GBT 12639-1990 通信卫星有效载荷性能的在轨测试方法

中华人民共和国国家标准通信卫星有效载荷性能的在轨测试方法发布实施国家技术监督局发布中华人民共和国国家标准通信卫星有效载荷性能的在轨测试方法国家技术监督局批准实施主题内容与适用范围本标准规定了通信卫星有效载荷性能的在轨测试方法本标准适用于通信卫星有效载荷性能的在轨测试对卫星转发器的地面测试亦可参考本标准引用标准卫星通信地球站无线电设备测量方法第二部分分系统测量第二节天线包括馈源网络卫星通信地球站无线电设备测量方法第三部分分系统组合测量第二节接收系统品质因数测量测量项目和方法卫星有效载荷的输入输出特性及单载波饱和功率定义卫星有效载荷的输入输出特性是指转发器在可用频段中心频率上输出功率随输入功率变化的关系曲线当输入功率逐渐增大到某点致使输出功率不能增大指行波管放大器或被压缩了指固态放大器时定义这一点为单载波饱和功率点测量方法转发器单载波饱和工作点的确定用调幅法单载波饱和等效全向辐射功率及输入输出特性曲线的测量用地面参考信号比较法转发器单载波饱和工作点的确定测量框图如图所示对行波管放大器地球站上行载波受一音频正弦信号调幅经卫星转发回到地球站接收单元经过下变频后用频谱分析仪观察调幅信号逐渐地把发射功率增大到使音频信号幅度减小到零即为饱和点在该点附近增大或减小发射功率调幅的音频信号幅度都将出现增大趋势固态放大器无明显饱和点在测出输入输出特性曲线后进行确定图卫星等效全向辐射功率的测量框图卫星等效全向辐射功率及输入输出特性曲线按照条确定了转发器单载波饱和工作点后地球站发单载波饱和功率并维持这个工作点不变用频谱分析仪在下变频接收机输出端观察从卫星转发来的未调载波电平和从低噪声放大器输入端口加入的参考信号电平调参考源的精密可变衰减器使频谱分析仪显示的参考信号电平等于收到的载波电平采用替代法按下式推算出卫星的等效全向辐射功率其单位为式中载波接收功率图点电平测量频率上的天线接收增益卫星下行传输路径上总损耗值见附录注的测量方法见测量时地球站发射载波功率按合适的步进级逐渐增高发射功率在接收端对应测出等效全向辐射功率地球站发射功率用等效全向辐射功率表示并绘制出的关系曲线注可以选用选频电平表测量结果表示法可以用等效全向辐射功率和的对应数据表示或者以曲线表示测量结果应按修正系数归算到卫星波束中心的等效全向辐射功率值单载波饱和通量密度定义单载波饱和通量密度的定义为卫星转发器功率达到饱和时卫星接收天线的每单位面积内所需的能量密度值用表示它以一瓦每米平方作为零分贝计量其单位为测量方法测量框图如图所示按条测出对应于卫星转发器饱和输出功率的等效全向辐射功率然后根据下式计算单载波饱和通量密度其单位为式中地球站等效全向辐射功率地球站到卫星的距离详见附录值由图中功率计测出结果表示法以计算结果直接表示卫星品质因数定义卫星的品质因数是卫星接收天线的功率增益以分贝为单位与等效系统噪声温度以为单位有关的一个对数参量由下式表示其单位为测量方法可用两种方法进行测量即间接测量法和直接测量法间接测量法测量框图如图所示测量步骤如下测接收系统的载噪比求卫星线路的系统载波噪声温度比式中玻耳兹曼常数接收系统噪声带宽应预先测出按测地球站接收系统品质因数计算下行载波噪声温度比计算上行载波噪声温度比计算卫星品质因数用表示式中地球站的等效全向辐射功率上行传输路径总损耗值直接测量法测量框图如图所示首先测出靠近卫星的冷空噪声再测定出无上行载波发射情况下的卫星转发器的噪声然后由地球站对卫星发射一载波信号使得功率计的读数等于并同时记下功率计的读数算出地球站的等效全向辐射功率卫星品质因数由下式计算用真值表示分贝表示为用表示式中表示同条结果表示法在各测量频率上由所计算的值直接表示单位为分贝绝对温度图卫星品质因数测量框图卫星转发器增益的稳定度定义卫星转发器增益的稳定度是指卫星转发器增益随时间改变的程度测量方法测量框图如