一種北斗衛星定位導航裝置RS103測試優化方法研究

蘇 醒，丁永平，黨 麗

(中國兵器工業新技術推廣研究所,北京 100089)

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一種北斗衛星定位導航裝置RS103測試優化方法研究

蘇 醒，丁永平，黨 麗

(中國兵器工業新技術推廣研究所,北京 100089)

隨著北斗衛星定位導航系統的快速發展，其接收終端——北斗定位導航裝置也在軍事、交通運輸、氣象、海洋、森林防火、災害預報和公安等諸多領域得到越來越廣泛的應用。針對在國內電磁兼容試驗室進行RS103項目2～4 GHz頻段測試時，由于測試系統功率放大器產生的寬帶干擾落入北斗衛星定位導航裝置的工作頻帶內，造成其在尚未施加干擾時就已無法定位，導致試驗難以開展，進行了相應的設計及驗證。通過采取衛星信號轉發器與定頻衰減器相結合的方式，在保證試驗真實性和完整性的前提下，解決了RS103項目在2～4 GHz頻段測試時由于測試系統所帶來的帶內干擾問題。

RS103；輻射抗擾度；帶內干擾

目前，輻射抗擾度試驗的測試標準主要有GB 17626.3-2006和GJB 151B-2013 RS103等2種，二者在制定依據、目的、控制對象和測試系統等方面都具有很大的相似性，但在測試方法、頻率范圍和干擾信號特性等方面存在較大差異。前者測試頻率較窄(80～1 000 M)，且施加的輻射場強較小(最大10 V/m)；后者頻率較寬(10 kHz～40 GHz),且對于不同軍用平臺施加的場強值最大為200 V/m[1-2]。對照北斗衛星定位導航裝置的使用環境，選用頻率較寬、場強值更大的RS103輻射敏感度測試，能更準確、全面地模擬其在實際使用中可能面對具有寬頻帶、高場強的電磁環境[3]。

本文以某型北斗定位導航裝置作為典型案例，通過對比試驗，對在進行RS103 項目測試時，由功率放大器干擾引起的設備無法定位，試驗在2～4 GHz頻段內難以開展的問題進行了研究[4-5]。目前，國內對此方面內容的研究十分鮮有，也無較好的解決方案。

1 產品主要技術參數

在本文的研究過程中，選擇國內市場比較常見的某型北斗/GPS衛星定位導航裝置(含接收機、天線及連接電纜)作為試驗對象進行優化方案的考核驗證。該型衛星定位裝置(下述簡稱為EUT)主要技術參數如下。

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(內含低噪聲放大器)。GPS-L1/BD2-B1：(28±2)dB(整機增益(32±2)dB)；BD2-B3：(31±2)dB(整機增益(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，最小衰減值為3 dB；在工作頻帶為±50 MHz時，最小衰減值為30 dB。BD2-B3：在工作頻帶為±25 MHz時，最小衰減值為3 dB；在工作頻帶為±40 MHz時，最小衰減值為30 dB。

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

由于RS103試驗考核內容為電場空間輻射，因此被試產品的殼體及線纜應具有良好的屏蔽效能。除上述被試產品，試驗中陪試產品有便攜式頻譜儀、便攜式北斗導航測試儀、衛星導航模擬信號發射天線、功分器、衛星定位信息監測終端以及測試電纜等。

2 RS103試驗及優化方法

2.1 試驗參數及配置

試驗選取的頻率及場強見表1。應在具備相應資質的3米法半電波暗室對EUT進行考核。

表1 試驗選取的頻率及場強

由于半電波暗室具有良好的屏蔽效能，若要驗證EUT的工作狀態，接收天線應放置于室外開闊場，因此，初次試驗采取衛星接收機在暗室內，接收天線通過暗室的地槽穿到室外進行衛星信號接收。具體試驗配置如圖1所示。

圖1 試驗配置(衛星接收機位于室內，天線位于室外)

