GB/T 12639-2021 地球同步轨道通信卫星有效载荷在轨测试方法

　　ICS 49 . 020 CCS V 70

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 12639—2021代替 GB/T 12639—1990

　　地球同步轨道通信卫星有效载荷

　　在轨测试方法

　　Methodsofin-orbittestingforGEO communicationsatellitepayloadperformance

　　2021-08-20 发布 2022-03-01 实施

　　国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会

　　发

　　布

　　GB/T 12639—202 1

　　GB/T 12639—202 1

　　前 言

　　本文件按照 GB/T 1 . 1—2020《标准化工作导则 第 1 部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。

　　本文件代替 GB/T 12639—1990《通信卫星有效载荷性能的在轨测试方法》，与 GB/T 12639—1990相比，主要技术变化如下：

　　a) 增加了对测试文件、测试条件和测试系统的要求(见第 6 章、7 . 2、第 8 章);

　　b) 完善了测试项 目，规范了测试项目名称，优化了测试连接框图、测试操作步骤和数据处理方式;

　　c) 增加了带外抑制特性、杂波特性、天线极化隔离度、增益控制特性、ALC 电平控制特性、ALC稳定度等测试项目及测试方法(见第 9 章、10 . 7、10 . 8、10 . 11、10 . 13、10 . 16、10 . 17) ;

　　d) 修改了本振频率准确度及稳定度、群时延特性测试项 目 的测试方法(见 10 . 9 、10 . 14 , 1990 年版的 3 . 5、3 . 7) ;

　　e) 删除了调幅调相变换系数、转发器幅度压缩系数、卫星可懂串话等测试项 目及其测试方法(1990 年版的 3 . 9、3 . 10、3 . 11 ) ;

　　请注意本文件的某些内容可能涉及专利。 本文件的发布机构不承担识别专利的责任。

　　本文件由全国宇航技术及其应用标准化技术委员会(SAC/TC 425)提出并归口 。

　　本文件起草单位：中国空间技术研究院通信与导航卫星总体部、中国航天标准化研究所、中国卫通集团股份有限公司、中国人民解放军 63921 部队、中国人民解放军 61096 部队。

　　本文件主要起草人：马强、徐汝军、杨博、郑育红、钟良玉、索洪海、杨冬雪、温妍、祁圣君、屈会鹏、蒋龙城、郭新哲、孙海燕、魏振超、许冬彦、夏维娜、张博翰。

　　本文件于 1990 年首次发布，本次为第一次修订。

　　GB/T 12639—202 1

　　地球同步轨道通信卫星有效载荷

　　在轨测试方法

　　1 范围

　　本文件规定了地球同步轨道通信卫星有效载荷在轨测试的测试文件、测试条件、测试系统、测试项目 、测试方法及测试报告等。

　　本文件适用于地球同步轨道通信卫星透明转发类有效载荷以及信号处理类有效载荷的透明转发通道的在轨测试。 对卫星转发器的地面测试亦可参考本文件。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。 其中，注 日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。

　　GB/T 29080 地球同步轨道通信卫星飞行结果评定

　　YD/T 984 卫星通信链路大气和降雨衰减计算方法

　　3 术语和定义

　　GB/T 29080、YD/T 984 界定的术语和定义适用于本文件。

　　4 缩略语

　　下列缩略语适用于本文件。

　　ALC：自动电平控制(Automatic Level Control)

　　EIRP：等效全向辐射功率(Equivalent Isotropic Radiated Power)

　　FGM：固定增益模式(Fixed Gain Mode)

　　G/T：天线增益与接收系统噪声温度之比(也称接收系统品质因数(Gain/Temperature)

　　IF：中频 (Intermediate Frequency)

　　LF：低频(Low Frequency)

　　SFD：饱和通量密度(Saturated Flux Density)

　　SSPA：固态功率放大器(Solid State Power Amplifier)

　　TWTA：行波管放大器(Travelling Wave Tube Amplifier)

　　5 测试目的

　　测试目的是在卫星经历发射及转移轨道阶段后，获取有效载荷在轨条件下的性能。

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　　6 测试文件

　　测试文件如下：

　　a) 卫星研制总要求(或其他关于卫星性能及技术指标要求的文件);

　　b) 卫星在轨测试大纲;

　　c) 卫星在轨测试细则。

　　7 测试系统

　　7 . 1 测试系统组成

　　测试系统主要由测控系统和在轨测试站组成，测控系统用于向卫星发送遥控指令和接收卫星遥测，在轨测试站用于对卫星有效载荷性能进行测试。 系统组成框图如图 1 所示。

　　图 1 测试系统组成框图

　　7 . 2 测试系统要求

　　7 . 2 . 1 测控系统

　　对测控系统要求如下：

　　a) 具备跟踪捕获卫星并进行轨道测量与确定的能力;

