輻射特性對(duì)于射電望遠(yuǎn)鏡電磁 兼容性改造及系統(tǒng)電磁兼容性設(shè)計(jì)具有重要的指導(dǎo)意義，因此，目前亟需開發(fā)一種基于射 電天文儀器設(shè)備電磁輻射的評(píng)估方法及系統(tǒng)，以保障射電天文觀測(cè)系統(tǒng)的工作效能和提高 系統(tǒng)可靠性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明旨在提供一種基于射電天文儀器設(shè)備 電磁輻射的評(píng)估系統(tǒng)及方法，以針對(duì)不同射電天文臺(tái)址的儀器設(shè)備輻射發(fā)射進(jìn)行快速測(cè) 試、分析與評(píng)估，從而獲得儀器設(shè)備輻射發(fā)射對(duì)射電天文觀測(cè)系統(tǒng)的影響程度，并針對(duì)對(duì)于 射電天文觀測(cè)系統(tǒng)產(chǎn)生影響的儀器設(shè)備給出屏蔽需求，進(jìn)而保障射電天文觀測(cè)系統(tǒng)的工作 效能和提商系統(tǒng)可罪性。
[0013] 本發(fā)明之一所述的一種基于射電天文儀器設(shè)備電磁福射的評(píng)估系統(tǒng)，其包括：
[0014] 一微波開關(guān)，其一端為兩個(gè)常開觸點(diǎn)，其另一端通過一前置放大器連接至一頻譜 儀；
[0015] 所述頻譜儀與一計(jì)算機(jī)連接；
[0016] 一連接至所述微波開關(guān)的一個(gè)所述常開觸點(diǎn)的接收天線；
[0017] 一連接至所述微波開關(guān)的另一個(gè)所述常開觸點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)噪聲源；
[0018] 一通過網(wǎng)絡(luò)連接至所述計(jì)算機(jī)的信號(hào)源；以及
[0019] 一通過射頻線纜連接至所述信號(hào)源輸出端的發(fā)射天線；
[0020] 其中，所述計(jì)算機(jī)包括：
[0021] 系統(tǒng)校準(zhǔn)模塊，其用于在所述標(biāo)準(zhǔn)噪聲源的兩端分別與所述前置放大器以及所述 頻譜儀連接后，控制所述頻譜儀掃頻，并采用Y因子法計(jì)算獲得系統(tǒng)噪聲和系統(tǒng)增益；
[0022] 電磁干擾測(cè)試模塊，其用于在所述接收天線與所述前置放大器連接并設(shè)置鄰近外 圍的待評(píng)估儀器設(shè)備后，控制所述頻譜儀掃頻以獲得所述待評(píng)估儀器設(shè)備的輻射發(fā)射頻 譜，并對(duì)該輻射發(fā)射頻譜進(jìn)行數(shù)據(jù)校準(zhǔn)以獲得測(cè)試天線口面處輻射功率；
[0023] 干擾電平限值計(jì)算模塊，其用于根據(jù)給定的天線噪聲溫度、所述系統(tǒng)噪聲以及預(yù) 設(shè)的所述頻譜儀的分辨率帶寬以及積分時(shí)間，計(jì)算獲得射電望遠(yuǎn)鏡饋源口面干擾電平限 值，并根據(jù)給定的射電望遠(yuǎn)鏡俯仰角、所述待評(píng)估設(shè)備到射電望遠(yuǎn)鏡饋源口面中心與地面 投影的水平距離以及所述待評(píng)估設(shè)備到射電望遠(yuǎn)鏡饋源口面中心的垂直距離，計(jì)算獲得射 電望遠(yuǎn)鏡旁瓣增益，再根據(jù)所述射電望遠(yuǎn)鏡饋源口面干擾電平限值以及所述射電望遠(yuǎn)鏡旁 瓣增益，計(jì)算獲得所述待評(píng)估儀器設(shè)備到達(dá)射電望遠(yuǎn)鏡饋源口面的干擾電平限值；
