一種北斗衛(wèi)星定位導(dǎo)航裝置RS103測試優(yōu)化方法研究

蘇 醒，丁永平，黨 麗

(中國兵器工業(yè)新技術(shù)推廣研究所,北京 100089)

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一種北斗衛(wèi)星定位導(dǎo)航裝置RS103測試優(yōu)化方法研究

蘇 醒，丁永平，黨 麗

(中國兵器工業(yè)新技術(shù)推廣研究所,北京 100089)

隨著北斗衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)的快速發(fā)展，其接收終端——北斗定位導(dǎo)航裝置也在軍事、交通運(yùn)輸、氣象、海洋、森林防火、災(zāi)害預(yù)報和公安等諸多領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。針對在國內(nèi)電磁兼容試驗(yàn)室進(jìn)行RS103項(xiàng)目2～4 GHz頻段測試時，由于測試系統(tǒng)功率放大器產(chǎn)生的寬帶干擾落入北斗衛(wèi)星定位導(dǎo)航裝置的工作頻帶內(nèi)，造成其在尚未施加干擾時就已無法定位，導(dǎo)致試驗(yàn)難以開展，進(jìn)行了相應(yīng)的設(shè)計及驗(yàn)證。通過采取衛(wèi)星信號轉(zhuǎn)發(fā)器與定頻衰減器相結(jié)合的方式，在保證試驗(yàn)真實(shí)性和完整性的前提下，解決了RS103項(xiàng)目在2～4 GHz頻段測試時由于測試系統(tǒng)所帶來的帶內(nèi)干擾問題。

RS103；輻射抗擾度；帶內(nèi)干擾

目前，輻射抗擾度試驗(yàn)的測試標(biāo)準(zhǔn)主要有GB 17626.3-2006和GJB 151B-2013 RS103等2種，二者在制定依據(jù)、目的、控制對象和測試系統(tǒng)等方面都具有很大的相似性，但在測試方法、頻率范圍和干擾信號特性等方面存在較大差異。前者測試頻率較窄(80～1 000 M)，且施加的輻射場強(qiáng)較小(最大10 V/m)；后者頻率較寬(10 kHz～40 GHz),且對于不同軍用平臺施加的場強(qiáng)值最大為200 V/m[1-2]。對照北斗衛(wèi)星定位導(dǎo)航裝置的使用環(huán)境，選用頻率較寬、場強(qiáng)值更大的RS103輻射敏感度測試，能更準(zhǔn)確、全面地模擬其在實(shí)際使用中可能面對具有寬頻帶、高場強(qiáng)的電磁環(huán)境[3]。

本文以某型北斗定位導(dǎo)航裝置作為典型案例，通過對比試驗(yàn)，對在進(jìn)行RS103 項(xiàng)目測試時，由功率放大器干擾引起的設(shè)備無法定位，試驗(yàn)在2～4 GHz頻段內(nèi)難以開展的問題進(jìn)行了研究[4-5]。目前，國內(nèi)對此方面內(nèi)容的研究十分鮮有，也無較好的解決方案。

1 產(chǎn)品主要技術(shù)參數(shù)

在本文的研究過程中，選擇國內(nèi)市場比較常見的某型北斗/GPS衛(wèi)星定位導(dǎo)航裝置(含接收機(jī)、天線及連接電纜)作為試驗(yàn)對象進(jìn)行優(yōu)化方案的考核驗(yàn)證。該型衛(wèi)星定位裝置(下述簡稱為EUT)主要技術(shù)參數(shù)如下。

1)通信頻率：GPS-L1；BD2-B1/B3。其中：L1：(1 575.42±1.023) MHz；B1：(1 561.098±2.046) MHz；B3：(1 268.52±10.23) MHz。

2)天線阻抗：50 Ω。

3)天線極化方式：右旋圓極化。

4)天線增益(內(nèi)含低噪聲放大器)。GPS-L1/BD2-B1：(28±2)dB(整機(jī)增益(32±2)dB)；BD2-B3：(31±2)dB(整機(jī)增益(35±2)dB)。

5)天線帶外抑制能力。GPS-L1/BD2-B1：在工作頻帶為±25 MHz時，最小衰減值為3 dB；在工作頻帶為±50 MHz時，最小衰減值為30 dB。BD2-B3：在工作頻帶為±25 MHz時，最小衰減值為3 dB；在工作頻帶為±40 MHz時，最小衰減值為30 dB。