　　b) 具备向卫星发送上行遥控指令和注入数据的能力;

　　c) 具备接收星上遥测参数的能力;

　　d) 具备对星上遥测参数进行监测的能力。

　　7 . 2 . 2 在轨测试站

　　7 . 2 . 2 . 1 在轨测试站包括发射站和接收站，主要由地面发射天线、功率放大器、地面接收天线、低噪声放大器、测试仪器及射频链路组成。

　　7 . 2 . 2 . 2 对在轨测试站的一般要求如下：

　　a) 具备自动跟踪被测卫星的能力，并满足跟踪精度的要求;

　　b) 具备在上行和下行频带内的极化调节能力;

　　c) 具备将卫星有效载荷单个通道从小信号增益状态(小于饱和回退 15 dB)驱动至过饱和 5 dB状态的上行发射能力;

　　d) 具备与测控系统交互遥控、遥测数据的能力。

　　7 . 2 . 2 . 3 对测试仪器的要求如下：

　　a) 信号源要求如下：

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　　1) 频率覆盖有效载荷工作频率范围;

　　2) 频率精度优于被测信道一个数量级或以上;

　　3) 具备 FM 内调制功能;

　　4) 具备内部低频信号输出(LF out)功能。

　　注 1 ：如果不进行群时延特性测试，则对 FM 内调制功能和低频信号输出功能不作要求。

　　b) 下行校准信号源要求：频率覆盖有效载荷工作频率范围。

　　c) 频谱仪要求如下：

　　1) 频率覆盖有效载荷工作频率范围;

　　2) 动态范围大于 80 dB;

　　3) 具有频率计数功能;

　　4) 具有通道功率(Channel Power)测量功能;

　　5) 具备中频信号输出(IF out)功能。

　　注 2：如果不进行群时延特性测试，则对中频信号输出功能不作要求。

　　d) 功率测量设备要求：频率覆盖有效载荷工作频率范围。

　　e) 测试计算机要求：测试计算机应安装专用测试软件，能控制各测试仪器及设备完成各项测试。

　　7 . 3 测试系统校准

　　7 . 3 . 1 校准原理

　　在轨测试地面站射频链路很长，且上下行链路插入损耗受到环境影响，在不同温度下性能差别对测试结果的影响不可忽略。 在轨测试系统采用准实时校准方法，在测试项 目实施前对测试系统上行链路和下行链路的插入损耗进行校准。

　　设置信号源输入固定幅度的单载波信号，按规定的步长改变信号源的输出频率，根据功率测量设备1 读数计算得到上行链路的插入损耗。

　　设置下行校准信号源输入固定幅度的单载波信号，按规定的步长改变下行校准信号源的输出频率，根据功率测量设备 2 和频谱仪读数计算得到下行链路的插入损耗。

　　7 . 3 . 2 测试框图

　　系统校准原理框图如图 2 所示。

　　a)上行校准

　　b)下行校准

　　图 2 系统校准原理框图

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　　7 . 3 . 3 测试步骤

　　7 . 3 . 3 . 1 上行校准测试步骤如下：

　　a) 按图 2a)所示连接测试仪器及设备;

　　b) 设置信号源输出频率为上行校准频率的单载波信号，读取功率测量设备 1 的读数，计算该频点上行测试链路(图 2 中从 A 到 D)的路径损耗 Lwu , 以及功率测量设备 1 至地面发射天线(图 2中从 B 到 D)的路径损耗 Lu ;

　　c) 按步长移到下一点，重复步骤 b)直至结束。

　　7 . 3 . 3 . 2 下行校准测试步骤如下：

　　a) 按图 2b)所示连接测试仪器及设备;

　　b) 设置下行校准信号源输出频率为下行校准频率的单载波信号，读取功率测量设备 2 和频谱仪的读数，计算该频点下行测试链路(图 2 中从 E 到 H)的路径损耗 Lwd ;

　　c) 按步长移到下一点，重复步骤 b)直至结束。

　　7 . 3 . 4 数据处理

　　7 . 3 . 4 . 1 上行链路插入损耗按公式(1)计算。

　　…………………………( 1 )

　　式中：

　　Lu —功率测量设备 1 到发射天线的插入损耗(图 2 中从 B 至 D),单位为分贝( dB) ;

　　Lfeed, u —上行天线馈线损耗( 图 2 中从 C 至 D),单位为分贝( dB) ;

　　Cu —上行耦合器耦合度，单位为分贝( dB) ;

