本发明专利技术提出一种高速基带设备多普勒频率变化率的校准装置和方法。本发明专利技术基于多普勒频率产生原理和卫星运动轨迹具有周期性的特点，通过分别对最大多普勒频偏和多普勒频率扫描周期(以下简称扫描周期)校准后，再通过计算合成得到多普勒频率变化率参数。本发明专利技术提供的多普勒频率变化率的校准装置包含最大多普勒频偏校准单元、扫描周期校准单元及多普勒频率变化率合成单元，硬件组成包含频谱分析仪、示波器和计算机。本发明专利技术解决了动态多普勒频率参数的准确校准以及量值溯源问题，算法简单、校准效率高，误差小，测量结果准确度高、测量设备可溯源性好，校准流程清晰，校准方法的可操作性强。强。强。
【技术实现步骤摘要】
一种高速基带设备多普勒频率变化率的校准装置和方法
[0001]本专利技术涉及无线电电子学
，特别涉及一种高速基带设备多普勒频率变化率的校准装置和方法。
技术介绍
[0002]卫星沿轨道绕地球高速运动，如图1所示。卫星通信在高速环境中，由相对运动速度引起多普勒效应，产生多普勒频率偏移。低轨卫星对于地面静止目标本身存在极高的相对运动速度，对于高动态通信链路，较高的相对运动速度反映到信号层面则表现为强多普勒效应，即接收信号存在较大的载波频率偏移。另一方面，由于通信卫星绕地心作圆周运动，故其与通信目标载体的径向速度是时变的，随之产生的载波多普勒频偏也具有时变特性，即载波频偏具有一定的高阶变化的特点，通常用多普勒频率变化率来表示。被校准的高速基带设备可以根据卫星运动特点模拟或者仿真卫星多普勒频率变化情况。如图2所示，卫星刚从地面升起时，有最大正值多普勒频率，但多普勒变化率较小；卫星通过最大仰角点时，多普勒频率为零，但有最大的多普勒变化率；卫星消失时，有最大负值多普勒频率，但同样多普勒的变化率较小。相应地，在信号频域内多普勒频率偏移的大小对应于卫星运动的速度，多普勒频率变化率的大小对应于卫星运动的加速度，这两个参数是反映卫星运动特性的重要参数。
[0003]为真实模拟卫星通信链路的上述动态特性，卫星地面测试系统中的高速基带设备通过模拟多普勒最大频偏和多普勒频率变化率实现对卫星多普勒频率的仿真功能，高速基带设备验收过程中，仿真单元加入多普勒频移以后，载波频率的偏移会导致接收单元I/Q星座图上出现左右不对称现象，因为目前没有校准手段，也没有统一的对多普勒频率变化率校准的规程和规范，无法准确判断出是高速基带设备的多普勒仿真单元的问题还是接收单元的问题。如果忽略多普勒频移参数的影响，使发射端和接收机端存在频率偏差，将会破坏信号的载波间正交性，导致系统性能恶化，影响卫星传输系统的实时通信。因此，在高速环境中，有必要开展对多普勒仿真单元多普勒频率相关参数的校准，保证该参数的准确可靠，从而为卫星地面测试系统性能的判断提供准确可靠的依据。
[0004]多普勒频率变化率校准的难点在于多普勒频率的变化导致载波的频率随时间不断变化，相比较于传统的静态校准，对多普勒频率变化率的捕捉非常困难，常规方法难以实现，可以通过计算机直接采集频谱数据的算法跟踪时刻变化的多普勒频率，但是这种方法基于FFT傅里叶变换计算量太大，效率低，而且时间参数很难用校准，该设备出厂验收时往往只能简单用肉眼识别频率变化情况并用秒表计时统计，这种方法虽然简单，但是误差太大，直接影响到多普勒频率变化率的测量结果。因此，有必要研究一种准确、高效的校准方法来解决该参数的量值溯源问题。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的在于提供一种高速基带设备多普勒频率变化率的校准装置和方法，
以解决现有技术中存在的问题。