6)靈敏度：-133 dBm(室外正常衛(wèi)星信號電平為-133～-128 dBm)。

由于RS103試驗(yàn)考核內(nèi)容為電場空間輻射，因此被試產(chǎn)品的殼體及線纜應(yīng)具有良好的屏蔽效能。除上述被試產(chǎn)品，試驗(yàn)中陪試產(chǎn)品有便攜式頻譜儀、便攜式北斗導(dǎo)航測試儀、衛(wèi)星導(dǎo)航模擬信號發(fā)射天線、功分器、衛(wèi)星定位信息監(jiān)測終端以及測試電纜等。

2 RS103試驗(yàn)及優(yōu)化方法

2.1 試驗(yàn)參數(shù)及配置

試驗(yàn)選取的頻率及場強(qiáng)見表1。應(yīng)在具備相應(yīng)資質(zhì)的3米法半電波暗室對EUT進(jìn)行考核。

表1 試驗(yàn)選取的頻率及場強(qiáng)

由于半電波暗室具有良好的屏蔽效能，若要驗(yàn)證EUT的工作狀態(tài)，接收天線應(yīng)放置于室外開闊場，因此，初次試驗(yàn)采取衛(wèi)星接收機(jī)在暗室內(nèi)，接收天線通過暗室的地槽穿到室外進(jìn)行衛(wèi)星信號接收。具體試驗(yàn)配置如圖1所示。

圖1 試驗(yàn)配置(衛(wèi)星接收機(jī)位于室內(nèi)，天線位于室外)

2.2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

試驗(yàn)結(jié)果如下：1)當(dāng)頻率為10 kHz～1 GHz時，組合導(dǎo)航可正常定位；2)當(dāng)頻率為2～4.2 GHz時，功放開機(jī)加高壓后(未施加干擾)，使用頻譜儀測得BD2工作頻帶內(nèi)本底噪聲較高(見圖2)，GPS和BD2均不定位；3)當(dāng)頻率為18～40 GHz時，組合導(dǎo)航可正常定位。

為了確定帶內(nèi)干擾是否由功率放大器引起，在不改變其他狀態(tài)、關(guān)閉功率放大器的條件下，使用頻譜儀對工作頻帶內(nèi)的頻譜噪聲進(jìn)行了測量，結(jié)果如圖3所示。

圖2 北斗工作頻帶內(nèi)受到的噪聲干擾(功放加高壓)

圖3 功放關(guān)閉時的頻譜噪聲

通過上述試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在2～4.2 GHz頻段，測試系統(tǒng)中的功率放大器會產(chǎn)生寬頻干擾，并落入接收機(jī)的工作頻帶內(nèi)，抬高本底噪聲約40 dB，造成信噪比大大降低，EUT不能正常定位。對于這一測試系統(tǒng)的缺陷，國外試驗(yàn)室采取寬頻段自動跟蹤可調(diào)式濾波器對測試系統(tǒng)的寬頻干擾進(jìn)行濾波，該種濾波器價格十分昂貴，而國內(nèi)試驗(yàn)室尚無配備，也沒有其他較為可行的解決方案。

2.3 優(yōu)化方法

在測試系統(tǒng)干擾無法濾除，并且需要保證測試頻率完整性和輻照場強(qiáng)真實(shí)性的情況下，亟需對2～4.2 GHz頻段的RS103測試方法進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，以保證試驗(yàn)的順利開展。

基于此，本文提出了一種使用可調(diào)式衛(wèi)星信號轉(zhuǎn)發(fā)器結(jié)合定頻衰減器的優(yōu)化方法，方案配置圖如圖4所示。其中，定頻衰減器需滿足在(1 268±100)MHz頻率范圍內(nèi)具有≥40 dB的插入損耗值，其他頻段插入損耗值≤3 dB。在接收機(jī)饋線輸入端口加定頻衰減器是為了在北斗衛(wèi)星接收機(jī)的通信頻帶內(nèi)，將經(jīng)過放大后轉(zhuǎn)發(fā)至暗室內(nèi)的衛(wèi)星信號按其放大倍數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的衰減，而其他頻段無任何衰減，更不會影響測試中的輻照場強(qiáng)，從而保證優(yōu)化方法采取前、后測試場和接收信號的真實(shí)性和一致性。