　　Lwu —信号源到发射天线的插入损耗(图 2 中从 A 至 D),单位为分贝( dB) ;

　　Pte —功率测试设备 1 读数，单位为分贝瓦(dBW) ;

　　Psg —信号源 1 输出功率，单位为分贝瓦(dBW)。

　　7 . 3 . 4 . 2 下行链路插入损耗按公式(2)计算。

　　Lwd = P’te - Pre + Cd + Lfeed, d …………………………( 2 )

　　式中：

　　Lwd —接收天线到频谱仪的插入损耗(图 2 中从 E 至 H),单位为分贝( dB) ;

　　P —功率测量设备 2 读数，单位为分贝瓦(dBW) ;

　　Pre —频谱仪读数，单位为分贝瓦(dBW) ;

　　Cd —下行耦合器耦合度，单位为分贝( dB) ;

　　Lfeed, d —下行天线馈线损耗( 图 2 中从 E 至 F),单位为分贝( dB)。

　　8 测试条件

　　在轨测试条件如下：

　　a) 卫星平台工作状态正常;

　　b) 有效载荷测试前星上设备完成开机预热，星上设备温度满足工作范围要求，星上通道设置正确，大功率器件和组件已完成排气;

　　c) 测控系统准备就绪;

　　d) 参试设备经过技术状态审定，并完成使用前检查(有计量属性的仪器及设备应经计量部门检定合格，并在有效期内使用);

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　　e) 在轨测试站完成地面测试系统的自校准和误差分析;

　　f) 地面发射天线和接收天线捕捉到卫星信号，并开启天线跟踪。

　　9 测试项目

　　有效载荷在轨测试项目见表 1 。 除特殊说明外，测试项目均在被测信道工作在 FGM模式进行。

　　表 1 有效载荷在轨测试项目表

　　10 测试方法

　　10 . 1 静态噪声频谱

　　10 . 1 . 1 测试原理

　　在被测信道正常工作且无上行信号注入的情况下，通过频谱仪直接读取被测信道通带范围内的噪声频谱。

　　10 . 1 . 2 测试框图

　　静态噪声频谱测试框图如图 3 所示。

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　　图 3 静态噪声频谱测试框图

　　10 . 1 . 3 测试步骤

　　测试步骤如下：

　　a) 按图 3 所示连接测试仪器及设备;

　　b) 在被测信道正常工作且无上行信号注入的情况下，适当设置频谱仪的参考电平、中心频率、扫描带宽、分辨率带宽和视频带宽;

　　c) 通过频谱仪直接读取被测信道通带范围内的噪声频谱。

　　10 . 1 . 4 数据处理

　　根据测试数据绘制噪声谱曲线。

　　10 . 2 输入输出特性

　　10 . 2 . 1 测试原理

　　在被测信道的中心频率处输入一个单载波信号，按规定步长调节信号源的输出功率，根据功率测量设备 1 读数计算被测信道的输入功率，根据频谱仪读数计算被测信道的输出功率，得到被测信道的输入输出特性。

　　注：被测信道放大器为 TWTA 时，定义饱和点为输出最大点(如果有多个输出最大点，则从中选取输入最小的作为饱和点);被测信道放大器为 SSPA 时，定义最大工作点为增益压缩 1 dB点(或按专用技术文件的规定执行)。

　　10 . 2 . 2 测试框图

　　输入输出特性测试框图如图 4 所示。

　　图 4 输入输出特性测试框图

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　　10 . 2 . 3 测试步骤

　　测试步骤如下：

　　a) 按图 4 所示连接测试仪器及设备;

　　b) 按 7 . 3 进行测试前校准;

　　c) 按 YD/T 984 规定的方法分别计算上行、下行大气吸收衰减 Lau , Lad ;

　　d) 设置被测信道的增益挡位为规定的标称挡位;

　　e) 设置信号源的输出频率为被测信道的上行中心频率;

　　f) 调节信号源的输出功率，以饱和输入功率为基准，在规定的测试动态范围内(一般为饱和输入补偿 -20 dB 至 +3 dB,或按专用技术文件的规定执行)，按规定步长(一般不大于 1 dB)调节信号源的输出功率;

　　g) 记录功率测量设备 1 和频谱仪的读数，分别为 Pte 和 Pre 。如专用技术文件中有要求，记录相关遥测参数(对于 TWTA,读取螺流、阳压、输出功率等遥测参数，对于 SSPA,读取输出功率、功放温度等遥测参数);

　　h) 根据测量数据计算卫星接收天线入口处功率通量密度和等效全向输出功率，并绘制被测信道的输入输出关系曲线。

　　10 . 2 . 4 数据处理

　　功率通量密度按公式(3)计算。

　　wis = Pte + L’wu + Gte - 10lg(4πd2 ) - Lau - Lpu - Leu ……………………( 3 )

