基于LabVIEW的衛星干擾監測技術(shù)研究

　　衛星應用已為我國陸、海、空各類(lèi)軍民載體提供全天候、全天時(shí)的高精度定位監測等服務(wù)， 已在國防建設和國民經(jīng)濟中凸現出越來(lái)越重要作用。但是衛星極易受到干擾， 在大功率干擾或者有匹配干擾入站時(shí)， 會(huì )造成正常入站信號電平下降甚至中斷， 用戶(hù)信息無(wú)法入站等情況， 嚴重影響了系統的穩定運行。

　　為保障衛星正常工作， 有必要進(jìn)行干擾監測， 目前， 我國利用幅差法可對某些干擾進(jìn)行一定精度內的定位?；谏鲜鲂枨?， 本系統利用LabVIEW 開(kāi)發(fā)出1 套自動(dòng)監測、存儲超限干擾信號、提取載噪比及信號重要參數的系統。

　　對存儲數據可進(jìn)行復現， 分析其來(lái)源、類(lèi)型及對系統的影響， 對某些干擾實(shí)現定位， 消除干擾對系統的影響。

1系統需求

　　實(shí)時(shí)采集并在監控計算機上顯示6 個(gè)入站波束的頻譜。

　　系統入站經(jīng)常存在干擾， 干擾足夠大時(shí)會(huì )壓制入站信號， 造成入站捕獲成功率低甚至用戶(hù)無(wú)法入站， 應在系統抗干擾門(mén)限內設置觸發(fā)， 一旦高于門(mén)限則聲光報警， 用戶(hù)可及時(shí)提取G/ T 值進(jìn)行定位。

　　針對衛星的入站可能會(huì )受到天氣或者衛星自身工作狀態(tài)不穩定等因素影響出現入站信號功率下降甚至為零現象， 可通過(guò)入站信號功率監控此現象并及時(shí)報警。

　　出現干擾時(shí)， 及時(shí)存儲干擾波形數據及重要參數， 以便進(jìn)行后期復現和研究。

2系統設計與實(shí)現

　　本系統采用研華的工控機通過(guò)GPIB 卡控制頻譜儀實(shí)現衛星入站信號的監測， 系統結構如圖1 所示。主要由頻譜儀、現場(chǎng)工控機、GPIB 卡、交換機、監控計算機組成。

　　現場(chǎng)工控機通過(guò)GPIB 卡與頻譜儀建立聯(lián)系， 通過(guò)GPIB端口對頻譜儀發(fā)布控制命令， 包括： 中心頻率、帶寬、分析帶寬、視頻帶寬、參考電平、峰值搜索等； 對從頻譜儀上獲取的數據， 在工控機上編寫(xiě)Dat aSoket Server 數據傳輸協(xié)議程序， 通過(guò)布置在機房間的網(wǎng)絡(luò )連接線(xiàn)送到位于信號收發(fā)機房的監控計算機。監控計算機收到網(wǎng)絡(luò )數據后， 在監控窗口中恢復頻譜數據和圖像， 并設置干擾門(mén)限， 當入站干擾觸發(fā)聲光報警后， 系統則自動(dòng)存儲干擾信號。

圖1 系統結構

　　2. 1現場(chǎng)工控機軟件模塊

　　位于發(fā)射機房的工控機采用了如下模塊實(shí)現對頻譜儀的控制與數據提?。?/p>

　　1） 驅動(dòng)模塊。

　　工控機中主要用到驅動(dòng)模塊如圖2 所示。

圖2 驅動(dòng)模塊

　　圖2 中5 個(gè)驅動(dòng)模塊為控制模塊， 從左至右依次是:

　　a） Init ialize V I 初始化模塊： 用于與頻譜儀進(jìn)行建立通訊并產(chǎn)生一個(gè)visa seesion 標識字， 采用固定的GPIB 地址來(lái)表示儀器的方式；b） Frequenc V I 頻率控制模塊： 通過(guò)此模塊來(lái)設定頻譜儀的中心頻率；c） Span VI 帶寬控制模塊： 通過(guò)此模塊來(lái)設定頻譜儀的帶寬；d） Amplit V I 電平控制模塊： 通過(guò)此模塊來(lái)設定頻譜儀的參考電平；e） Marker VI: 通過(guò)此模塊來(lái)控制顯示峰值點(diǎn)的數據。

　　2） 讀取模塊。讀取數據模塊如圖3 所示。

圖3讀取模塊

　　圖3 中4 個(gè)驅動(dòng)模塊為讀取模塊， 從左至右依次是：

　　a） Trace VI 軌跡讀取模塊： 通過(guò)此模塊來(lái)還原頻譜曲線(xiàn)；b） Power VI 功率讀取模塊： 通過(guò)此模塊來(lái)讀取信號功率；c） Frequenc VI 頻率讀取模塊： 通過(guò)此模塊來(lái)讀取頻譜儀的中心頻率；d） Amplit V I 電平讀取模塊： 通過(guò)此模塊來(lái)讀取信號的峰值電平。

