利用电磁环境自动测试系统对卫星地球站进行监测研究

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1 接到对卫星地球站监测任务
          黑龙江省气象局请求黑龙江省无线电监测站对佳木斯四丰山卫星地 球站进行电磁环境测试。该站是接收我国风云－3号极轨气象卫星的地球站，也是我国风云－3号应用系统一期建设工程中三个国内辅助站之一。其主要作用是全方 位、全角度跟踪风云－3号极轨卫星，配合喀什、拉萨站以及瑞典站接收、下载风云－3号气象数据。也就是说，佳木斯四丰山地球站的天线要不断地调整方位角、 仰角来跟随风云－3号极轨卫星的运行轨迹。因此对该地球站的电磁环境测试也比通常所测试的固定方位角、仰角的地球站的测试要复杂得多。
           
          2 确定卫星地球站监测方案
          此次测试要求无线电监测人员至少在24小时内不间断地利用测试设备在地球站天线位置对仰角为0度、5度、10度、15度、20度、25度，方位 角0度至360度范围内（方位角每5度取样一次）分别用水平、垂直极化方式对L波段和X波段进行测试。由于测试要求复杂、环境恶劣、时间长、数据采样多等 因素，对监测设备的自动化程度要求高，特别是对仪器仪表的抗低温性能、持续长时间工作等性能都提出了很高的要求。
           
          针对这种复杂的测试要求以及测试点的地理环境和天气状况，如果采用手动调整测试天线的方位角、仰角将给测试工作带来巨大的工作量，而且手动调整 测试天线方位角、仰角的精度差、效率低，特别是在夜间低温测试时，还需要架设照明设施、取暖等设施。因此，无线电监测人员决定使用电磁环境自动测试系统。
           
          电磁环境自动测试系统由天馈系统、电子伺服系统、软件控制系统等组成。它可以控制转台以多种方式运动，也可以按照设定的时间间隔和角度间隔有规律地进行扫描，适用于对极轨卫星地球站的电磁环境测试和对卫星信号追踪测量。
           
          3 开展地球站电磁环境监测工作
          3.1 测试前的干扰源调查
          在进行电磁环境测试前，测试小组首先对佳木斯四丰山地区的微波设置情况进行了调查。这也是对该地球站干扰源的调查。佳木斯无线电管理处、佳木斯 无线电监测站和黑龙江无线电监测站共同合作，发现在距离测试点北方4公里处有佳木斯至鹤岗的微波链路（其具体频率为 8029.37MHz／7777.35MHz）,以及佳木斯至汤原的微波链路（频率为8088.67MHz／7836.65MHz）。这两条微波链路均为 广播电视部门设置的传输广播电视节目的微波。
           
          2007年10月12日上午9时，测试小组到达佳木斯市四丰山气象卫星地球站，在测试点楼顶架设了帐篷，安装了电磁环境测试系统（见图1）。
           

        　　

        　　图1 电测环境自动测试系统组成

         

          3.2 逐步开展电磁环境测试
          首先对L波段进行电磁环境测试。测试小组重点对1698MHz～1710MHz频段进行了测试，设定自动测试系统在规定的仰角、方位角范围内每 5度取样一次，测试持续时间为2分钟，并分别用水平极化、垂直极化两种极化方式进行测试，自动存储频谱图，测试时分辨率带宽RBW＝10kHz、视频带宽 VBW＝10kHz(等同于12kHz)。但本次测试并未发现干扰信号，背景场强也低于地球站天线口面允许的干扰场强，符合国标GB13615-92《地 球站电磁环境保护要求》的规定。
           
          10月12日14时，测试小组开始对X波段7720MHz～8500MHz频段频率进行电磁环境测试，同样设定自动测试系统在规定的仰角、方位 角范围内每5度取样一次，测试持续时间为2分钟，并分别用水平极化、垂直极化两种极化方式进行测试。在仰角为0度测试，在方位角360度范围内未发现异 常，然而当测试天线调整到5度时则发现若干不明干扰信号。测试人员利用笔记本电脑控制HP8563E频谱仪对每个不明信号进行长时间采样，并不断调整测试 天线的方位角和仰角以及极化方式，找到信号最大点再进行细化分析，同时对所有采样信号频谱进行存储，打印干扰信号的典型频谱图。经过此次测试，监测人员在 X波段共发现8个干扰信号，如图2所示。

        　　

        　　图2 X频段上所发现的8个干扰信号

         
          (1) 7777.35MHz信号
          该信号带宽为20MHz，最大电平为－33.66dBm，高出频谱仪最小允许值52.34dB。其方位角为335度，仰角为5度，属垂直极化信号，是鹤岗—佳木斯广电模拟微波链路落入风云－3号卫星频带造成的同频干扰信号，如图3所示。

        　　

        　　图3 7777.35MHz信号的频谱分析结果

         

          (2) 8029.37MHz信号
          该信号为单载波信号，最大电平为-53dBm，高出频谱仪最小允许值33dB。其方位角为335度，仰角为5度，属垂直极化，为佳木斯—鹤岗广电微波链路落入测试频段7720MHz～8500MHz引起的，如图4所示。
           

        　　

        　　图4 8029.37MHz信号的频谱分析结果

         

          (3) 7836.65MHz信号
          该信号带宽为20MHz,最大电平为-30.16dBm，高出频谱仪最小允许值55.84dB。其方位角为330度，仰角为5度，属垂直极化，为汤原—佳木斯广电微波链路落入测试频带造成的同频干扰，如图5所示。
           

        　　

        　　图5 7836.65MHz信号的频谱分析结果

         

          (4) 8088.67MHz信号
          该信号为单载波信号，最大电平为-40.49dBm, 高出频谱仪最小允许值45.51dB。其方位角为330度，仰角为5度，属水平极化，为佳木斯—汤原广电微波链路落入测试频段7720MHz～8500MHz造成的，如图6所示。
           

        　　

        　　图6 8088.67MHz信号的频谱分析结果

         

          (5) 8.2112GHz信号
          该信号带宽为30MHz，其最大电平为－64dBm，高出频谱仪最小允许值22dB。该信号最强点方位角为335度，仰角为5度，属水平极化，为数字微波链路频率落入风云－3号卫星频带引起的同频干扰，如图7所示。
           

        　　

        　　图7 8.2112GHz信号的频谱分析结果

         
          (6) 8.2544GHz信号
          该信号带宽为30MHz，其最大电平为-62.16dB，高出频谱仪最小允许值23.84dB。该信号最强点方位角为335度，仰角为5度，属水平极化，为数字微波链路落入风云－3号卫星频带引起的同频干扰，如图8所示。
           

        　　

        　　图8 8.2544GHz信号的频谱分析结果

         

          (7) 8.36GHz信号
          该信号带宽为30MHz，其最大电平为-46dBm，高出频谱仪最小允许值40dB。该信号最强点方位角为335度，仰角为5度，属水平极化，为数字微波链路频率落入测试频段7720MHz～8500MHz引起的，如图9所示。
           

        　　

        　　图9 8.36GHz信号的频谱分析结果

         

          (8) 8.41GHz信号
          该信号带宽为30MHz，其最大电平为-45.49dBm，高出频谱仪最小允许值40.51dB。该信号最强点方位角为335度，仰角为5度，属水平极化，为数字微波链路落入测试频段7720MHz～8500MHz内所致，如图10所示。
           

        　　

        　　图10 8.41GHz信号频谱分析结果