　　式中：

　　wis —通量密度，单位为分贝瓦每平方米(dBW/m2 ) ;

　　Pte —功率测量测备 1 的读数，单位为分贝瓦(dBW) ;

　　Lu —功率测量设备 1 到发射天线的插入损耗，单位为分贝( dB) ;

　　Gte —地面天线的发射增益，单位为分贝( dB) ;

　　d —地球站到卫星的距离，单位为米(m)(计算见附录 A) ;

　　Lau —上行大气吸收衰减，单位为分贝( dB) ;

　　Lpu —上行地球站天线极化损耗，单位为分贝( dB) ;

　　Leu —上行地球站天线指向偏差，单位为分贝( dB)。

　　等效全向输出功率按公式(4)计算。

　　EIRPs = Pre - Gre + Lwd + Ltd …………………………( 4 )

　　式中：

　　EIRPs —等效全向输出功率，单位为分贝瓦(dBW) ;

　　Pre —频谱仪的读数，单位为分贝瓦(dBW) ;

　　Gre —地面天线的接收增益，单位为分贝( dB) ;

　　Lwd —接收天线到频谱仪的插入损耗，单位为分贝( dB) ;

　　Ltd —下行传输路径上的总损耗，单位为分贝(dB)(计算见附录 A) 。

　　根据公式(3)和公式(4)计算得到的数据，以通量密度为横坐标，等效全向输出功率为纵坐标，绘制输入输出关系曲线。

　　10 . 3 SFD和饱和 EIRP

　　10 . 3 . 1 测试原理

　　测量输入输出特性，记录饱和时的上行参考点输出功率和卫星下行到功率测量设备的功率，并综合

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　　空间损耗及校准参数计算 SFD 和饱和 EIRP。

　　10 . 3 . 2 测试框图

　　SFD 和饱和 EIRP 的测试框图如图 4 所示。

　　10 . 3 . 3 测试步骤

　　测试步骤如下：

　　a) 按图 4 所示连接测试仪器及设备;

　　b) 按 7 . 3 进行测试前校准;

　　c) 进行输入输出特性测试，记录被测信道饱和时功率测量设备 1 和频谱仪的读数;

　　d) 根据测量数据计算 SFD 和饱和 EIRP。

　　10 . 3 . 4 数据处理

　　SFD按公式(3)计算。

　　饱和 EIRP按公式(4)计算。

　　10 . 4 卫星品质因数 G/T

　　10 . 4 . 1 测试原理

　　通过测量得到的地面接收系统噪声、有效载荷静态噪声及有效载荷单载波小信号工作时的下行功率采用 Y 因子法计算卫星品质因数 G/T。

　　10 . 4 . 2 测试框图

　　Y 因子法测试框图如图 5 所示。

　　图 5 G/T 测试框图(Y因子法)

　　10 . 4 . 3 测试步骤

　　测试步骤如下：

　　a) 按图 5 所示连接测试仪器及设备;

　　b) 调整地面天线的俯仰角度，使其指向冷空，用频谱仪测量地面接收系统带宽 B 内的噪声功率P1(B应小于有效载荷带宽且带内无干扰);

　　c) 调整地面天线的俯仰角度，使其正对卫星，设置有效载荷工作在标称状态，且无上行激励信号，

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　　用频谱仪测量地面接收系统带宽 B 内的噪声功率 P2 ;

　　d) 在有效载荷中心频率加一个单载波上行信号，记录功率测量设备 1 的读数，用频谱仪测量地面接收系统带宽 B 内的总功率 P3 ,调整上行信号的功率，保证测量得到的功率不小于 P2 的两倍;

　　e) 根据测量数据计算卫星品质因数 G/T。

　　10 . 4 . 4 数据处理

　　卫星品质因数 G/T按公式(5)计算。

　　[G/T]s =10lg[Y1(Y2 - 1) /(Y1 - 1) ] + 10lg(KB)+Ltu - EIRPe

　　EIRPe = Pte + Gte - Lwu

　　式中：

　　[G/T]s —卫星接收系统品质因数，单位为分贝每开尔文(dB/K) ;

　　Y1 — 指向卫星且无激励信号时地面接收系统带宽 B 内的噪声功率与指向冷空时地面接收

　　系统带宽 B 内的噪声功率之比;

　　Y2 — 指向卫星且有激励信号时地面接收系统带宽 B 内的总功率与指向卫星且无激励信号

　　时地面接收系统带宽 B 内的噪声功率之比;

