基于LabVIEW的衛(wèi)星干擾監(jiān)測技術(shù)研究

　　衛(wèi)星應(yīng)用已為我國陸、海、空各類軍民載體提供全天候、全天時(shí)的高精度定位監(jiān)測等服務(wù)， 已在國防建設(shè)和國民經(jīng)濟(jì)中凸現(xiàn)出越來越重要作用。但是衛(wèi)星極易受到干擾， 在大功率干擾或者有匹配干擾入站時(shí)， 會造成正常入站信號電平下降甚至中斷， 用戶信息無法入站等情況， 嚴(yán)重影響了系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

　　為保障衛(wèi)星正常工作， 有必要進(jìn)行干擾監(jiān)測， 目前， 我國利用幅差法可對某些干擾進(jìn)行一定精度內(nèi)的定位?；谏鲜鲂枨螅?本系統(tǒng)利用LabVIEW 開發(fā)出1 套自動監(jiān)測、存儲超限干擾信號、提取載噪比及信號重要參數(shù)的系統(tǒng)。

　　對存儲數(shù)據(jù)可進(jìn)行復(fù)現(xiàn)， 分析其來源、類型及對系統(tǒng)的影響， 對某些干擾實(shí)現(xiàn)定位， 消除干擾對系統(tǒng)的影響。

1系統(tǒng)需求

　　實(shí)時(shí)采集并在監(jiān)控計(jì)算機(jī)上顯示6 個(gè)入站波束的頻譜。

　　系統(tǒng)入站經(jīng)常存在干擾， 干擾足夠大時(shí)會壓制入站信號， 造成入站捕獲成功率低甚至用戶無法入站， 應(yīng)在系統(tǒng)抗干擾門限內(nèi)設(shè)置觸發(fā)， 一旦高于門限則聲光報(bào)警， 用戶可及時(shí)提取G/ T 值進(jìn)行定位。

　　針對衛(wèi)星的入站可能會受到天氣或者衛(wèi)星自身工作狀態(tài)不穩(wěn)定等因素影響出現(xiàn)入站信號功率下降甚至為零現(xiàn)象， 可通過入站信號功率監(jiān)控此現(xiàn)象并及時(shí)報(bào)警。

　　出現(xiàn)干擾時(shí)， 及時(shí)存儲干擾波形數(shù)據(jù)及重要參數(shù)， 以便進(jìn)行后期復(fù)現(xiàn)和研究。

2系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　本系統(tǒng)采用研華的工控機(jī)通過GPIB 卡控制頻譜儀實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星入站信號的監(jiān)測， 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。主要由頻譜儀、現(xiàn)場工控機(jī)、GPIB 卡、交換機(jī)、監(jiān)控計(jì)算機(jī)組成。

　　現(xiàn)場工控機(jī)通過GPIB 卡與頻譜儀建立聯(lián)系， 通過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(shù)據(jù)， 在工控機(jī)上編寫"Dat aSoket Server "數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議程序， 通過布置在機(jī)房間的網(wǎng)絡(luò)連接線送到位于信號收發(fā)機(jī)房的監(jiān)控計(jì)算機(jī)。監(jiān)控計(jì)算機(jī)收到網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)后， 在監(jiān)控窗口中恢復(fù)頻譜數(shù)據(jù)和圖像， 并設(shè)置干擾門限， 當(dāng)入站干擾觸發(fā)聲光報(bào)警后， 系統(tǒng)則自動存儲干擾信號。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　2. 1現(xiàn)場工控機(jī)軟件模塊

　　位于發(fā)射機(jī)房的工控機(jī)采用了如下模塊實(shí)現(xiàn)對頻譜儀的控制與數(shù)據(jù)提取：

　　1） 驅(qū)動模塊。

　　工控機(jī)中主要用到驅(qū)動模塊如圖2 所示。

圖2 驅(qū)動模塊

　　圖2 中5 個(gè)驅(qū)動模塊為控制模塊， 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(biāo)識字， 采用固定的GPIB 地址來表示儀器的方式；b） Frequenc V I 頻率控制模塊： 通過此模塊來設(shè)定頻譜儀的中心頻率；c） Span VI 帶寬控制模塊： 通過此模塊來設(shè)定頻譜儀的帶寬；d） Amplit V I 電平控制模塊： 通過此模塊來設(shè)定頻譜儀的參考電平；e） Marker VI: 通過此模塊來控制顯示峰值點(diǎn)的數(shù)據(jù)。

