通信卫星有效载荷性能的在轨测试方法

通信卫星有效载荷性能的在轨测试方法

国家标准 GB/T12639一90 通信卫星有效载荷性能 的在轨测试方法 Methodsfin-orbttestigtorcommumlcaton satellitepayloadperformances 1990-12-28发布 1991-10-实施 国家技术监督局发布国家标准
国家标准 通信卫星有效载荷性能 GB/1263g一90 的在轨测试方法 Methodsofin一orbit testlg" forcommunlcation satelite rfor胜生nces payloadperf 主题内容与适用范围 本标准规定了通信卫星有效载荷性能的在轨测试方法 本标准适用于通信卫星有效较荷性能的在轨测试 对卫星转发器的地面测试亦可参考本标准 引用标准 GB11299.6卫星通信地球站无线电设备测量方法第二部分分系统测量第二节天线包 括馈源网络> GB11299.12卫星通信地球站无线电设备测量方法第三部分分系统组合测量第二节 6GHz接收系统品质因数(G/T测量 测量项目和方法 3.1卫星有效载荷的输人输出特性及单载波饱和功率 .1.1定义 卫星有效载荷的输人输出特性是指转发器在可用频段中心频率上,输出功率随输人功率变化的关 系曲线 当输人功率逐渐增大到某点，致使输出功率不能增大(指行波管放大器或被压缩了1dB 指固态放大器时，定义这一点为单载波饱和功率点 J.1.2测量方法 转发器单载波饱和工作点的确定用诵幅法，单载放饱和等效全向辐射功率EIRP,及输人输出特 性曲线的测量用地面参考信号比较法 3.1.2.1转发器单载波饱和工作点的确定 测量框图如图1所示 对行波管放大器，地球站上行较波受一音频正弦信号调幅，经卫星转发回 到地球站接收单元，经过下变频后用频谱分析仪观察调幅信号，逐渐地把发射功率增大到”me, 使 音频信号幅度减小到零，即为饱和点 在该点附近增大或减小发射功率，调幅的音频信号幅度都将出 现增大趋势 固态放大器，无明显饱和点，在测出输人输出特性曲线后进行确定 991-10-01实施 国家技术监督局1990-12-28批准
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GB/T1263990 卫星等效全向辐射功率EIRP,及输人输出特性曲线 3.1.2.2 拨照3.1.2.1条确定了转发器单载波饱和工作点后,地球站发单载波饱和功率,其维持这个工作点 不变，用频谱分析仪在下变频接收机输出端观察从卫星转发来的未调载波电平和从低噪声放大器输人 端口加人的参考信号电平 讲参考颜的精密可变衰碱器，使频谱分析仪显示的参考信号电平等于收到 的较波电平 果用替代法按下式推算出卫星的等效全向辐射功率EIRP.，其单位为aBw EIRP，=P，-G+Ld 1 载波接收功率，dw(图1B点电平), 式中:尸, -测量频率上的天线接收增益，dB; G， 卫星下行传输路径上总损耗值，dB见附录A Ltd 注，G,的测量方法见GB11299.6 测鼠时，地球站发射载波功率，按合适的步进级逐渐增高发射功率，在接收端对应洲出等败全向 辑射功EIRP地球站发射功率用等效全向辐射功事EIRP.表示，并绘制出EIRP-EIRP,的关 系曲线 注，可以选用选频电平表测量 a.1.3结果表示法 可以用等效全向辐射功率EIRP.和EIRP,的对应数据表示，或者以曲线表示 测量结果应按修正系数勇算到卫星波束中心的等效全向辐射功率EIRP值 3.2单载波饱和通量密度 3.2.1定义 单载波饱和通量密度的定义为:卫星转发器功率达到饱和时，卫星接收天线的每单位面积内所需 的能量密度值，用w,表示，它以一瓦每米平方作为零分贝计量，其单位为aBw/m 3.2.2测量方法 测量框图如图1所示 按3.1条测出对应于卫星转发器饱和输出功率的等效全向辐射功率EIRP. 然后,根据下式计算 单载波饱和通量密度W,，其单位为dBw/m: W，=EIRP -10lg4Td 一地球站等效全向辐射功率， dBW; 式中:EIRP 详见附录A -地球站到卫星的距离， d m EIRP值由图1中功率计1测出 3.2.3结果表示法 以计算结果直接表示 3.3卫星品质因数G/r 3.3.1定义 卫星的品质因数(G/T),是卫星接收天线的功丰增益G(以分贝为单位)与等效系统噪声温度T (以K为单位有关的一个对数参量 由下式表示，其单位为dB/K; 3 G/T，=G-10gT 3.3.2测量方法 可用两种方法进行测量，即间接测量法和直接测量法 3.3.2.1间接测量法 测量框图如图1所示 测量步骤如下 测接收系统的载噪比C/N; . 求卫星线路的系统载波噪声温度比C/Tt