　　K —玻耳兹曼常数，取 1 . 38 × 10 - 23 J/K ;

　　B —地面接收系统带宽，单位为赫兹(Hz) ;

　　Ltu —上行传输路径总损耗，单位为分贝(dB)(计算见附录 A) ;

　　ERIPe —地球站等效全向辐射功率，单位为分贝瓦(dBW) ;

　　Pte —功率测量测备 1 的读数，单位为分贝瓦(dBW) ;

　　Gte —地面天线的发射增益，单位为分贝( dB) ;

　　Lwu —信号源到发射天线的插入损耗(图 2 中从 A 至 D),单位为分贝( dB) ;

　　P1 — 指向冷空时地面接收系统带宽 B 内的噪声功率，单位为瓦(W) ;

　　P2 — 指向卫星且无激励信号时地面接收系统带宽 B 内的噪声功率，单位为瓦(W) ;

　　P3 — 指向卫星且有激励信号时地面接收系统带宽 B 内的总功率，单位为瓦(W) 。

　　10 . 5 幅频特性

　　10 . 5 . 1 测试原理

　　在被测信道工作频带内输入固定幅度的单载波信号，按规定的步长改变信号源的输出频率，根据功率测量设备 1 读数计算被测信道的输入功率，根据频谱仪读数计算被测信道的输出功率，得到被测信道的带内幅频特性。

　　10 . 5 . 2 测试框图

　　幅频特性测试框图如图 4 所示。

　　10 . 5 . 3 测试步骤

　　测试步骤如下：

　　a) 按图 4 所示连接测试仪器及设备;

　　b ) 按 7 . 3 进行测试前校准;

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　　c) 关断相邻转发器通道;

　　d) 设置信号源的输出功率，使被测信道工作在饱和或者线性区(一般为饱和输入补偿- 15 dB,或按专用技术文件的规定执行)，设置信号源的输出频率为被测信道的上行信号频率;

　　e) 记录功率测量设备 1 和频谱仪的读数，计算被测信道在该频点的增益值;

　　f) 在被测信道上行工作频带内，按规定步长调节信号源的输出频率，重复步骤 d) ~e),得到被测信道在工作频带内的幅频特性;

　　g) 根据测量数据计算带内增益平坦度。

　　10 . 5 . 4 数据处理

　　每个频点的输入功率按公式(6)计算。

　　犘is = 犘te + 犌te - 犔tu - 犔wu …………………………( 6 )

　　式中：

　　犘is —卫星输入功率，单位为分贝瓦(dBW) ;

　　犘te —功率测量测备 1 的读数，单位为分贝瓦(dBW) ;

　　犌te —地面天线的发射增益，单位为分贝( dB) ;

　　犔tu —上行传输路径总损耗，单位为分贝( dB) ;

　　犔wu —信号源到发射天线的插入损耗( 图 2 中从 A 至 D),单位为分贝( dB)。

　　每个频点的输出功率按公式(4)计算。

　　每个频点的增益按公式(7)计算。

　　犌= EIRPs - 犘is …………………………( 7 )

　　式中：

　　犌 —增益，单位为分贝( dB) ;

　　EIRPs —等效全向输出功率，单位为分贝瓦(dBW) ;

　　犘is —卫星输入功率，单位为分贝瓦(dBW) ;

　　找出规定频带内增益的最大值和最小值，增益平坦度按公式(8)计算。

　　犌f =犌max - 犌min …………………………( 8 )

　　式中：

　　犌f —增益平坦度，单位为分贝( dB) ;

　　犌max —带内增益最大值，单位为分贝( dB) ;

　　犌min —带内增益最小值，单位为分贝( dB)。

　　根据计算结果绘制幅频特性曲线。

　　10 . 6 增益稳定度

　　10 . 6 . 1 测试原理

　　在有效载荷中心频点加一单载波上行激励信号，使有效载荷处于小信号工作状态，在一定时间内，按一定时间间隔实时记录上行功率和下行功率，并通过实时标校数据获得增益稳定度。

　　10 . 6 . 2 测试框图

　　增益稳定度测试框图如图 4 所示。

　　10 . 6 . 3 测试步骤

　　测试步骤如下：

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　　a) 按图 4 所示连接测试仪器及设备;

　　b) 分别通过地面上、下行注入一定偏移量的标校信号，实时标校上、下行链路的插损变化;

　　c) 设置信号源输出电平，使被测信道工作在线性区;

　　d) 通过功率测量设备 1 实时记录上行功率，通过频谱仪和功率测量设备 2 实时记录下行功率;

　　e) 按规定的时间间隔记录数据，测试时间一般不小于 24 h;

　　f) 综合考虑地面天线的跟踪误差对数据进行修正;

　　g) 根据测量数据计算增益，并从中选取最大值和最小值，计算增益稳定度。

　　10 . 6 . 4 数据处理

　　增益按公式(7)计算。

　　增益稳定度按公式(9)计算。

　　WG =Gc, max - Gc, min …………………………( 9 )