　　2） 讀取模塊。讀取數(shù)據(jù)模塊如圖3 所示。

圖3讀取模塊

　　圖3 中4 個(gè)驅(qū)動模塊為讀取模塊， 從左至右依次是：

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

　　2. 2監(jiān)控計(jì)算機(jī)軟件

　　監(jiān)控程序主要流程為： 現(xiàn)場工控機(jī)所接收到的頻譜數(shù)據(jù)通過布置在機(jī)房間的網(wǎng)絡(luò)連接線送到了位于遠(yuǎn)控機(jī)房的計(jì)算機(jī)后， 利用datasocket read. vi 獲取網(wǎng)絡(luò)上的采集數(shù)據(jù)后、在監(jiān)控窗口中恢復(fù)頻譜數(shù)據(jù)和圖像， 計(jì)算頻譜功率值， 若超出已設(shè)定的范圍（ 門限通常設(shè)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(bào)警。同時(shí)程序還兼有存盤功能， 實(shí)時(shí)存儲波形并記錄報(bào)警信息的平均功率、載波峰值發(fā)生時(shí)刻等重要參數(shù)信息。

　　2. 2. 1干擾波形、重要參數(shù)存儲功能

　　超限觸發(fā)報(bào)警功能是由幾個(gè)比較器的輸出決定的， 比較器對設(shè)定的載波/ 功率門限與入站干擾功率/ 功率采樣值進(jìn)行比較： 當(dāng)未超出門限值時(shí)， 輸出為f alse; 當(dāng)超出門限值時(shí)， 輸出為true, 觸發(fā)聲光報(bào)警與干擾存盤模塊， 同時(shí)將整個(gè)入站帶寬內(nèi)的波形重要參數(shù)、干擾發(fā)生時(shí)刻一并存儲， 這是本系統(tǒng)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(fù)現(xiàn)功能

　　在需要對存盤的干擾波形進(jìn)行恢復(fù)或進(jìn)行分析時(shí)， 可通過編寫的干擾恢復(fù)程序復(fù)現(xiàn)， 通過設(shè)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(shù)顯示， 也可根據(jù)需要對干擾進(jìn)行其他參數(shù)的分析。

　　2. 2. 3遠(yuǎn)程控制

　　平時(shí)對干擾源不需要進(jìn)行定位， 主要是因?yàn)闇y量精確載噪比需要對頻譜儀進(jìn)行循環(huán)設(shè)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)， 可通過遠(yuǎn)程登錄實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場工控機(jī)程序的控制， 開始載噪比的測量， 同時(shí)在監(jiān)控計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)對載噪比的自動存盤。

　　2. 3采用的關(guān)鍵技術(shù)

　　本系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)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(shù)據(jù)交換， 可用于1 個(gè)計(jì)算機(jī)內(nèi)或者多個(gè)應(yīng)用程序之間的數(shù)據(jù)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(gòu)， DataSocket 摒除了較為復(fù)雜的T CP/ IP 底層編程， 簡化了應(yīng)用程序間和計(jì)算機(jī)間的通訊， 數(shù)據(jù)交換的雙方無需直接對話， 而是向第三方Dat aSocket. Server 讀?。?Read） 或者寫入（ Wr ite） 數(shù)據(jù)， 應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)接口變得非常簡單， 數(shù)據(jù)類型也無需轉(zhuǎn)換。

　　運(yùn)用此項(xiàng)技術(shù)， 監(jiān)控計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)了對現(xiàn)場采集卡的訪問，成為本地的虛擬數(shù)據(jù)采集卡。

　　2. 3. 2遠(yuǎn)程控制

　　本系統(tǒng)集成了遠(yuǎn)程控制技術(shù)， 監(jiān)控計(jì)算機(jī)不僅能以極為簡單的方式直接在本地打開并操作服務(wù)器端計(jì)算機(jī)的V I 前面板， 允許用戶直接在客戶端上打開并操作位于服務(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)頁中并在網(wǎng)頁中直接操作它， 這樣用戶在客戶機(jī)上通過遠(yuǎn)程面板鏈接或?yàn)g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)打開的位于采集現(xiàn)場的虛擬儀器面板。

圖5在IE 瀏覽器中打開的遠(yuǎn)端控制程序前面板

3結(jié)論

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