GB/T1263g一90 C/T=C/NkBn" 式中，k -玻耳兹曼常数; 一接收系统嗓声带宽，应预先测出. Bn 按GB11299.12，测地球站接收系统品质因数G/厅>. d 计算下行载波噪声温度比 C/T)d; 5 c/T)d=EIRP，-Ld+(G/T) 计算上行载被噪声温度比 6 C/T)-'=(C/T);'-C/T)" 计算卫星品质因数G/r).，用aB/K表示 G/T)，=C/T -EIRP +Lu 式中:EIRP -地球站的等效全向辐射功率， -上行传输路径总损耗值 Lu 3.3.2.2直接测量法 测量框图如图2所示 首先测出靠近卫星的冷空噪声P，再测定出无上行载波发射情况下的卫星转发器的嗓声尸然后 由地球站对卫星发射一载波信号，使得功率计2的读数等于2尸-尸.，并同时记下功率计1的读数， 算出地球站的等效全向辐射功率IRPe 卫星品质因数(G/T),由下式计算，用真值表示， kB.L 8 (G/T)，= EIRP 分贝表示为，用dB/K表示; G/T)，=k十B +Lu-EIRP 9 式中，k、Bn、Lu、EIRP表示同3.3.2.1条 a.3.3结果表示法 在各测量频率上由所计算的(G/T),值直接表示，单位为dB/K(分贝/绝对温度)
GB/T12639一90 转发器 卫星 地球站 双极化饿 源网络 功率计1 定向糊合器 低嗓声放大器 高功率放大器 下变频器 可变衰减器 功率计2 频率综合器 图2卫星品质因数G/T),测量框图 3.4卫星转发器增益的稳定度 3.4.1定义 卫星转发器增益的稳定度是指卫星转发器增益随时间改变的程度 3.4.2测量方法 测量框图如图3所示 为测量卫星转发器的时间增益稳定度，引人了下变频器的自动增益控制AGc，其控制电压的变 化与地球站的输人功率变化是成比例的，因此，与卫星发射功率的变化亦成比例 具体步骤如下 按图3所示连接装置 b 按照3.1.2条所确定的转发器饱和工作点，地球站发一载波信号，使其维持饱和工作点不变; 同时送参考信号 c 同时记录地球站发射功率和接收载波信号与参考信号的控制电压(Acc> d 测量持续时间规定，每一转发器测量时间为24h; 数据处理，根据发射功率、参考信号电平及接收卫星的载波信号电平陆时间变化的关系曲线 处理数据，并同时扣除天线跟踪过程中的变化所引人的误差 结果表示法 3.4.3 用曲线表示
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GB/T12639一90 3.5卫星转发器本振频率准确度与稳定度 3.5.1定义 频率准确度是指频率实际值对其标称值的相时偏差 .-o 即 (10 式中.-频率实际值， 频率标称值 赖率稳定度是指卫星转发器本振在轨实际工作频半r)相对于本振标称工作频事A随时间的起 伏变化a/()与标称工作颗半的比值 测量方法 3.5.2 测量框图如图4所示 由地球站的发射设备，经卫星和地球站的接收设备构成一个测量回路，对接收和发射较波的差颊 进行测量 地球站向卫星发射规定的载被频率 频率计数器接于下变频器输出端口，预热2h后，每0.5h测 量一次，每次样10个数据点，取样时间为1 1s 测量一天得一组fi，按下面式(11)、式(12>计算- 天内的最大频率偏差s及频率起伏的均方根偏差 fmin (11 - =方、 12 N 式中 mk、/mn-f中最大和最小值， ，/-. 数字式频率计自身稳定度较被测频率稳定度要求高一个量级以上 测量持续时间，每一转发器的测量时间为24h 3.5.3结果表示法 稳定度 XX
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GB/T12639一90 3.6卫星有效载荷的幅度频率特性 3.6.1定义 卫星有效载荷的幅度频率特性是指单个转发器带内的转移函数，其幅度对输人频率的依赖关系， 或用增益响应特性来表征 3.6.2测量方法 两种测量方法，一种是扫频载被法，一种是扫频调频法 3.6.2.1扫频载波法 该法基于常用的扫频响应技术 此项技术使用一个频谱分析仪及跟踪发生器 按图5所示连接装 置 测址时先用标准噪声源及模拟转发器测出地球站收发系统的幅频响应(模拟转发器的响应已知). 按照规定的频蟀范围向卫星发送信号，并将测量结果记录下来 从测量结果中扣除地球站收发系统的频响
