基于GPIB和频谱仪的卫星通信实时监测系统设计
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基于GPIB和频谱仪的卫星通信实时监测系统设计
作者：张德文 尹训锋 景丹玉
来源：《电子技术与软件工程》2015年第04期
针对频谱仪在监测卫星信号中的不便，为提高卫星信号的实时监测效率，本文基于GPIB总线技术，在LabWindows/CVI虚拟仪器开发环境下，针对AV4033频谱仪，设计了一种卫星通信信号实时监测系统，利用值勤主机显示屏上的虚拟面板来模拟频谱仪的控制面板，实时卫星信号工作状态，提高工作效率。
【关键词】卫星通信 GPIB 频谱仪
在卫星通信中，频谱仪是测量和监测卫星信号频谱，确保卫星通信正常进行的一种重要辅助设备。但在日常卫星信号测试项目中，频谱仪需放在设备端，离值班人员和监控设备较远，不利于值勤人员实时监控，而且利用频谱仪还有很多不便，如数据无法快速保存，频谱图无法提取，人机界面不够友好等。为提高卫星通信信号监测效率，本文利用频谱仪自带的GPIB接口，采用National Instruments公司推出的LabWindows CVI的交互式C语言虚拟仪器设计开发平台进行系统设计，并利用监控主机显示屏上的虚拟面板来模拟频谱仪的控制面板，利用鼠标、键盘来操作仪器，从而实现卫星通信信号的实时监测。
1 系统整体结构
卫星信号监测系统组成框图如图1 所示，系统由频谱仪、GPIB 总线和监控主机组成，频谱仪采用中国电子科技集团公司第四十一研究所生产的AV4033系列频谱分析仪，工作范围为30Kz-18GHz。 GPIB 作为频谱仪和监控主机之间的接口总线， 雷达模拟信号由频谱仪的信号输入端输入。
GPIB是一种比较成熟的总线技术，它是一种并行的外总线，其数据传输速率一般能达到250KB～500KB，最高能达到8MB，连接在总线上的设备最多能达到15个，当用GPIB标准建立一个由计算机控制的测试系统时，不需要再加一大堆复杂的控制电路，结构简单。GPIB
远程测试系统是计算机和仪器之间传输命令和数据的桥梁， 用计算机的键盘和显示器来操控仪器进行程控测量。本系统的控制端使用USB- GPIB 接口卡与计算机相连。
2 技术方案
本系统采用LabWindows CVI 来进行设计与开发，系统软件框图如图2所示。软件系统由监控界面、参数设置模块、数据采集模块、程控命令模块、数据处理模块、图像显示模块和数据存储模块组成。各模块功能通过LabWindows CVI进行模块化设计。 龙源期刊网
计算机通过GPIB通信接口对AV4033的功能控制是通过程控仪器标准指令来实现的，程控指令是可以对频谱仪进行远端控制的一组特殊格式串，包括仪器设置、通道配置、数据扫描方式、控制输出、读取数据、状态报警、接口设置等指令集。这些指令的发送均是字符串形式，所有的频谱仪命令都必须符合特殊的语法规则，在应用高级语言进行编程时，程控指令一般是作为一个独立的参数在调用函数中出现，这类针对远程控制的函数随GPIB接口和采用的高级语言的不同而不同，但其程控指令是相同的，AV4033系列频谱仪的语法命令图如图3所示。
本文利用程控指令和频谱仪进行通信时， 选择LabWindows CVI自带的 GPIB 函数库， 可以方便地进行程控命令发送和数据读取操作。
3 应用举例
卫星固定通信台站天线口径大波束窄，对天线伺服系统的自动跟踪性能要求较高，为确保通信效果，需定期测量卫星天线系统的自动跟踪性能，传统的测试方法需用频谱仪在射频方舱内测试，且测试结果保持和记录都不方便，利用本系统可以方便进行远程测试，而且可以将测试结果保存在数据存储单元中，方便后续查询和参考。卫星天线跟踪性能测试流程如下：
（1）调整卫星天线使其对准通信卫星；
（2）在监控主机上按下述过程设置频谱仪；
a） 按卫星信标频率设置频谱仪中心频率， 设置SPAN为0 到100KHz
b） 根据信标信号的电平变化范围设置Sacle/DIV，以使测量过程中的载波电平变化始终落在频谱仪的可显示电平范围内
c） 根据信标频率稳定度，选择尽可能窄的RBW
d） 根据载波的峰值频率和功率，调整频谱仪的中心频率和参考电平
e） 利用键盘调窄SPAN，重复4
f） 重复5，将SPAN调整到最小
g） 将SPAN置0，使载波显示谱线作水平运动
h） 输入扫描时间，确定扫描长度
（3）用手控方式调偏卫星天线的方位角和俯仰角，频谱仪显示谱线的电平将随天线偏离卫星而下降 龙源期刊网
（4）启动天线自动跟踪功能，观察卫星信标电平随时间的变化，记录自动跟踪天线的对星过程以及跟踪速度和精度
（5）存储记录数据，重复3、4步骤，多记录几次测试结果，分析卫星天线自动跟踪性能。
4 结束语
基于GPIB总线技术构建的频谱仪可以建立快速、高效的卫星信号测试系统，该系统人机界面更加友好，测试功能更为方便，用户能够在值勤终端上方便对频谱仪进行控制和使用，能够快速、方便、准确的完成测试任务。
参考文献
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作者简介
张德文（1965-），男，山东省济南市人。现为91917部队高级工程师。主要研究方向为卫星通信技术。
作者单位
91917部队 北京市 102401