　　式中：

　　WG —增益稳定度，单位为分贝( dB) ;

　　Gc, max —增益最大值，单位为分贝( dB) ;

　　Gc, min —增益最小值，单位为分贝( dB)。

　　10 . 7 带外抑制特性

　　10 . 7 . 1 测试原理

　　在规定的频带内输入固定幅度的单载波信号，并改变单载波信号的频率，测试被测信道在不同信号频率条件下对应的下行信号功率，根据测试数据计算被测信道的带外抑制特性。

　　10 . 7 . 2 测试框图

　　带外抑制测试框图如图 4 所示。

　　10 . 7 . 3 测试步骤

　　测试步骤如下：

　　a) 按图 4 所示连接测试仪器及设备;

　　b) 按 7 . 3 进行测试前校准;

　　c) 关断相邻转发器通道;

　　d) 设置信号源的输出功率，使被测信道工作在线性区(一般为饱和输入补偿- 7 dB,或按专用技术文件的规定执行);

　　e) 在专用技术文件规定的频带内，按规定步长(根据被测信道的带宽确定)调节信号源的输出信号频率，设置频谱仪中心频率为下行信号频率，根据频谱仪读数计算被测信道的输出功率;

　　f) 根据测试数据计算带外抑制。

　　10 . 7 . 4 数据处理

　　带外抑制按公式(10)计算。

　　Rd = Pre, d - Pre, c …………………………( 10 )

　　式中：

　　Rd —偏离中心频率 Δfd 处的带外抑制，单位为分贝( dB) ;

　　Pre, d —偏离中心频率 Δfd 处的输出功率，单位为分贝瓦(dBW) ;

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　　Pre, c — 中心频率处的输出功率，单位为分贝瓦(dBW)。

　　根据计算结果绘制带外抑制特性曲线。

　　10 . 8 杂波特性

　　10 . 8 . 1 测试原理

　　被测信道工作在饱和点或最大工作点，测量被测信道在工作频率范围内的输出频谱，得到被测信道的杂波特性。

　　10 . 8 . 2 测试框图

　　杂波特性测试框图如图 4 所示。

　　10 . 8 . 3 测试步骤

　　测试步骤如下：

　　a) 按图 4 所示连接测试仪器及设备;

　　b) 设置信号源的输出频率为被测信道的上行中心频率;

　　c) 设置信号源的输出功率，使被测信道工作在饱和点或最大工作点;

　　d) 设置频谱仪的中心频率为被测信道下行中心频率，扫描带宽为要求测试的频率范围;

　　e) 合理设置频谱仪分辨率带宽和视频带宽，通过频谱仪读取测试频率范围内的杂波(一般用低于信号功率的分贝数表示)。

　　10 . 8 . 4 数据处理

　　根据测试数据绘制杂波特性曲线。

　　10 . 9 本振频率准确度及稳定度

　　10 . 9 . 1 测试原理

　　在被测信道的中心频率处输入一个单载波信号，在规定时间段内多次测量被测信道的输出信号频率，根据测量数据计算被测信道的本振频率准确度和稳定度。 在测试持续周期内，轨道变化会引起多普勒效应，必要时应根据轨道测量结果对测试数据进行修正。

　　10 . 9 . 2 测试框图

　　本振频率准确度及稳定度测试框图如图 6 所示。

　　图 6 本振频率准确度及稳定度测试框图

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　　10 . 9 . 3 测试步骤

　　测试步骤如下：

　　a) 按图 6 所示连接测试仪器及设备，同步信号源和频率计(或频谱仪)的 10 MHz参考;

　　b) 被测信道的接收机或变频器开机预热时间不少于 0 . 5 h;

　　c) 设置信号源的输出频率为被测信道的上行中心频率;

　　d) 设置信号源的输出功率，使被测信道工作在线性区，通过频率计(或频谱仪)读取下行输出信号频率;

　　e) 根据规定的测试时间间隔，在规定的时间内，连续测量下行中心频率 N 次(N 取 101 次或按专用技术文件的规定执行)，根据测量结果计算本振频率的准确度和稳定度;

　　f) 测量本振频率的 日最大频率偏差时，对下行中心频率进行不小于 24 h 的监测。

　　10 . 9 . 4 数据处理

　　本振频率准确度按公式(11)计算。

　　F/fL0 …………………………

　　式中：

　　Fa — 本振频率准确度;