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GB/T1263g一90 a.8.2.2扫频调频法 图6示出了扫频调频法的设备连接框图，在此测量方法中，频率为/.的扫描信号和频率为 (f>,)的基带测试信号加到上变频器的调制器输人端在该调制器中,扫描信号以高调制指数、基带 测试信号以低调制指数进行频率调制，产生频率调制的射频信号 将这个已调制的射频信号进行功率 放大后向卫星发射，经过待测卫星有效载荷后，再经低嗓声放大器、下变频器，在中频上进行测量 要求进行两次测量对设备(线路分析仪自环连接进行校准，并测出地球站系统发、收链路 的幅频响应，@对卫星测出总的幅频响应曲线 从测量结果中扣除地球站收发系统的频响 分别给出转发器不同输出补偿情况下的测量结果 3.6.3结果表示法 用测量数据或用曲线表示 至高功率放大器 由下变频器来 功率计 基带 发 收 微波线路 上变颊器 扫描 端分析仪MLA 归一化存贮仪 频率计数器 X-Y记录仪 图6扫频调频法 3.7群时延频率特性 3.7.1定义 办 do 定义式为 (13> r=平 w da 式(13》表示了以w为中心的无限窄的频带内相位和频率的相对变化的关系，称为“群时延” r(o)一如特性称为群时延频率特性 8.7.2测量方法 测量方法同3.6.2.2条 通常与幅频响应同时显示在显示屏上，可记录在同一坐标纸上 8.7.3结果表示法 可提供带有校正频标的示被器显示曲线的照片来表示测量结果 测量结果还可按下例表示 “转发器带宽×xMHz总群时延变化为×xns” 多载波互调比 3.8 3.8.1定义 当同时输人两个或多个规定频率和电平的带内载波时，卫星输出的载波电平与相应的互调产物电 11
GB/T12639一90 平之比，称为多载波互调比. 我a！甜量方法 按图7所示连接装置， a. b 地球站向卫星发射两个等幅载波，两载波给出的等效全向辐射功率EIRP使卫星转发器达到 饱和，上行功率由功率计1检测， c两较波频率间隔远小于被测转发器1d旧带宽 在收端用频谱分析仪测量，并记录载波电平与互调分量 d 注，频谱分析仪的带宽应足够窄，使之足以抑制嗓声，同时应选择适当窄的扫描宽度 逐步减小上行等效全向辐射功率巴IRP，在不同的输人补偿条件下，逐次重复上述步骤，测 出转发器不同输人电平情况下三阶互调分量 3.&.3结果表示法 测量结果以所识别出来的各个互调产物的阶数频率和电平来表示 12
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GB/T1263g一90 3.9谓幅调相AM/PM变换系数K， 3.g.1定义 请有建相家换天散是-个能述口是转发器相位特姓非线株程度的参数 定义为，输出信号的相位 变化，为输人端同一裁波幅度变化的函数 测量训讲幅课相变换系数友,果用不平衡双音方法 困8示出测量中观测到的转发器输人输出信号 的频谱 令，s,=10i s,=101g" Po S;=101g P, AS，=S;-So，AS=S-So 则可得K,值计算式为，用度/dB表示 -告_n尝 K，=1B.股[o普-(土过 14 Pn 2-. 了n 转发器输入端频消 转发器擒出端频谱 困 用不平青双音方法测放友， 3.9.2测量方法 测量系统同3.8条" 按照要求识整上行载这频率，两信号频差应远小于被渊转发器的1曲带宽" 注，通常要求大信号固定在转发器频带的中心频率上 地球站先发大载波Pin， ,识整上行等然全向辑射功事EIRP使转发器功事达到他和，然后发 小就装争，井回的海数网信号的帽座比植，测山s，要来比低如a" 在接收端用频谱分新仪测量ss: 将着虽结果代人式9)计算别得出卫星转发器饱和状态下的调瓶渊相变换系数 注 渊量可从过饱和状态开始，以步进1d下降至小僧号线性区
GB/T12639-90 3.g.3结果表示法 以度/a旧表示 3.10转发器幅度压缩系数C 3.10.1定义 转发器幅度压缩系数C是描述幅度特性非线性程度的参数 定义为，信号通过有调幅压缩的转发 时，其幅度受压缩的程度 c的计算公式如下 C=1-10普十10芒-(真值 (15 式中，As、As,同3.9.l条 3.10.2测量方法 同3.9.2条 .10.3结果表示法 用百分比或分贝表示 3.11卫星可懂串话 3.11.1定义 串话定义为从一个“干扰”电路到另一个“被干扰”电路的无用的能量转移 如转移的能量包括可以理解的信息，这种现象叫做“可懂串话” a.11.2测量方法 测量系统按图9所示连接装置 地球站发射两个载放，其中月用252kH飞的频率对其进行频率调制，毕值频偏为5MHz，片来 经调制 在两个载波被调整到相同功率之后，载波被断开,并用选频电压表测量的252kHz的频 率电平 然后，接通h，测量.上的252kHz的干扰信号电平 两次测量采用同一个解调器 串话衰减d由下式确定，用dB表示; 山-u肯 (16 式中;户、P;-分别表示解调后的有用和干扰功率电平 15