[0024] 路徑衰減測(cè)量模塊，其用于在所述發(fā)射天線設(shè)置鄰近所述待評(píng)估儀器設(shè)備，且所 述接收天線設(shè)置鄰近外圍的射電望遠(yuǎn)鏡饋源口面后，控制所述信號(hào)源輸出標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)以供所 述接收天線接收，并控制所述頻譜儀掃頻，以計(jì)算獲得所述標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)到達(dá)射電望遠(yuǎn)鏡饋源 口面處的電磁波路徑衰減；
[0025] 輻射發(fā)射評(píng)估模塊，其用于根據(jù)所述待評(píng)估儀器設(shè)備到達(dá)射電望遠(yuǎn)鏡饋源口面的 干擾電平限值以及電磁波路徑衰減，計(jì)算獲得儀器設(shè)備輻射發(fā)射功率限值，并比較該儀器 設(shè)備輻射發(fā)射功率限值與所述測(cè)試天線口面處輻射功率的大小，若所述測(cè)試天線口面處輻 射功率小于所述儀器設(shè)備輻射發(fā)射功率限值，則評(píng)估為所述待評(píng)估儀器設(shè)備的輻射發(fā)射對(duì) 射電天文觀測(cè)沒有影響，反之，則評(píng)估為所述待評(píng)估儀器設(shè)備的輻射發(fā)射對(duì)射電天文觀測(cè) 產(chǎn)生影響，并輸出相應(yīng)的儀器設(shè)備屏蔽需求。
[0026] 在上述的基于射電天文儀器設(shè)備電磁輻射的評(píng)估系統(tǒng)中，所述微波開關(guān)通過射頻 線纜與所述前置放大器的輸入端連接。
[0027] 在上述的基于射電天文儀器設(shè)備電磁輻射的評(píng)估系統(tǒng)中，所述頻譜儀通過通用接 口總線卡與所述計(jì)算機(jī)連接。
[0028] 在上述的基于射電天文儀器設(shè)備電磁輻射的評(píng)估系統(tǒng)中，所述計(jì)算機(jī)還包括一數(shù) 據(jù)庫，其用于存儲(chǔ)所述系統(tǒng)噪聲、系統(tǒng)增益、輻射發(fā)射頻譜、測(cè)試天線口面處輻射功率、待評(píng) 估儀器設(shè)備到達(dá)射電望遠(yuǎn)鏡饋源口面的干擾電平限值、電磁波路徑衰減以及所述屏蔽需 求。
[0029] 在上述的基于射電天文儀器設(shè)備電磁輻射的評(píng)估系統(tǒng)中，所述計(jì)算機(jī)還包括一與 所述數(shù)據(jù)庫連接的數(shù)據(jù)管理模塊，其用于顯示、查找和/刪除所述數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。
[0030] 本發(fā)明之二所述的一種基于射電天文儀器設(shè)備電磁輻射的評(píng)估方法，其包括以下 步驟：
[0031] 準(zhǔn)備步驟，提供如權(quán)利要求1-5中任意一項(xiàng)所述的基于射電天文儀器設(shè)備電磁輻 射的評(píng)估系統(tǒng)；
[0032] 系統(tǒng)校準(zhǔn)步驟，切換所述微波開關(guān)將所述標(biāo)準(zhǔn)噪聲源的兩端分別與所述前置放大 器以及所述頻譜儀連接，通過所述系統(tǒng)校準(zhǔn)模塊控制所述頻譜儀掃頻，并采用Y因子法計(jì) 算獲得系統(tǒng)噪聲和系統(tǒng)增益；
[0033] 輻射發(fā)射測(cè)試步驟，切換所述微波開關(guān)將所述接收天線與所述前置放大器連接， 并將所述接收天線設(shè)置鄰近外圍的待評(píng)估儀器設(shè)備，通過所述電磁干擾測(cè)試模塊控制所述 頻譜儀掃頻以獲得所述待評(píng)估儀器設(shè)備的輻射發(fā)射頻譜，并對(duì)該輻射發(fā)射頻譜進(jìn)行數(shù)據(jù)校 準(zhǔn)以獲得測(cè)試天線口面處輻射功率；