圖4 RS103優(yōu)化方案配置圖

2.4 試驗(yàn)驗(yàn)證

按照圖4所示的測試配置進(jìn)行優(yōu)化方法驗(yàn)證試驗(yàn)。具體試驗(yàn)步驟如下。

1)功放背景噪聲測試。頻率為10 kHz～40 GHz，功放開機(jī)加高壓后，在BD2-B3工作頻帶內(nèi)測試背景噪聲，與初始試驗(yàn)相同，帶內(nèi)干擾較大。

2)試驗(yàn)校準(zhǔn)。為了保證優(yōu)化方案前、后測試輻射場的一致性，使用頻譜儀進(jìn)行校準(zhǔn)，衛(wèi)星信號轉(zhuǎn)發(fā)器輸出BD2-B3模擬導(dǎo)航信號功率為-74 dBm；功率放大器增益為40 dB；功率放大器與發(fā)射天線之間線纜衰減為-10 dB；發(fā)射天線輸入至接收天線輸出損耗為0 dB，接收天線增益約為31 dB，則發(fā)射天線輸入至接收天線未放大前損耗約為-31 dB；衰減器衰減值為-44 dB。試驗(yàn)校準(zhǔn)示意圖如圖5所示。

圖5 試驗(yàn)校準(zhǔn)示意圖

3)確定模擬信號輸出功率和衰減器衰減值。根據(jù)背景噪聲測試結(jié)果和試驗(yàn)校準(zhǔn)，確定北斗導(dǎo)航測試儀輸出信號功率為-102 dBm，衰減器衰減值為-54 dBm，在理想情況下，接收機(jī)處的信號功率為-126 dBm(信號太弱，頻譜儀無法實(shí)測，實(shí)際接收信號應(yīng)比-126 dBm更弱)。

試驗(yàn)結(jié)果顯示，頻率為2～4.2 GHz時功率放大器開起，且開高壓時EUT仍能正常定位。

3 結(jié)語

通過上述對比試驗(yàn)可以看出，本文提出的北斗衛(wèi)星定位導(dǎo)航裝置RS103測試優(yōu)化方法，可以較好地解決測試系統(tǒng)固有的帶內(nèi)干擾影響測試問題，費(fèi)用相比國外的解決方案也要低很多，它可以廣泛應(yīng)用于軍用或民用北斗衛(wèi)星定位導(dǎo)航裝置的輻射敏感度試驗(yàn)中，保障測試考核的順利開展。

[1] 全國電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會.GB/T 17626.3-2006 電磁兼容試驗(yàn)和測量技術(shù) 射頻電磁場輻射抗擾度試驗(yàn)[S].

[2] 中國人民解放軍總裝備部電子信息基礎(chǔ)部.GJB 151B-2013 軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度要求與測量[S].

[3] 全國無線電干擾標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會.GB 9254-2008 信息技術(shù)設(shè)備的無線電騷擾限值和測量方法[S].

[4] 錢振宇. 3C 認(rèn)證中的電磁兼容測試與對策[M].北京：電子工業(yè)出版社，2004.

[5] 楊克俊. 電磁兼容原理與設(shè)計技術(shù)[M].北京：人民郵電出版社，2004.

責(zé)任編輯 馬彤

An Optimization Method of RS103 Test on BeiDou Navigation Satellite Devices

SU Xing，DING Yongping，DANG Li

(Advanced Technology Generalization Institute of CNGC, Beijing 100089, China)

At present, with the great development of BeiDou Navigation Satellite system, BeiDou Navigation Satellite devices which are the receiving terminals of the system are getting more and more application, such as military affair, transportation, atmosphere, ocean, and disaster forecasting. Because of the devices should always working in the complex electromagnetic environment, the radiation radio sensitivity is very important for the devices. Currently, domestic EMC testing laboratories face on a difficulty on RS103 test in 2-4 GHz testing that the interfere produced by power amplifier goes into the working band of the devices, thus, the device can’t locate before test. Provide a method to solving the problem on base of the facticity and integrity of the test by corresponding design and confirmation.

RS103, radio sensitivity, in-band interfere

TN 06

A

蘇醒(1985-)，男，工程師，主要從事電磁兼容性測試技術(shù)、復(fù)雜電磁環(huán)境分析等方面的研究。

2016-08-04