图所示为测量卫星转发器的时间增益稳定度引入了下变频器的自动增益控制其控制电压的变化与地球站的输入功率变化是成比例的因此与卫星发射功率的变化亦成比例具体步骤如下按图所示连接装置按照条所确定的转发器饱和工作点地球站发一载波信号使其维持饱和工作点不变同时送参考信号同时记录地球站发射功率和接收载波信号与参考信号的控制电压测量持续时间规定每一转发器测量时间为数据处理根据发射功率参考信号电平及接收卫星的载波信号电平随时间变化的关系曲线处理数据并同时扣除天线跟踪过程中的变化所引入的误差结果表示法用曲线表示图卫星转发器增益稳定度测量框图卫星转发器本振频率准确度与稳定度定义频率准确度是指频率实际值对其标称值的相对偏差即式中频率实际值频率标称值频率稳定度是指卫星转发器本振在轨实际工作频率相对于本振标称工作频率随时间的起伏变化与标称工作频率的比值测量方法测量框图如图所示由地球站的发射设备经卫星和地球站的接收设备构成一个测量回路对接收和发射载波的差频进行测量地球站向卫星发射规定的载波频率频率计数器接于下变频器输出端口预热后每测量一次每次取样个数据点取样时间为测量一天得一组按下面式式计算一天内的最大频率偏差及频率起伏的均方根偏差式中中最大和最小值数字式频率计自身稳定度较被测频率稳定度要求高一个量级以上测量持续时间每一转发器的测量时间为结果表示法稳定度图卫星转发器本振频率准确度及稳定度测量框图卫星有效载荷的幅度频率特性定义卫星有效载荷的幅度频率特性是指单个转发器带内的转移函数其幅度对输入频率的依赖关系或用增益响应特性来表征测量方法两种测量方法一种是扫频载波法一种是扫频调频法扫频载波法该法基于常用的扫频响应技术此项技术使用一个频谱分析仪及跟踪发生器按图所示连接装置测量时先用标准噪声源及模拟转发器测出地球站收发系统的幅频响应模拟转发器的响应已知按照规定的频率范围向卫星发送信号并将测量结果记录下来从测量结果中扣除地球站收发系统的频响图扫频载波法扫频调频法图示出了扫频调频法的设备连接框图在此测量方法中频率为的扫描信号和频率为的基带测试信号加到上变频器的调制器输入端在该调制器中扫描信号以高调制指数基带测试信号以低调制指数进行频率调制产生频率调制的射频信号将这个已调制的射频信号进行功率放大后向卫星发射经过待测卫星有效载荷后再经低噪声放大器下变频器在中频上进行测量要求进行两次测量对设备线路分析仪自环连接进行校准并测出地球站系统发收链路的幅频响应对卫星测出总的幅频响应曲线从测量结果中扣除地球站收发系统的频响分别给出转发器不同输出补偿情况下的测量结果结果表示法用测量数据或用曲线表示图扫频调频法群时延频率特性定义定义式为式表示了以为中心的无限窄的频带内相位和频率的相对变化的关系称为群时延特性称为群时延频率特性测量方法测量方法同条通常与幅频响应同时显示在显示屏上可记录在同一坐标纸上结果表示法可提供带有校正频标的示波器显示曲线的照片来表示测量结果测量结果还可按下例表示转发器带宽总群时延变化为多载波互调比定义当同时输入两个或多个规定频率和电平的带内载波时卫星输出的载波电平与相应的互调产物电平之比称为多载波互调比测量方法按图所示连接装置地球站向卫星发射两个等幅载波两载波给出的等效全向辐射功率使卫星转发器达到饱和上行功率由功率计检测两载波频率间隔远小于被测转发器带宽在收端用频谱分析仪测量并记录载波电平与互调分量注频谱分析仪的带宽应足够窄使之足以抑制噪声同时应选择适当窄的扫描宽度逐步减小上行等效全向辐射功率在不同的输入补偿条件下逐次重复上述步骤测出转发器不同输入电平情况下三阶互调分量结果表示法测量结果以所识别出来的各个互调产物的阶数频率和电平来表示图互调测量框图调幅调相变换系数定义调幅调相变换系数是一个描述卫星转发器相位特性非线性程度的参数定义为输出信号的相位变化为输入端同一载波幅度变化的函数测量调幅调相交换系数采用不平衡双音方法图示出测量中观测到的转