　　2. 2監控計算機軟件

　　監控程序主要流程為： 現場(chǎng)工控機所接收到的頻譜數據通過(guò)布置在機房間的網(wǎng)絡(luò )連接線(xiàn)送到了位于遠控機房的計算機后， 利用datasocket read. vi 獲取網(wǎng)絡(luò )上的采集數據后、在監控窗口中恢復頻譜數據和圖像， 計算頻譜功率值， 若超出已設定的范圍（ 門(mén)限通常設為偏移正常入站功率3 dB 和高出正常入站電平10 dB） 將發(fā)出聲光報警。同時(shí)程序還兼有存盤(pán)功能， 實(shí)時(shí)存儲波形并記錄報警信息的平均功率、載波峰值發(fā)生時(shí)刻等重要參數信息。

　　2. 2. 1干擾波形、重要參數存儲功能

　　超限觸發(fā)報警功能是由幾個(gè)比較器的輸出決定的， 比較器對設定的載波/ 功率門(mén)限與入站干擾功率/ 功率采樣值進(jìn)行比較： 當未超出門(mén)限值時(shí)， 輸出為f alse; 當超出門(mén)限值時(shí)， 輸出為true, 觸發(fā)聲光報警與干擾存盤(pán)模塊， 同時(shí)將整個(gè)入站帶寬內的波形重要參數、干擾發(fā)生時(shí)刻一并存儲， 這是本系統最重要的功能， 其部分程序如圖4 所示。

圖4 干擾波形存儲功能

　　2. 2. 2干擾復現功能

　　在需要對存盤(pán)的干擾波形進(jìn)行恢復或進(jìn)行分析時(shí)， 可通過(guò)編寫(xiě)的干擾恢復程序復現， 通過(guò)設置Read waveformfrom file. vi 的偏移量進(jìn)行干擾篩選， 查看其干擾發(fā)生時(shí)刻， 同時(shí)將干擾的峰值頻率， 平均功率等參數顯示， 也可根據需要對干擾進(jìn)行其他參數的分析。

　　2. 2. 3遠程控制

　　平時(shí)對干擾源不需要進(jìn)行定位， 主要是因為測量精確載噪比需要對頻譜儀進(jìn)行循環(huán)設置， 故平時(shí)不對載噪比進(jìn)行提取， 在需要進(jìn)行干擾源定位時(shí)， 可通過(guò)遠程登錄實(shí)現對現場(chǎng)工控機程序的控制， 開(kāi)始載噪比的測量， 同時(shí)在監控計算機上實(shí)現對載噪比的自動(dòng)存盤(pán)。

　　2. 3采用的關(guān)鍵技術(shù)

　　本系統的實(shí)現主要采用了以下關(guān)鍵技術(shù)。

　　2. 3. 1 DataSocket 技術(shù)

　　DataSocket 是基于T CP/ IP 協(xié)議的1 種網(wǎng)絡(luò )編程技術(shù)， 面向測量和網(wǎng)上實(shí)時(shí)高速數據交換， 可用于1 個(gè)計算機內或者多個(gè)應用程序之間的數據交換， 其特點(diǎn)就是實(shí)時(shí)性， 它采用Publisher （ 發(fā)布者） 、Dat aSocket. Server 和Subscriber（ 接收者） 的架構， DataSocket 摒除了較為復雜的T CP/ IP 底層編程， 簡(jiǎn)化了應用程序間和計算機間的通訊， 數據交換的雙方無(wú)需直接對話(huà)， 而是向第三方Dat aSocket. Server 讀?。?Read） 或者寫(xiě)入（ Wr ite） 數據， 應用程序的數據接口變得非常簡(jiǎn)單， 數據類(lèi)型也無(wú)需轉換。

　　運用此項技術(shù)， 監控計算機實(shí)現了對現場(chǎng)采集卡的訪(fǎng)問(wèn)，成為本地的虛擬數據采集卡。

　　2. 3. 2遠程控制

　　本系統集成了遠程控制技術(shù)， 監控計算機不僅能以極為簡(jiǎn)單的方式直接在本地打開(kāi)并操作服務(wù)器端計算機的V I 前面板， 允許用戶(hù)直接在客戶(hù)端上打開(kāi)并操作位于服務(wù)器上的測試程序前面板， 甚至可以將測試程序的前面板窗口嵌入到1 個(gè)網(wǎng)頁(yè)中并在網(wǎng)頁(yè)中直接操作它， 這樣用戶(hù)在客戶(hù)機上通過(guò)遠程面板鏈接或瀏覽器方式就可以直接操作位于服務(wù)器上的軟件。圖5 所示是1 個(gè)打開(kāi)的位于采集現場(chǎng)的虛擬儀器面板。

圖5在IE 瀏覽器中打開(kāi)的遠端控制程序前面板

3結論

　　以頻譜儀和交換機、工控機為硬件平臺， 基于LabVIEW 的datasocket 及remote panels 技術(shù)的衛星干擾監測系統， 不僅實(shí)現了對衛星波束的實(shí)時(shí)處理或在線(xiàn)監測等功能， 而且具備報警及干擾事后再分析處理功能， 該系統擴展型好， 提高了我們的抗干擾手段， 一定程度上提高了衛星應用的可靠性。