2.2 試驗結果及分析

試驗結果如下：1)當頻率為10 kHz～1 GHz時，組合導航可正常定位；2)當頻率為2～4.2 GHz時，功放開機加高壓后(未施加干擾)，使用頻譜儀測得BD2工作頻帶內本底噪聲較高(見圖2)，GPS和BD2均不定位；3)當頻率為18～40 GHz時，組合導航可正常定位。

為了確定帶內干擾是否由功率放大器引起，在不改變其他狀態、關閉功率放大器的條件下，使用頻譜儀對工作頻帶內的頻譜噪聲進行了測量，結果如圖3所示。

圖2 北斗工作頻帶內受到的噪聲干擾(功放加高壓)

圖3 功放關閉時的頻譜噪聲

通過上述試驗發現，在2～4.2 GHz頻段，測試系統中的功率放大器會產生寬頻干擾，并落入接收機的工作頻帶內，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。對于這一測試系統的缺陷，國外試驗室采取寬頻段自動跟蹤可調式濾波器對測試系統的寬頻干擾進行濾波，該種濾波器價格十分昂貴，而國內試驗室尚無配備，也沒有其他較為可行的解決方案。

2.3 優化方法

在測試系統干擾無法濾除，并且需要保證測試頻率完整性和輻照場強真實性的情況下，亟需對2～4.2 GHz頻段的RS103測試方法進行改進和優化，以保證試驗的順利開展。

基于此，本文提出了一種使用可調式衛星信號轉發器結合定頻衰減器的優化方法，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。在接收機饋線輸入端口加定頻衰減器是為了在北斗衛星接收機的通信頻帶內，將經過放大后轉發至暗室內的衛星信號按其放大倍數進行相應的衰減，而其他頻段無任何衰減，更不會影響測試中的輻照場強，從而保證優化方法采取前、后測試場和接收信號的真實性和一致性。

圖4 RS103優化方案配置圖

2.4 試驗驗證

按照圖4所示的測試配置進行優化方法驗證試驗。具體試驗步驟如下。

1)功放背景噪聲測試。頻率為10 kHz～40 GHz，功放開機加高壓后，在BD2-B3工作頻帶內測試背景噪聲，與初始試驗相同，帶內干擾較大。

2)試驗校準。為了保證優化方案前、后測試輻射場的一致性，使用頻譜儀進行校準，衛星信號轉發器輸出BD2-B3模擬導航信號功率為-74 dBm；功率放大器增益為40 dB；功率放大器與發射天線之間線纜衰減為-10 dB；發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。試驗校準示意圖如圖5所示。

圖5 試驗校準示意圖

3)確定模擬信號輸出功率和衰減器衰減值。根據背景噪聲測試結果和試驗校準，確定北斗導航測試儀輸出信號功率為-102 dBm，衰減器衰減值為-54 dBm，在理想情況下，接收機處的信號功率為-126 dBm(信號太弱，頻譜儀無法實測，實際接收信號應比-126 dBm更弱)。

試驗結果顯示，頻率為2～4.2 GHz時功率放大器開起，且開高壓時EUT仍能正常定位。

3 結語

通過上述對比試驗可以看出，本文提出的北斗衛星定位導航裝置RS103測試優化方法，可以較好地解決測試系統固有的帶內干擾影響測試問題，費用相比國外的解決方案也要低很多，它可以廣泛應用于軍用或民用北斗衛星定位導航裝置的輻射敏感度試驗中，保障測試考核的順利開展。

[1] 全國電磁兼容標準化技術委員會.GB/T 17626.3-2006 電磁兼容試驗和測量技術 射頻電磁場輻射抗擾度試驗[S].

[2] 中國人民解放軍總裝備部電子信息基礎部.GJB 151B-2013 軍用設備和分系統電磁發射和敏感度要求與測量[S].

[3] 全國無線電干擾標準化技術委員會.GB 9254-2008 信息技術設備的無線電騷擾限值和測量方法[S].

[4] 錢振宇. 3C 認證中的電磁兼容測試與對策[M].北京：電子工業出版社，2004.

[5] 楊克俊. 電磁兼容原理與設計技術[M].北京：人民郵電出版社，2004.

責任編輯 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試技術、復雜電磁環境分析等方面的研究。

2016-08-04