[0034] 待評(píng)估儀器設(shè)備到達(dá)射電望遠(yuǎn)鏡饋源口面的干擾電平限值計(jì)算步驟，所述干擾電 平限值計(jì)算模塊根據(jù)給定的天線噪聲溫度、所述系統(tǒng)噪聲以及預(yù)設(shè)的頻譜儀的分辨率帶寬 以及積分時(shí)間，計(jì)算獲得射電望遠(yuǎn)鏡饋源口面干擾電平限值，并根據(jù)給定的射電望遠(yuǎn)鏡俯 仰角、所述待評(píng)估設(shè)備到射電望遠(yuǎn)鏡饋源口面中心與地面投影的水平距離以及所述待評(píng)估 設(shè)備到射電望遠(yuǎn)鏡饋源口面中心的垂直距離，計(jì)算獲得射電望遠(yuǎn)鏡旁瓣增益，再根據(jù)所述 射電望遠(yuǎn)鏡饋源口面干擾電平限值以及所述射電望遠(yuǎn)鏡旁瓣增益，計(jì)算獲得所述待評(píng)估儀 器設(shè)備到達(dá)射電望遠(yuǎn)鏡饋源口面的干擾電平限值；
[0035] 電磁波路徑衰減測(cè)試步驟，將所述發(fā)射天線設(shè)置鄰近所述待評(píng)估儀器設(shè)備，并將 所述接收天線設(shè)置鄰近射電望遠(yuǎn)鏡饋源口面，通過所述路徑衰減測(cè)量模塊控制所述信號(hào)源 輸出標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)以供所述接收天線接收，并控制所述頻譜儀掃頻，以計(jì)算獲得所述標(biāo)準(zhǔn)信號(hào) 到達(dá)射電望遠(yuǎn)鏡饋源口面處的電磁波路徑衰減；
[0036] 儀器設(shè)備輻射發(fā)射評(píng)估步驟，所述輻射發(fā)射評(píng)估模塊根據(jù)所述待評(píng)估儀器設(shè)備到 達(dá)射電望遠(yuǎn)鏡饋源口面的干擾電平限值以及電磁波路徑衰減，計(jì)算獲得儀器設(shè)備輻射發(fā)射 功率限值，并比較該儀器設(shè)備輻射發(fā)射功率限值與所述測(cè)試天線口面處輻射功率的大小， 若所述測(cè)試天線口面處輻射功率小于所述儀器設(shè)備輻射發(fā)射功率限值，則評(píng)估為所述待評(píng) 估儀器設(shè)備的輻射發(fā)射對(duì)射電天文觀測(cè)沒有影響，反之，則評(píng)估為所述待評(píng)估儀器設(shè)備的 輻射發(fā)射對(duì)射電天文觀測(cè)產(chǎn)生影響，并輸出相應(yīng)的儀器設(shè)備屏蔽需求。
[0037] 在上述的基于射電天文儀器設(shè)備電磁輻射的評(píng)估方法中，所述系統(tǒng)校準(zhǔn)步驟包 括：
[0038] 根據(jù)預(yù)設(shè)的校準(zhǔn)測(cè)試帶寬以及校準(zhǔn)分辨率帶寬設(shè)置所述頻譜儀的校準(zhǔn)起始頻率、 校準(zhǔn)掃頻步長(zhǎng)，并標(biāo)記所述頻譜儀的測(cè)試頻率點(diǎn)；
[0039] 通過所述系統(tǒng)校準(zhǔn)模塊控制所述標(biāo)準(zhǔn)噪聲源的開關(guān)狀態(tài)，并控制所述頻譜儀分別 采集在所述標(biāo)準(zhǔn)噪聲源的開、關(guān)狀態(tài)下，標(biāo)記的測(cè)試頻率點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的功率值Ρ?和P# ;
[0040] 所述系統(tǒng)校準(zhǔn)模塊根據(jù)以下公式計(jì)算獲得所述系統(tǒng)噪聲Τκ和系統(tǒng)增益Gs，并將該 系統(tǒng)噪聲τ κ和系統(tǒng)增益Gs存入所述數(shù)據(jù)庫：

【權(quán)利要求】
