卫星地面测试系统多通道射频开关矩阵技术研究

摘要

目前我国的卫星地面测试系统针对性较强，不同卫星型号之间大多不可通用，这样的结构容易导致资源的大量浪费。为支持现代化航天测试技术的快速发展，一种通用性强、易维护的自动测试系统便成为复杂测试环境下的必备条件。随着计算机及测试技术快速发展，新概念的测试仪器——虚拟仪器的出现和应用是第三代自动测试的发展趋势。该项技术可以快速实现软硬件资源的共享通信，方便地组建各类测试系统，完成自动化装置的配置，以及测试结果的数据采集分析、设备元器件状态检测、图形化直观显示等功能。本课题依据某型号通信卫星的地面测试系统要求，了解了国内外自动测试系统及地面卫星测试系统的研究现状，研究了射频开关矩阵在卫星地面测试系统中的应用及上下行多路信号的远程控制等，搭建了卫星地面自动测试系统。
　　硬件部分主要由微波元器件及矩阵控制器构成，设计了以 AT91SAM9260嵌入式处理器为核心的开关矩阵控制器，并对射频微波开关、步进式程控衰减器、耦合器、合路器等微波元器件进行分析研究。为实现卫星地面自动测试系统的网络化远程控制，矩阵控制器中采用嵌入式处理器与以太网控制芯片 W5300实现以太网通信及接口连接，结合 W5300内部集成 TCP/IP协议的优势，完成了射频开关矩阵与计算机之间基于以太网的双向通信，实现了在控制计算机端远程操作下，微波开关、程控衰减器等微波元器件多路通道的快速切换；该连接方式具有通信速率快、传输数据可靠、易于扩展等特点，有效地提高了测试效率。
　　软件方面基于图形化语言 LabVIEW虚拟仪器技术，研究了 LXI总线扩展技术、虚拟仪器 VISA软件体系结构的TCP/IP通信协议等相关知识，完成了基于LabVIEW的TCP通信模块、数据采集模块的实现。通过自定义通信协议完成了控制计算机对射频开关矩阵的微波开关状态、衰减器状态、设备状态的读取；上下行通道信号的快速切换与可视化监控。实现了数据传输可靠、交互快速、可视化程度高的网络传输控制，提高了卫星地面测试系统的分布化、网络化。

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附图索引

附表索引

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 课题意义

1.3 国内外研究现状

1.4 论文主要研究内容及章节安排

第2章 自动测试系统的搭建

2.1 自动测试系统基本构成

2.2 微波射频相关知识

2.3 网络S参数

2.4 测试系统总体方案设计思想

2.5 系统需求技术指标分析

2.6 射频开关矩阵功能要求

2.7 本章小结

第3章 射频开关矩阵硬件结构

3.1 硬件系统整体架构

3.2 矩阵控制器

3.3 微波元器件

3.4系统电磁兼容性说明

3.5 开关矩阵综合技术指标分析

3.6 射频开关矩阵硬件连接的实现

3.7 本章小结

第4章 射频开关矩阵软件设计与实现

4.1 虚拟仪器

4.2 LabVIEW软件

4.3 LXI总线扩展

4.4 NI-VISA简介

4.5 通信模块实现

4.6 系统数据库模块实现

4.7 自定义通信控制协议

4.8 LabVIEW软件实现

4.9 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间发表的学术论文