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， 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， 嚴重影響了系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

　　為保障衛(wèi)星正常工作， 有必要進行干擾監(jiān)測， 目前， 我國利用幅差法可對某些干擾進行一定精度內(nèi)的定位?；谏鲜鲂枨?， 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， 對某些干擾實現(xiàn)定位， 消除干擾對系統(tǒng)的影響。

1系統(tǒng)需求

　　實時采集并在監(jiān)控計算機上顯示6 個入站波束的頻譜。

　　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警， 用戶可及時提取G/ T 值進行定位。

　　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)象并及時報警。

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

2系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

　　本系統(tǒng)采用研華的工控機通過GPIB 卡控制頻譜儀實現(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、GPIB 卡、交換機、監(jiān)控計算機組成。

　　現(xiàn)場工控機通過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)， 在工控機上編寫Dat aSoket Server 數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議程序， 通過布置在機房間的網(wǎng)絡(luò)連接線送到位于信號收發(fā)機房的監(jiān)控計算機。監(jiān)控計算機收到網(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， 當入站干擾觸發(fā)聲光報警后， 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)場工控機軟件模塊

　　位于發(fā)射機房的工控機采用了如下模塊實現(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： 用于與頻譜儀進行建立通訊并產(chǎn)生一個visa seesion 標識字， 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)控計算機軟件

　　監(jiān)控程序主要流程為： 現(xiàn)場工控機所接收到的頻譜數(shù)據(jù)通過布置在機房間的網(wǎng)絡(luò)連接線送到了位于遠控機房的計算機后， 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)出聲光報警。同時程序還兼有存盤功能， 實時存儲波形并記錄報警信息的平均功率、載波峰值發(fā)生時刻等重要參數(shù)信息。

　　2. 2. 1干擾波形、重要參數(shù)存儲功能

　　超限觸發(fā)報警功能是由幾個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/ 功率采樣值進行比較： 當未超出門限值時， 輸出為f alse; 當超出門限值時， 輸出為true, 觸發(fā)聲光報警與干擾存盤模塊， 同時將整個入站帶寬內(nèi)的波形重要參數(shù)、干擾發(fā)生時刻一并存儲， 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行恢復(fù)或進行分析時， 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 的偏移量進行干擾篩選， 查看其干擾發(fā)生時刻， 同時將干擾的峰值頻率， 平均功率等參數(shù)顯示， 也可根據(jù)需要對干擾進行其他參數(shù)的分析。

　　2. 2. 3遠程控制

　　平時對干擾源不需要進行定位， 主要是因為測量精確載噪比需要對頻譜儀進行循環(huán)設(shè)置， 故平時不對載噪比進行提取， 在需要進行干擾源定位時， 可通過遠程登錄實現(xiàn)對現(xiàn)場工控機程序的控制， 開始載噪比的測量， 同時在監(jiān)控計算機上實現(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)上實時高速數(shù)據(jù)交換， 可用于1 個計算機內(nèi)或者多個應(yīng)用程序之間的數(shù)據(jù)交換， 其特點就是實時性， 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)用程序間和計算機間的通訊， 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。

　　運用此項技術(shù)， 監(jiān)控計算機實現(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遠程控制

　　本系統(tǒng)集成了遠程控制技術(shù)， 監(jiān)控計算機不僅能以極為簡單的方式直接在本地打開并操作服務(wù)器端計算機的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 個網(wǎng)頁中并在網(wǎng)頁中直接操作它， 這樣用戶在客戶機上通過遠程面板鏈接或瀏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 瀏覽器中打開的遠端控制程序前面板

3結(jié)論

　　以頻譜儀和交換機、工控機為硬件平臺， 基于LabVIEW 的datasocket 及remote panels 技術(shù)的衛(wèi)星干擾監(jiān)測系統(tǒng)， 不僅實現(xiàn)了對衛(wèi)星波束的實時處理或在線監(jiān)測等功能， 而且具備報警及干擾事后再分析處理功能， 該系統(tǒng)擴展型好， 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。