发器输入输出信号的频谱令则可得值计算式为用度表示转发器输入端频谱转发器输出端频谱图用不平衡双音方法测量测量方法测量系统同条按照要求调整上行载波频率两信号频差应远小于被测转发器的带宽注通常要求大信号固定在转发器频带的中心频率上地球站先发大载波调整上行等效全向辐射功率使转发器功率达到饱和然后发小载波并同时调整两信号的幅度比值测出要求比低在接收端用频谱分析仪测量将测量结果代入式计算则得出卫星转发器饱和状态下的调幅调相变换系数注测量可从过饱和状态开始以步进下降至小信号线性区结果表示法以度表示转发器幅度压缩系数定义转发器幅度压缩系数是描述幅度特性非线性程度的参数定义为信号通过有调幅压缩的转发器时其幅度受压缩的程度的计算公式如下真值式中同条测量方法同条结果表示法用百分比或分贝表示卫星可懂串话定义串话定义为从一个干扰电路到另一个被干扰电路的无用的能量转移如果转移的能量包括可以理解的信息这种现象叫做可懂串话测量方法测量系统按图所示连接装置地球站发射两个载波其中用的频率对其进行频率调制峰值频偏为未经调制在两个载波被调整到相同功率之后载波被断开并用选频电压表测量的的频率电平然后接通测量上的的干扰信号电平两次测量采用同一个解调器串话衰减由下式确定用表示式中分别表示解调后的有用和干扰功率电平图卫星可懂串话的测量结果表示法用串话衰减分贝数表示并以文字说明卫星信标功率和频率定义卫星发射的一个固定频率和功率用于地球站捕获跟踪的信号测量方法信标等效全向辐射功率按图所示连接装置用参考信号比较法测出信标的等效全向辐射功率图卫星信标功率与频率的测量信标等效全向辐射功率稳定度测量装置同条测量方法同条测量过程中记录跟踪接收机的自动增益控制电压信标频率测量装置同条首先对跟踪变频器的振荡频率进行计数用频谱分析仪测量信标频率和平行馈送的参考信号频率信标频率的稳定度测量方法同条连续记录压控晶振频率变换后的频率漂移测量准备时间每一转发器测量时间结果表示法用测量数据直接表示卫星通信信道静态噪声频谱定义卫星通信信道静态噪声频谱是指在没有上行信号的条件下卫星转发器的静态宽带频谱特性及干扰信号电平测量方法测量系统如图所示但关闭地球站发射机将星上所有转发器全部接通接收端用频谱分析仪测得各转发器的噪声频谱图并记录或打印测量结果结果表示法以图表表示在轨卫星天线方向图定义测量站的发射功率与卫星天线的方位角之关系曲线即为卫星天线的接收方向图而测量站的接收电平与卫星天线的方位角的关系曲线即为卫星天线的发射方向图测量方法在轨卫星天线方向图可用两种方法进行测量一种方法是卫星处于标称姿态多个地球站进行测量另一种方法是通过卫星姿态偏置来测量为了消除自旋调制对方向图测量的影响引用了一种新的数据处理方法自旋相干检测法多个地球站测量法测量系统如图所示地球站分主控站与辅助测量站辅助测量站按要求布点各站测量系统的性能传输参数应由主控站统一校准卫星天线轴线保持不变各站同时跟踪卫星由主控站发射并接收上行载波信号其他各站记录接收电平根据各站接收数据估算卫星下行链路天线方向图各站通过卫星依次发射规定的信号主控站对应记录各站信号电平并推算卫星上行链路的天线方向图图卫星天线方向图测量框图自旋相干检测法地球站发射机供给足够的功率使卫星转发器工作于区域由遥测得知卫星转发器的输入功率电平并用以测量上行链路的天线方向图由于的作用可以认为转发器的输出功率是相同的所以可用地球站收到的信号强度变化来测量通信信道下行链路天线方向图结果表示法用等值线方向图表示也可用记录曲线表示附录卫星链路有关传输参数的计算参考件地球站与卫星间径向距离的计算式中地球半径卫星到地球最近距离分别是卫星地球站纬度分别是卫星地球站经度传输损耗计算上行下行式中分别为大气损耗地球站天线极化损耗天线指向偏差分别为自由空间上行和下行传输损耗式中传播距离信号电波波长附加说明本标准由中华人民共和国机械电子工业部提出本标准由机械电子工业部所负责起草