　　N — 连续测量下行中心频率的次数;

　　fd,i —第 i次测量得到的下行频率，单位为赫兹(Hz) ;

　　fu —上行信号频率，单位为赫兹(Hz) ;

　　fL0 —本振频率标称值，单位为赫兹(Hz)。

　　本振频率稳定度按公式(12)计算。

　　F

　　式中：

　　Fs — 本振频率稳定度;

　　fL0 —本振频率标称值，单位为赫兹(Hz) ;

　　N — 连续测量下行中心频率的次数;

　　fd,i+ 1 —第(i+1)次测量得到的下行频率，单位为赫兹(Hz) ;

　　fd,i —第 i次测量得到的下行频率，单位为赫兹(Hz)。

　　日最大频率偏差按公式(13)计算。

　　S …………………………( 13 )

　　式中：

　　S — 日最大频率偏差;

　　fd, max —下行频率测量最大值，单位为赫兹(Hz) ;

　　fd, min —下行频率测量最小值，单位为赫兹(Hz) ;

　　fL0 —本振频率标称值，单位为赫兹(Hz)。

　　10 . 10 信标 EIRP和频率特性

　　10 . 10 . 1 信标 EIRP

　　10 . 10 . 1 . 1 测试原理

　　在一定时间内，按规定时间间隔实时记录信标机的下行发射功率，根据测量数据计算信标 EIRP 及

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　　其稳定度。

　　10 . 10 . 1 . 2 测试框图

　　信标 EIRP测试框图如图 7 所示。

　　图 7 信标 EIRP测试框图

　　10 . 10 . 1 . 3 测试步骤

　　测试步骤如下：

　　a) 按图 7 所示连接测试仪器及设备;

　　b) 通过地面下行注入一定偏移量的标校信号，实时标校下行链路的插损变化;

　　c) 通过频谱仪实时记录信标机下行功率;

　　d) 按规定的时间间隔记录数据，测试时间一般不小于 24 h;

　　e) 综合考虑地面天线的跟踪误差，对数据进行修正;

　　f) 根据测量数据计算信标 EIRP及其稳定度。

　　10 . 10 . 1 . 4 数据处理

　　信标 EIRP按公式(4)计算。

　　从计算结果中选取信标 EIRP 的最大值和最小值，两者的差值即为信标 EIRP 的稳定度。

　　10 . 10 . 2 信标频率特性

　　10 . 10 . 2 . 1 测试原理

　　在一定时间内，按规定时间间隔实时记录信标机下行频率，计算信标频率的准确度及稳定度。 在测试持续周期内，轨道变化会引起多普勒效应，必要时应根据轨道测量结果对测试数据进行修正。

　　10 . 10 . 2 . 2 测试框图

　　信标频率特性测试框图如图 3 所示。

　　10 . 10 . 2 . 3 测试步骤

　　测试步骤如下：

　　a) 按图 3 所示连接测试仪器及设备;

　　b) 信标机开机预热时间不少于 0 . 5 h;

　　c) 通过频率计(或频谱仪)读取信标机下行频率;

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　　d) 根据规定的测试时间间隔，在规定的时间内，连续测量下行频率 N 次(N 取 101 次或按专用技术文件的规定执行)，根据测量结果计算本振频率的准确度和短期稳定度;

　　e) 测量信标频率的长期稳定度时，对下行频率进行不小于 24 h 的监测。

　　10 . 10 . 2 . 4 数据处理

　　信标机频率的准确度按公式(14)计算。

　　F/fbcn …………………………

　　式中：

　　Fa — 频率准确度;

　　N — 连续测量下行中心频率的次数;

　　fd,i —第 i次测量得到的下行频率，单位为赫兹(Hz) ;

　　fbcn —信标下行频率标称值，单位为赫兹(Hz)。

　　频率稳定度和 日最大频率偏差分别按公式(12)和公式(13)计算。

　　10 . 1 1 天线极化隔离度

　　10 . 1 1 . 1 测试原理

　　在地面天线主极化发射主极化接收、主极化发射交叉极化接收以及交叉极化发射主极化接收三种状态下进行增益测试，从而得到卫星发射天线和接收天线的极化隔离度。 极化隔离度测试精度主要受地面天线极化隔离度影响，为了达到一定的测试精度，建议地面天线极化隔离度应优于卫星天线极化隔离度至少 5 dB。