[0006]本专利技术的技术方案是：提供一种高速基带设备多普勒频率变化率的校准装置，包括最大多普勒频偏校准单元、扫描周期校准单元和多普勒频率变化率合成单元；
[0007]所述最大多普勒频偏校准单元包括频谱分析仪，所述扫描周期校准单元包括频谱分析仪和示波器，所述多普勒频率变化率合成单元包括计算机；
[0008]待校准的高速基带设备输出多普勒仿真信号，所述频谱分析仪接收到所述多普勒仿真信号后，输出两路信号：一路信号为射频信号，输入所述示波器；另一路直接测量得到的最大多普勒频偏输入所述计算机；所述示波器接收到所述射频信号后，输出扫描周期至所述计算机中；
[0009]所述多普勒频率变化率合成单元在准确获取最大多普勒频偏和扫描周期后，进行多普勒频率变化率合成。
[0010]进一步的，待校准的高速基带设备多普勒仿真单元输出的多普勒频率加载到中频载波上相当于实现对载波信号的副载波调制，校准过程中应综合考虑扫描精度和扫描时间的影响，选择合适的分辨力带宽；
[0011]在迹线扫描模式下，利用频谱分析的最大保持功能，将多次扫描的频谱迹线保留下来，每个频点只取最大值保存和显示，从而可以实现对调制信号最大值的捕捉。
[0012]进一步的，所述频谱分析仪扫描范围设置为其频谱范围的两倍，分辨力带宽小于被校准信号的多普勒频率变化率最小值。
[0013]进一步的，扫描周期校准单元的频谱分析仪用于保留并输出滤波器带宽内的信号包络特性，及被校信号扫频周期的变化情况；
[0014]通过设置和高速基带设备相同的载波频率作为频谱分析中频滤波器的中心频率，从而得到中频滤波器幅频特性的形状，同时保留了被校准信号多普勒频率变化的情况；
[0015]所述示波器用于标定多普勒信号的扫描周期参数，通过设置合适的时基参数及垂直刻度，示波器可不间断地显示出随时间变化的信号包络特性，通过示波器的时间标记功能可以标定信号的包络周期，从而得到多普勒信号的扫描周期参数。
[0016]进一步的，针对被校高速基带设备设定的多普勒频率变化率，在计算机上将最大多普勒频偏除以扫描周期即为多普勒频率变化率，依据高速基带设备技术指标规定的测量范围改变多普勒频率变化率，即可以测量得到每一个多普勒频率变化率。
[0017]本专利技术的另一个技术方案提供一种高速基带设备多普勒频率变化率的校准方法，应用于上述的高速基带设备多普勒频率变化率的校准装置，包括如下步骤：
[0018]S1、被校高速基带设备多普勒频率仿真信号产生；
[0019]S2、最大多普勒频偏校准；
[0020]S3、扫描周期校准；
[0021]S4、多普勒频率变化率合成。
[0022]进一步的，所述步骤S1中，被校高速基带设备多普勒频率仿真信号产生：
[0023]校准前，被校高速基带设备预热后，将载波信号输出端连接到校准装置频谱分析仪的射频信号输入端，设置高速基带设备为中频闭环自检模式，不加宽带矢量调制信号，设置高速基带设备中频模拟源的输出信号电平；
[0024]被校高速基带设备的多普勒仿真单元分别设置需要校准的最大多普勒频偏和多
普勒频率变化率参数范围，并调制到中频载波上，输出多普勒频率仿真信号；
[0025]高速基带设备输出信号为以载波频率为中心，以对应多普勒频率变化率的速度，在对应最大多普勒频偏的范围来回扫描的周期信号，输入到校准装置，并由校准装置完成对多普勒频率变化率参数的校准；由校准装置对最大多普勒频偏和扫描周期分别校准，并合成计算可以得到多普勒频率变化率的校准值。
[0026]进一步的，所述步骤S2中，最大多普勒频偏校准：
[0027]用射频电缆将被校高速基带设备输出的多普勒信号连接到频谱分析的射频信号输入端，被校高速基带设备多普勒仿真单元输出的多普勒频率加载到中频载波上相当于实现对载波信号的副载波调制；