1. 一種基于射電天文儀器設(shè)備電磁輻射的評(píng)估系統(tǒng)，其特征在于，所述評(píng)估系統(tǒng)包 括： 一微波開關(guān)，其一端為兩個(gè)常開觸點(diǎn)，其另一端通過一前置放大器連接至一頻譜儀； 所述頻譜儀與一計(jì)算機(jī)連接； 一連接至所述微波開關(guān)的一個(gè)所述常開觸點(diǎn)的接收天線； 一連接至所述微波開關(guān)的另一個(gè)所述常開觸點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)噪聲源； 一通過網(wǎng)絡(luò)連接至所述計(jì)算機(jī)的信號(hào)源；以及 一通過射頻線纜連接至所述信號(hào)源輸出端的發(fā)射天線； 其中，所述計(jì)算機(jī)包括： 系統(tǒng)校準(zhǔn)模塊，其用于在所述標(biāo)準(zhǔn)噪聲源的兩端分別與所述前置放大器以及所述頻譜 儀連接后，控制所述頻譜儀掃頻，并采用Y因子法計(jì)算獲得系統(tǒng)噪聲和系統(tǒng)增益； 電磁干擾測(cè)試模塊，其用于在所述接收天線與所述前置放大器連接并設(shè)置鄰近外圍的 待評(píng)估儀器設(shè)備后，控制所述頻譜儀掃頻以獲得所述待評(píng)估儀器設(shè)備的輻射發(fā)射頻譜，并 對(duì)該輻射發(fā)射頻譜進(jìn)行數(shù)據(jù)校準(zhǔn)以獲得測(cè)試天線口面處輻射功率； 干擾電平限值計(jì)算模塊，其用于根據(jù)給定的天線噪聲溫度、所述系統(tǒng)噪聲以及預(yù)設(shè)的 所述頻譜儀的分辨率帶寬以及積分時(shí)間，計(jì)算獲得射電望遠(yuǎn)鏡饋源口面干擾電平限值，并 根據(jù)給定的射電望遠(yuǎn)鏡俯仰角、所述待評(píng)估設(shè)備到射電望遠(yuǎn)鏡饋源口面中心與地面投影的 水平距離以及所述待評(píng)估設(shè)備到射電望遠(yuǎn)鏡饋源口面中心的垂直距離，計(jì)算獲得射電望遠(yuǎn) 鏡旁瓣增益，再根據(jù)所述射電望遠(yuǎn)鏡饋源口面干擾電平限值以及所述射電望遠(yuǎn)鏡旁瓣增 益，計(jì)算獲得所述待評(píng)估儀器設(shè)備到達(dá)射電望遠(yuǎn)鏡饋源口面的干擾電平限值； 路徑衰減測(cè)量模塊，其用于在所述發(fā)射天線設(shè)置鄰近所述待評(píng)估儀器設(shè)備，且所述接 收天線設(shè)置鄰近外圍的射電望遠(yuǎn)鏡饋源口面后，控制所述信號(hào)源輸出標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)以供所述接 收天線接收，并控制所述頻譜儀掃頻，以計(jì)算獲得所述標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)到達(dá)射電望遠(yuǎn)鏡饋源口面 處的電磁波路徑衰減； 輻射發(fā)射評(píng)估模塊，其用于根據(jù)所述待評(píng)估儀器設(shè)備到達(dá)射電望遠(yuǎn)鏡饋源口面的干擾 電平限值以及電磁波路徑衰減，計(jì)算獲得儀器設(shè)備輻射發(fā)射功率限值，并比較該儀器設(shè)備 輻射發(fā)射功率限值與所述測(cè)試天線口面處輻射功率的大小，若所述測(cè)試天線口面處輻射功 率小于所述儀器設(shè)備輻射發(fā)射功率限值，則評(píng)估為所述待評(píng)估儀器設(shè)備的輻射發(fā)射對(duì)射電 天文觀測(cè)沒有影響，反之，則評(píng)估為所述待評(píng)估儀器設(shè)備的輻射發(fā)射對(duì)射電天文觀測(cè)產(chǎn)生 影響，并輸出相應(yīng)的儀器設(shè)備屏蔽需求。