基于LabVIEW的卫星干扰监测技术研究

0引言

卫星应用已为我国陆、海、空各类军民载体提供全天候、全天时的高精度定位监测等服务， 已在国防建设和国民经济中凸现出越来越重要作用。但是卫星极易受到干扰， 在大功率干扰或者有匹配干扰入站时， 会造成正常入站信号电平下降甚至中断， 用户信息无法入站等情况， 严重影响了系统的稳定运行。

为保障卫星正常工作， 有必要进行干扰监测， 目前， 我国利用幅差法可对某些干扰进行一定精度内的定位。基于上述需求， 本系统利用LabVIEW 开发出1 套自动监测、存储超限干扰信号、提取载噪比及信号重要参数的系统。

对存储数据可进行复现， 分析其来源、类型及对系统的影响， 对某些干扰实现定位， 消除干扰对系统的影响。

1系统需求

实时采集并在监控计算机上显示6 个入站波束的频谱。

系统入站经常存在干扰， 干扰足够大时会压制入站信号， 造成入站捕获成功率低甚至用户无法入站， 应在系统抗干扰门限内设置触发， 一旦高于门限则声光报警， 用户可及时提取G/ T 值进行定位。

针对卫星的入站可能会受到天气或者卫星自身工作状态不稳定等因素影响出现入站信号功率下降甚至为零现象， 可通过入站信号功率监控此现象并及时报警。

出现干扰时， 及时存储干扰波形数据及重要参数， 以便进行后期复现和研究。

2系统设计与实现

本系统采用研华的工控机通过GPIB 卡控制频谱仪实现卫星入站信号的监测， 系统结构如图1 所示。主要由频谱仪、现场工控机、GPIB 卡、交换机、监控计算机组成。

现场工控机通过GPIB 卡与频谱仪建立联系， 通过GPIB端口对频谱仪发布控制命令， 包括： 中心频率、带宽、分析带宽、视频带宽、参考电平、峰值搜索等； 对从频谱仪上获取的数据， 在工控机上编写"Dat aSoket Server "数据传输协议程序， 通过布置在机房间的网络连接线送到位于信号收发机房的监控计算机。监控计算机收到网络数据后， 在监控窗口中恢复频谱数据和图像， 并设置干扰门限， 当入站干扰触发声光报警后， 系统则自动存储干扰信号。

图1 系统结构

2. 1现场工控机软件模块

位于发射机房的工控机采用了如下模块实现对频谱仪的控制与数据提取：

1） 驱动模块。

工控机中主要用到驱动模块如图2 所示。

图2 驱动模块

图2 中5 个驱动模块为控制模块， 从左至右依次是:

a） Init ialize V I 初始化模块： 用于与频谱仪进行建立通讯并产生一个visa seesion 标识字， 采用固定的GPIB 地址来表示仪器的方式；b） Frequenc V I 频率控制模块： 通过此模块来设定频谱仪的中心频率；c） Span VI 带宽控制模块： 通过此模块来设定频谱仪的带宽；d） Amplit V I 电平控制模块： 通过此模块来设定频谱仪的参考电平；e） Marker VI: 通过此模块来控制显示峰值点的数据。

2） 读取模块。读取数据模块如图3 所示。

图3读取模块

图3 中4 个驱动模块为读取模块， 从左至右依次是：

a） Trace VI 轨迹读取模块： 通过此模块来还原频谱曲线；b） Power VI 功率读取模块： 通过此模块来读取信号功率；c） Frequenc VI 频率读取模块： 通过此模块来读取频谱仪的中心频率；d） Amplit V I 电平读取模块： 通过此模块来读取信号的峰值电平。

2. 2监控计算机软件

监控程序主要流程为： 现场工控机所接收到的频谱数据通过布置在机房间的网络连接线送到了位于远控机房的计算机后， 利用datasocket read. vi 获取网络上的采集数据后、在监控窗口中恢复频谱数据和图像， 计算频谱功率值， 若超出已设定的范围（ 门限通常设为偏移正常入站功率3 dB 和高出正常入站电平10 dB） 将发出声光报警。同时程序还兼有存盘功能， 实时存储波形并记录报警信息的平均功率、载波峰值发生时刻等重要参数信息。

2. 2. 1干扰波形、重要参数存储功能

超限触发报警功能是由几个比较器的输出决定的， 比较器对设定的载波/ 功率门限与入站干扰功率/ 功率采样值进行比较： 当未超出门限值时， 输出为f alse; 当超出门限值时， 输出为true, 触发声光报警与干扰存盘模块， 同时将整个入站带宽内的波形重要参数、干扰发生时刻一并存储， 这是本系统最重要的功能， 其部分程序如图4 所示。

图4 干扰波形存储功能

2. 2. 2干扰复现功能

在需要对存盘的干扰波形进行恢复或进行分析时， 可通过编写的干扰恢复程序复现， 通过设置Read waveformfrom file. vi 的偏移量进行干扰筛选， 查看其干扰发生时刻， 同时将干扰的峰值频率， 平均功率等参数显示， 也可根据需要对干扰进行其他参数的分析。

2. 2. 3远程控制

平时对干扰源不需要进行定位， 主要是因为测量精确载噪比需要对频谱仪进行循环设置， 故平时不对载噪比进行提取， 在需要进行干扰源定位时， 可通过远程登录实现对现场工控机程序的控制， 开始载噪比的测量， 同时在监控计算机上实现对载噪比的自动存盘。

2. 3采用的关键技术

本系统的实现主要采用了以下关键技术。

2. 3. 1 DataSocket 技术

DataSocket 是基于T CP/ IP 协议的1 种网络编程技术， 面向测量和网上实时高速数据交换， 可用于1 个计算机内或者多个应用程序之间的数据交换， 其特点就是实时性， 它采用Publisher （ 发布者） 、Dat aSocket. Server 和Subscriber（ 接收者） 的架构， DataSocket 摒除了较为复杂的T CP/ IP 底层编程， 简化了应用程序间和计算机间的通讯， 数据交换的双方无需直接对话， 而是向第三方Dat aSocket. Server 读取（ Read） 或者写入（ Wr ite） 数据， 应用程序的数据接口变得非常简单， 数据类型也无需转换。

运用此项技术， 监控计算机实现了对现场采集卡的访问，成为本地的虚拟数据采集卡。

2. 3. 2远程控制

本系统集成了远程控制技术， 监控计算机不仅能以极为简单的方式直接在本地打开并操作服务器端计算机的V I 前面板， 允许用户直接在客户端上打开并操作位于服务器上的测试程序前面板， 甚至可以将测试程序的前面板窗口嵌入到1 个网页中并在网页中直接操作它， 这样用户在客户机上通过远程面板链接或浏览器方式就可以直接操作位于服务器上的软件。图5 所示是1 个打开的位于采集现场的虚拟仪器面板。

图5在IE 浏览器中打开的远端控制程序前面板

3结论

以频谱仪和交换机、工控机为硬件平台， 基于LabVIEW 的datasocket 及remote panels 技术的卫星干扰监测系统， 不仅实现了对卫星波束的实时处理或在线监测等功能， 而且具备报警及干扰事后再分析处理功能， 该系统扩展型好， 提高了我们的抗干扰手段， 一定程度上提高了卫星应用的可靠性。