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GB/T1263990 3.11.3结果表示法 用串话衰减分贝数表示，并以文字说明 卫星信标功率和频率 3.12 3.12.1定义 卫星发射的一个固定频率和功率用于地球站捕获跟踪的信号 3.12.2测量方法 3.12.2.1信标等效全向辐射功率EIRP 按图10所示连接装置，用参考信号比较法测出信标的等效全向辐射功率EIRP 17
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GB/T12639一90 a.12.2.2信标等效全向辐射功率EIRP稳定度测量装置同3.12.2.I条，测量方法同3.4条 测量过程中记录跟踪接收机的自动增益控制电压 3.12.2.3信标频率 测量装置同3.12.2.1条，首先对跟踪变频器的振荡频率进行计数，用频谱分析仪测量信标频率和 平行馈送的参考信号频率 3.12.2.4信标频率的稳定度 测量方法同3.12.2.3条，连续记录压控晶振频率变换后的频率谭移 测量准备时间，8h 每-转发器测量时间48h 3.12.3结果表示法 用测量数据直接表示 3.13卫星通信信道静态噪声频谱 3.13.1定义 卫星通信信道静态噪声频谱是指在没有上行信号的条件下，卫星转发器的静态宽带频谱特性及干 扰信号电平 测量方法 3.13.2 测量系统如图1所示 但关闭地球站发射机，将星上所有转发器全部按通，接收端用频谱分析仪 测得各转发器的嗓声频谱图，并记录或打印测量结果 3.13.3结果表示法 以图表表示 在轨卫星天线方向图 8.14 J.14.1定义 测量站的发射功率与卫星天线的方位角之关系曲线即为卫星天线的接收方向图，而测量站的按收 电平与卫星天线的方位角的关系曲线即为卫星天线的发射方向图 .14.2测量方法 在轨卫星天线方向图可用两种方法进行测量 一种方法是卫星处于标称姿态，多个地球站进行测 量，另一种方法是通过卫星姿杰偏置来刹量，为了消除自旋调制对方向图测量的影响，引用了一种新 的数据处理方法自旋相干检测法 3.14.2.1多个地球站测量法 测量系统如图11所示，地球站分主控站与辅助测量站 辅助测量站按要求布点，各站测量系统的 性能、传输参数应由主控站统一校准 卫星天线轴线保持不变，各站同时跟踪卫星 由主控站发射并接收上行载波信号，其他各站记录 接收电平，根据各站接收数据估算卫星下行链路天线方向图 各站通过卫星依次发射规定的信号，主控站对应记录各站信号电平，并推算卫星上行链路的天线 方向图 19
GB/T1263g一-90 双极化馈 卫星 发射机 定向糊合器 源网络 功率计1 频率计数器 低噪声 频谱分析仪 计算机 放大器 图11卫星天线方向图测量框图 3.14.2.2自旋相干检测法 地球站发射机供给足够的功率，使卫星转发器工作于AGc区域 由遥测得知卫星转发器的输人 功率电平，并用以测量上行链路的天线方向图 由于Acc的作用，可以认为转发器的输出功率是相 同的 所以可用地球收到的信号强度变化来测放通信信道下行链路天线方向图 3.14.3结果表示法 用等值线方向图表示，也可用记录曲线表示 20
GB/T12639一90 附录 卫星链路有关传输参数的计算 参考件 A1地球站与卫星间径向距离的计算 d=[R'+R十H)?-2R(R+H)cos(A，-A)cos(必 A1 -h) 式中; R -地球半径，m， H -卫星到地球最近距离，m; 分别是卫星、地球站纬度; 砂1、驴 分别是卫星、地球站经度 A1、2 A2传输损耗计算 上行 Ltw=Lrw+L我u+Lp十 A2 下行 Ld=Lrd+Lad十Lp+ A3 -分别为大气损耗，dB; 式中，L Lad -地球站天线极化损耗，dB; -天线指向偏差，dB 分别为自由空间上行和下行传输损耗，dB Ltu、Lrd 4Td/A): A4 Lr= d 式中; -传播距离，m; -信号电波波长，m 附加说明 本标准由机械电子工业部提出 本标准由机械电子工业部54所负责起草