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于射電天文儀器設(shè)備電磁輻射的評(píng)估系統(tǒng)，其特征在于， 所述微波開關(guān)通過射頻線纜與所述前置放大器的輸入端連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于射電天文儀器設(shè)備電磁輻射的評(píng)估系統(tǒng)，其特征在于， 所述頻譜儀通過通用接口總線卡與所述計(jì)算機(jī)連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于射電天文儀器設(shè)備電磁輻射的評(píng)估系統(tǒng)，其特征在于， 所述計(jì)算機(jī)還包括一數(shù)據(jù)庫，其用于存儲(chǔ)所述系統(tǒng)噪聲、系統(tǒng)增益、輻射發(fā)射頻譜、測(cè)試天 線口面處輻射功率、待評(píng)估儀器設(shè)備到達(dá)射電望遠(yuǎn)鏡饋源口面的干擾電平限值、電磁波路 徑衰減以及所述屏蔽需求。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于射電天文儀器設(shè)備電磁輻射的評(píng)估系統(tǒng)，其特征在于， 所述計(jì)算機(jī)還包括一與所述數(shù)據(jù)庫連接的數(shù)據(jù)管理模塊，其用于顯示、查找和/刪除所述 數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。
6. -種基于射電天文儀器設(shè)備電磁輻射的評(píng)估方法，其特征在于，所述方法包括以下 步驟： 準(zhǔn)備步驟，提供如權(quán)利要求1-5中任意一項(xiàng)所述的基于射電天文儀器設(shè)備電磁輻射的 評(píng)估系統(tǒng)； 系統(tǒng)校準(zhǔn)步驟，切換所述微波開關(guān)將所述標(biāo)準(zhǔn)噪聲源的兩端分別與所述前置放大器以 及所述頻譜儀連接，通過所述系統(tǒng)校準(zhǔn)模塊控制所述頻譜儀掃頻，并采用Y因子法計(jì)算獲 得系統(tǒng)噪聲和系統(tǒng)增益； 輻射發(fā)射測(cè)試步驟，切換所述微波開關(guān)將所述接收天線與所述前置放大器連接，并將 所述接收天線設(shè)置鄰近外圍的待評(píng)估儀器設(shè)備，通過所述電磁干擾測(cè)試模塊控制所述頻譜 儀掃頻以獲得所述待評(píng)估儀器設(shè)備的輻射發(fā)射頻譜，并對(duì)該輻射發(fā)射頻譜進(jìn)行數(shù)據(jù)校準(zhǔn)以 獲得測(cè)試天線口面處輻射功率； 待評(píng)估儀器設(shè)備到達(dá)射電望遠(yuǎn)鏡饋源口面的干擾電平限值計(jì)算步驟，所述干擾電平限 值計(jì)算模塊根據(jù)給定的天線噪聲溫度、所述系統(tǒng)噪聲以及預(yù)設(shè)的頻譜儀的分辨率帶寬以及 積分時(shí)間，計(jì)算獲得射電望遠(yuǎn)鏡饋源口面干擾電平限值，并根據(jù)給定的射電望遠(yuǎn)鏡俯仰角、 所述待評(píng)估設(shè)備到射電望遠(yuǎn)鏡饋源口面中心與地面投影的水平距離以及所述待評(píng)估設(shè)備 到射電望遠(yuǎn)鏡饋源口面中心的垂直距離，計(jì)算獲得射電望遠(yuǎn)鏡旁瓣增益，再根據(jù)所述射電 望遠(yuǎn)鏡饋源口面干擾電平限值以及所述射電望遠(yuǎn)鏡旁瓣增益，計(jì)算獲得所述待評(píng)估儀器設(shè) 備到達(dá)射電望遠(yuǎn)鏡饋源口面的干擾電平限值； 電磁波路徑衰減測(cè)試步驟，將所述發(fā)射天線設(shè)置鄰近所述待評(píng)估儀器設(shè)備，并將所述 接收天線設(shè)置鄰近射電望遠(yuǎn)鏡饋源口面，通過所述路徑衰減測(cè)量模塊控制所述信號(hào)源輸出 