[0028]设置频谱分析仪的中心频率与被校高速基带设备的载波频率相同，打开频谱分析仪的最大保持功能，在迹线模式最大保持状态下可以输出动态扫描信号的频谱特性，直到多普勒频率扫描运行完一个周期，在频谱分析本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种高速基带设备多普勒频率变化率的校准装置，其特征在于，包括最大多普勒频偏校准单元、扫描周期校准单元和多普勒频率变化率合成单元；所述最大多普勒频偏校准单元包括频谱分析仪，所述扫描周期校准单元包括频谱分析仪和示波器，所述多普勒频率变化率合成单元包括计算机；待校准的高速基带设备输出多普勒仿真信号，所述频谱分析仪接收到所述多普勒仿真信号后，输出两路信号：一路信号为射频信号，输入所述示波器；另一路直接测量得到的最大多普勒频偏输入所述计算机；所述示波器接收到所述射频信号后，输出扫描周期至所述计算机中；所述多普勒频率变化率合成单元在准确获取最大多普勒频偏和扫描周期后，进行多普勒频率变化率合成。2.如权利要求1所述的高速基带设备多普勒频率变化率的校准装置，其特征在于，待校准的高速基带设备多普勒仿真单元输出的多普勒频率加载到中频载波上相当于实现对载波信号的副载波调制，校准过程中应综合考虑扫描精度和扫描时间的影响，选择合适的分辨力带宽；在迹线扫描模式下，利用频谱分析的最大保持功能，将多次扫描的频谱迹线保留下来，每个频点只取最大值保存和显示，从而可以实现对调制信号最大值的捕捉。3.如权利要求2所述的高速基带设备多普勒频率变化率的校准装置，其特征在于，所述频谱分析仪扫描范围设置为其频谱范围的两倍，分辨力带宽小于被校准信号的多普勒频率变化率最小值。4.如权利要求1所述的高速基带设备多普勒频率变化率的校准装置，其特征在于，扫描周期校准单元的频谱分析仪用于保留并输出滤波器带宽内的信号包络特性，及被校信号扫频周期的变化情况；通过设置和高速基带设备相同的载波频率作为频谱分析中频滤波器的中心频率，从而得到中频滤波器幅频特性的形状，同时保留了被校准信号多普勒频率变化的情况；所述示波器用于标定多普勒信号的扫描周期参数，通过设置合适的时基参数及垂直刻度，示波器可不间断地显示出随时间变化的信号包络特性，通过示波器的时间标记功能可以标定信号的包络周期，从而得到多普勒信号的扫描周期参数。5.如权利要求1所述的高速基带设备多普勒频率变化率的校准装置，其特征在于，针对被校高速基带设备设定的多普勒频率变化率，在计算机上将最大多普勒频偏除以扫描周期即为多普勒频率变化率，依据高速基带设备技术指标规定的测量范围改变多普勒频率变化率，即可以测量得到每一个多普勒频率变化率。6.一种高速基带设备多普勒频率变化率的校准方法，应用于如权利要求1到5中任一项所述的高速基带设备多普勒频率变化率的校准装置，其特征在于，包括如下步骤：S1、被校高速基带设备多普勒频率仿真信号产生；S2、最大多普勒频偏校准；S3、扫描周期校准；S4、多普勒频率变化率合成。7.如权利要求6所述的高速基带设备多普勒频率变化率的校准方法，其特征在于，所述步骤S1中，被校高速基带设备多普勒频率仿真信号产生：
校准前，被校高速基带设备预热后，将载波信号输出端连接到校准装...
【专利技术属性】
技术研发人员：任黎丽，王立新，肖寅枫，李海松，张正娴，祁士青，
申请(专利权)人：上海精密计量测试研究所，
类型：发明
国别省市：
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