蘇 醒，丁永平，黨 麗

(中國(guó)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(cè)試優(yōu)化方法研究

蘇 醒，丁永平，黨 麗

(中國(guó)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(bào)和公安等諸多領(lǐng)域得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。針對(duì)在國(guó)內(nèi)電磁兼容試驗(yàn)室進(jìn)行RS103項(xiàng)目2～4 GHz頻段測(cè)試時(shí)，由于測(cè)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(shí)就已無(wú)法定位，導(dǎo)致試驗(yàn)難以開(kāi)展，進(jìn)行了相應(yīng)的設(shè)計(jì)及驗(yàn)證。通過(guò)采取衛(wèi)星信號(hào)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(cè)試時(shí)由于測(cè)試系統(tǒng)所帶來(lái)的帶內(nèi)干擾問(wèn)題。

RS103；輻射抗擾度；帶內(nèi)干擾

目前，輻射抗擾度試驗(yàn)的測(cè)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(duì)象和測(cè)試系統(tǒng)等方面都具有很大的相似性，但在測(cè)試方法、頻率范圍和干擾信號(hào)特性等方面存在較大差異。前者測(cè)試頻率較窄(80～1 000 M)，且施加的輻射場(chǎng)強(qiáng)較小(最大10 V/m)；后者頻率較寬(10 kHz～40 GHz),且對(duì)于不同軍用平臺(tái)施加的場(chǎng)強(qiáng)值最大為200 V/m[1-2]。對(duì)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(chǎng)強(qiáng)值更大的RS103輻射敏感度測(cè)試，能更準(zhǔn)確、全面地模擬其在實(shí)際使用中可能面對(duì)具有寬頻帶、高場(chǎng)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(guò)對(duì)比試驗(yàn)，對(duì)在進(jìn)行RS103 項(xiàng)目測(cè)試時(shí)，由功率放大器干擾引起的設(shè)備無(wú)法定位，試驗(yàn)在2～4 GHz頻段內(nèi)難以開(kāi)展的問(wèn)題進(jìn)行了研究[4-5]。目前，國(guó)內(nèi)對(duì)此方面內(nèi)容的研究十分鮮有，也無(wú)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(guò)程中，選擇國(guó)內(nèi)市場(chǎng)比較常見(jiàn)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(duì)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(jiǎn)稱(chēng)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(shí)，最小衰減值為3 dB；在工作頻帶為±50 MHz時(shí)，最小衰減值為30 dB。BD2-B3：在工作頻帶為±25 MHz時(shí)，最小衰減值為3 dB；在工作頻帶為±40 MHz時(shí)，最小衰減值為30 dB。

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

由于RS103試驗(yàn)考核內(nèi)容為電場(chǎng)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(cè)試儀、衛(wèi)星導(dǎo)航模擬信號(hào)發(fā)射天線、功分器、衛(wèi)星定位信息監(jiān)測(cè)終端以及測(cè)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(chǎng)強(qiáng)見(jiàn)表1。應(yīng)在具備相應(yīng)資質(zhì)的3米法半電波暗室對(duì)EUT進(jìn)行考核。

表1 試驗(yàn)選取的頻率及場(chǎng)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(kāi)闊場(chǎng)，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(guò)暗室的地槽穿到室外進(jìn)行衛(wèi)星信號(hào)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(shí)，組合導(dǎo)航可正常定位；2)當(dāng)頻率為2～4.2 GHz時(shí)，功放開(kāi)機(jī)加高壓后(未施加干擾)，使用頻譜儀測(cè)得BD2工作頻帶內(nèi)本底噪聲較高(見(jiàn)圖2)，GPS和BD2均不定位；3)當(dāng)頻率為18～40 GHz時(shí)，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(duì)工作頻帶內(nèi)的頻譜噪聲進(jìn)行了測(cè)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(shí)的頻譜噪聲

通過(guò)上述試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在2～4.2 GHz頻段，測(cè)試系統(tǒng)中的功率放大器會(huì)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(duì)于這一測(cè)試系統(tǒng)的缺陷，國(guó)外試驗(yàn)室采取寬頻段自動(dòng)跟蹤可調(diào)式濾波器對(duì)測(cè)試系統(tǒng)的寬頻干擾進(jìn)行濾波，該種濾波器價(jià)格十分昂貴，而國(guó)內(nèi)試驗(yàn)室尚無(wú)配備，也沒(méi)有其他較為可行的解決方案。

2.3 優(yōu)化方法

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

基于此，本文提出了一種使用可調(diào)式衛(wèi)星信號(hào)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(guò)放大后轉(zhuǎn)發(fā)至暗室內(nèi)的衛(wèi)星信號(hào)按其放大倍數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的衰減，而其他頻段無(wú)任何衰減，更不會(huì)影響測(cè)試中的輻照?qǐng)鰪?qiáng)，從而保證優(yōu)化方法采取前、后測(cè)試場(chǎng)和接收信號(hào)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?qǐng)D4所示的測(cè)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(cè)試。頻率為10 kHz～40 GHz，功放開(kāi)機(jī)加高壓后，在BD2-B3工作頻帶內(nèi)測(cè)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(cè)試輻射場(chǎng)的一致性，使用頻譜儀進(jìn)行校準(zhǔn)，衛(wèi)星信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器輸出BD2-B3模擬導(dǎo)航信號(hào)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(hào)輸出功率和衰減器衰減值。根據(jù)背景噪聲測(cè)試結(jié)果和試驗(yàn)校準(zhǔn)，確定北斗導(dǎo)航測(cè)試儀輸出信號(hào)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(hào)功率為-126 dBm(信號(hào)太弱，頻譜儀無(wú)法實(shí)測(cè)，實(shí)際接收信號(hào)應(yīng)比-126 dBm更弱)。

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

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述對(duì)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(cè)試優(yōu)化方法，可以較好地解決測(cè)試系統(tǒng)固有的帶內(nèi)干擾影響測(cè)試問(wèn)題，費(fèi)用相比國(guó)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(cè)試考核的順利開(kāi)展。

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

[2] 中國(guó)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(cè)量[S].

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

[4] 錢(qián)振宇. 3C 認(rèn)證中的電磁兼容測(cè)試與對(duì)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(jì)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(cè)試技術(shù)、復(fù)雜電磁環(huán)境分析等方面的研究。

2016-08-04