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)以供所述接收天線接收，并控制所述頻譜儀掃頻，以計(jì)算獲得所述標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)到達(dá) 射電望遠(yuǎn)鏡饋源口面處的電磁波路徑衰減； 儀器設(shè)備輻射發(fā)射評(píng)估步驟，所述輻射發(fā)射評(píng)估模塊根據(jù)所述待評(píng)估儀器設(shè)備到達(dá)射 電望遠(yuǎn)鏡饋源口面的干擾電平限值以及電磁波路徑衰減，計(jì)算獲得儀器設(shè)備輻射發(fā)射功率 限值，并比較該儀器設(shè)備輻射發(fā)射功率限值與所述測(cè)試天線口面處輻射功率的大小，若所 述測(cè)試天線口面處輻射功率小于所述儀器設(shè)備輻射發(fā)射功率限值，則評(píng)估為所述待評(píng)估儀 器設(shè)備的輻射發(fā)射對(duì)射電天文觀測(cè)沒有影響，反之，則評(píng)估為所述待評(píng)估儀器設(shè)備的輻射 發(fā)射對(duì)射電天文觀測(cè)產(chǎn)生影響，并輸出相應(yīng)的儀器設(shè)備屏蔽需求。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于射電天文儀器設(shè)備電磁輻射的評(píng)估方法，其特征在于， 所述系統(tǒng)校準(zhǔn)步驟包括： 根據(jù)預(yù)設(shè)的校準(zhǔn)測(cè)試帶寬以及校準(zhǔn)分辨率帶寬設(shè)置所述頻譜儀的校準(zhǔn)起始頻率、校準(zhǔn) 掃頻步長(zhǎng)，并標(biāo)記所述頻譜儀的測(cè)試頻率點(diǎn)； 通過所述系統(tǒng)校準(zhǔn)模塊控制所述標(biāo)準(zhǔn)噪聲源的開關(guān)狀態(tài)，并控制所述頻譜儀分別采集 在所述標(biāo)準(zhǔn)噪聲源的開、關(guān)狀態(tài)下，標(biāo)記的測(cè)試頻率點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的功率值Pm和Ptjff ; 所述系統(tǒng)校準(zhǔn)模塊根據(jù)以下公式計(jì)算獲得所述系統(tǒng)噪聲Tk和系統(tǒng)增益Gs，并將該系統(tǒng) 噪聲Tk和系統(tǒng)增益Gs存入所述數(shù)據(jù)庫： Y=P〇"/P〇ff ⑴，
其中，NF為系統(tǒng)噪聲系數(shù)，ENR為預(yù)存在所述數(shù)據(jù)庫中的所述標(biāo)準(zhǔn)噪聲源的超噪比，Ttl 為標(biāo)準(zhǔn)溫度，Irff為關(guān)閉所述標(biāo)準(zhǔn)噪聲源時(shí)的溫度，Tm為打開所述標(biāo)準(zhǔn)噪聲源時(shí)的溫度，B 為所述校準(zhǔn)分辨率帶寬，K為波爾茲曼常數(shù)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于射電天文儀器設(shè)備電磁輻射的評(píng)估方法，其特征在于， 所述輻射發(fā)射測(cè)試步驟包括： 根據(jù)預(yù)設(shè)的測(cè)試帶寬、積分時(shí)間、分辨率帶寬設(shè)置所述頻譜儀的起始頻率、掃頻步長(zhǎng)； 通過所述電磁干擾測(cè)試模塊在關(guān)閉周圍所有電子設(shè)備的測(cè)試環(huán)境中，控制所述待評(píng)估 儀器設(shè)備的開關(guān)狀態(tài)，并控制所述頻譜儀分別采集關(guān)閉所述待評(píng)估儀器設(shè)備時(shí)的環(huán)境頻譜 以及打開所述待評(píng)估儀器設(shè)備時(shí)的所述輻射發(fā)射頻譜Pa，并將該輻射發(fā)射頻譜Pa存入所述 數(shù)據(jù)庫； 通過對(duì)比所述環(huán)境頻譜與所述輻射發(fā)射頻譜，以獲得輻射發(fā)射頻譜特性； 通過所述電磁干擾測(cè)試模塊根據(jù)所述預(yù)設(shè)的分辨率帶寬對(duì)預(yù)存在所述數(shù)據(jù)庫中的所 述接收天線的接收天線增益Ga、所述系統(tǒng)增益Gs進(jìn)行線性插值，并基于該接收天線增益Ga 以及系統(tǒng)增益Gs對(duì)所述輻射發(fā)射頻譜Pa進(jìn)行數(shù)據(jù)校準(zhǔn)，從而根據(jù)以下公式獲得所述測(cè)試天 線口面處輻射功率P，并將該測(cè)試天線口面處輻射功率P存入所述數(shù)據(jù)庫： P=Pa-Gs-Ga (6) 〇
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于射電天文儀器設(shè)備電磁輻射的評(píng)估方法，其特征在于， 所述待評(píng)估儀器設(shè)備到達(dá)射電望遠(yuǎn)鏡饋源口面的干擾電平限值計(jì)算步驟包括： 所述干擾電平限值計(jì)算模塊根據(jù)給定的所述天線噪聲溫度Ta、所述系統(tǒng)噪聲Tk以及預(yù) 設(shè)的所述頻譜儀的分辨率帶寬B和積分時(shí)間T，根據(jù)以下公式計(jì)算獲得所述射電望遠(yuǎn)鏡饋 源口面干擾電平限值Ln :
其中，K為玻爾茲曼常數(shù)； 所述干擾電平限值計(jì)算模塊根據(jù)給定的射電望遠(yuǎn)鏡俯仰角妒、所述待評(píng)估設(shè)備到射 電望遠(yuǎn)鏡饋源口面中心與地面投影的水平距離Ld以及所述待評(píng)估設(shè)備到射電望遠(yuǎn)鏡饋源 口面中心的垂直距離H，根據(jù)以下公式計(jì)算獲得射電望遠(yuǎn)鏡旁瓣增益G(O):
其中，①為待評(píng)估儀器設(shè)備偏離射電望遠(yuǎn)鏡主波束軸的角度； 所述干擾電平限值計(jì)算模塊根據(jù)所述射電望遠(yuǎn)鏡饋源口面干擾電平限值Ln以及所述 射電望遠(yuǎn)鏡旁瓣增益G(O)，根據(jù)以下公式計(jì)算獲得所述待評(píng)估儀器設(shè)備到達(dá)射電望遠(yuǎn)鏡 饋源口面的干擾電平限值Lt:
所述干擾電平限值計(jì)算模塊根據(jù)所述輻射發(fā)射測(cè)試步驟中的所述分辨率帶寬對(duì)所述 待評(píng)估儀器設(shè)備到達(dá)射電望遠(yuǎn)鏡饋源口面的干擾電平限值Lt進(jìn)行線性插值，并將該待評(píng)估 儀器設(shè)備到達(dá)射電望遠(yuǎn)鏡饋源口面的干擾電平限值Lt存入所述數(shù)據(jù)庫。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于射電天文儀器設(shè)備電磁輻射的評(píng)估方法，其特征在于， 所述電磁波路徑衰減測(cè)試步驟包括： 通過所述路徑衰減測(cè)量模塊設(shè)置所述信號(hào)源輸出的所述標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的信號(hào)頻率和信號(hào) 幅度； 根據(jù)預(yù)設(shè)的測(cè)試帶寬、掃描時(shí)間、分辨率帶寬設(shè)置并標(biāo)記所述頻譜儀的掃描頻點(diǎn)，且該 掃描頻點(diǎn)與所述標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的信號(hào)頻率匹配； 通過所述路徑衰減測(cè)量模塊控制所述信號(hào)源輸出所述標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，以使所述接收天線接 收該發(fā)射天線發(fā)出的信號(hào)，并控制所述頻譜儀采集標(biāo)記的掃描頻點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的功率值PK; 所述路徑衰減測(cè)量模塊根據(jù)以下公式計(jì)算所述電磁波路徑衰減Sp : Sp = pe-gs-ga-p t+ca-gat (11)， 其中，Gs為所述系統(tǒng)增益，Ga為預(yù)存在所述數(shù)據(jù)庫中的所述接收天線的接收天線增益，Pt為所述標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的信號(hào)幅度，Ca為預(yù)存在所述數(shù)據(jù)庫中的所述信號(hào)源與發(fā)射天線之間連 接的射頻線纜的插損，Gat為預(yù)存在所述數(shù)據(jù)庫中的所述發(fā)射天線的增益； 所述路徑衰減測(cè)量模塊根據(jù)所述輻射發(fā)射測(cè)試步驟中的所述分辨率帶寬對(duì)所述電磁 波路徑衰減Sp進(jìn)行線性插值，并將該電磁波路徑衰減Sp存入所述數(shù)據(jù)庫。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的基于射電天文儀器設(shè)備電磁輻射的評(píng)估方法，其特征在 于，所述電磁波路徑衰減測(cè)試步驟還包括： 在設(shè)置完成所述標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的信號(hào)頻率和信號(hào)幅度以及所述頻譜儀的掃描頻點(diǎn)之后，通 過射頻線纜連接所述信號(hào)源和所述頻譜儀，并比對(duì)所述信號(hào)源輸出的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)與所述頻譜 儀接收的信號(hào)的差值，若該差值在±IdB以內(nèi)，則繼續(xù)進(jìn)行所述電磁波路徑衰減測(cè)試步驟， 否則，若不滿足，重新設(shè)置所述標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的信號(hào)頻率和/或信號(hào)幅度和/或所述頻譜儀的掃 描頻點(diǎn)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于射電天文儀器設(shè)備電磁輻射的評(píng)估方法，其特征在于， 所述儀器設(shè)備輻射發(fā)射評(píng)估步驟包括： 所述輻射發(fā)射評(píng)估模塊根據(jù)以下公式計(jì)算獲得所述儀器設(shè)備輻射發(fā)射功率限值L: L=LT-SP-3dB(12)； 其中，Lt為所述待評(píng)估儀器設(shè)備到達(dá)射電望遠(yuǎn)鏡饋源口面的干擾電平限值，Sp為所述 電磁波路徑衰減，3dB為測(cè)量不確定度； 所述輻射發(fā)射評(píng)估模塊根據(jù)以下公式輸出所述儀器設(shè)備屏蔽需求SE，并將該儀器設(shè)備 屏蔽需求SE存入所述數(shù)據(jù)庫： SE=P-L(13)。
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK104267265SQ201410526685
【公開日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月30日
【發(fā)明者】劉奇, 陳卯蒸, 劉艷玲 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院新疆天文臺(tái)