　　10 . 1 1 . 2 测试框图

　　天线极化隔离度测试框图如图 4 所示。

　　10 . 1 1 . 3 测试步骤

　　测试步骤如下：

　　a) 按图 4 所示连接测试仪器及设备;

　　b) 按 7 . 3 进行测试前校准;

　　c) 调整地面发射天线极化与卫星接收天线极化相同至最佳匹配状态，调整地面接收天线极化与卫星发射天线极化相同至最佳匹配状态;

　　d) 设置信号源的输出频率为被测信道的上行中心频率，调节信号源的输出功率，使被测信道工作在线性区;

　　e) 按 10 . 5 规定的方法获得测试点的增益;

　　f) 调整地面接收天线极化为卫星发射天线的交叉极化，重复步骤 d) ~e)获得测试点的增益;

　　g) 调整地面发射天线极化为卫星接收天线的交叉极化，调整地面接收天线极化与卫星发射天线极化相同，重复步骤 d) ~e)获得测试点的增益;

　　h) 根据测试数据计算卫星接收天线和发射天线的极化隔离度。

　　10 . 1 1 . 4 数据处理

　　卫星发射天线的极化隔离度按公式(15)计算。

　　XPDts =Gp, p - Gp, x …………………………( 15 )

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　　式中：

　　XPDts —卫星发射天线极化隔离度，单位为分贝( dB) ;

　　Gp, p —地面主极化发射，主极化接收测得的增益，单位为分贝( dB) ;

　　Gp, x —地面主极化发射，交叉极化接收测得的增益，单位为分贝( dB)。

　　卫星接收天线的极化隔离度按公式(16)计算。

　　XPDrs =Gp, p - Gx, p …………………………( 16 )

　　式中：

　　XPDrs —卫星接收天线极化隔离度，单位为分贝( dB) ;

　　Gp, p —地面主极化发射，主极化接收测得的增益，单位为分贝( dB) ;

　　Gx, p —地面交叉极化发射，主极化接收测得的增益，单位为分贝( dB)。

　　10 . 12 天线方向图

　　10 . 12 . 1 测试原理

　　按测试大纲规定的测量点位置和测量点数，采用规定的转发器通道中心频率在相应测量点进行天线方向图离散点验证测试，并将测试数据与地面测试值(或设计值)进行比对。 测试时间较长时，应按规定的时间间隔进行标校。

　　10 . 12 . 2 测试框图

　　天线方向图测试框图如图 4 所示。

　　10 . 12 . 3 测试步骤

　　测试步骤如下：

　　a) 按图 4 所示连接测试仪器及设备;

　　b) 按 7 . 3 进行测试前校准;

　　c) 通过调整卫星姿态或可动点波束天线指向，将卫星天线方向图相应的测试点偏置至在轨测试地点，测量点的偏置范围应在卫星姿态短期偏置能力或可动点波束指向调整能力范围内;

　　d) 按 10 . 3 规定的方法获得测试点的 EIRP 和 SFD;

　　e) 根据测试数据得到卫星接收天线方向图和卫星发射天线方向图;

　　f) 对测试系统中引入的误差源(如采样点选取、姿态偏置等)进行误差分析和处理，得到以地面实测数据推算的预计值为中心的误差带，并判别测试数据是否落在误差带内。

　　10 . 13 增益控制特性

　　10 . 13 . 1 测试原理

　　被测信道工作在固定频率(一般是被测信道的中心频率)，调整上行激励信号源的输出电平，并依次改变被测信道的增益挡挡位，根据测得的被测信道输入功率和输出功率计算被测信道的增益控制特性。

　　10 . 13 . 2 测试框图

　　增益控制特性测试框图如图 4 所示。

　　10 . 13 . 3 测试步骤

　　测试步骤如下：

　　a) 按图 4 所示连接测试仪器及设备;

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　　b ) 按 7 . 3 进行测试前校准;

　　c) 设置信号源的输出频率为被测信道上行中心频率;

　　d) 设置频谱仪的中心频率为被测信道下行中心频率;

　　e) 设置被测信道的增益挡挡位为最低增益挡;

　　f) 设置信号源的输出功率，使被测信道工作在线性区(一般输入补偿为- 10 dB),根据功率测量设备 1 读数计算被测信道的输入功率，根据频谱仪读数计算被测信道的输出功率;

　　g) 依次增加增益挡挡位，重复步骤 f),得到各增益挡对应的增益值。

　　10 . 13 . 4 数据处理

　　各增益挡对应的增益值按公式(7)计算。

　　被测信道的增益控制特性按公式(17)计算。

　　ΔGi=Gi-Gi-1(i=1,2,3……) …………………………( 17 )

　　式中：

　　ΔGi —第 i个增益挡对应的增益控制特性，单位为分贝( dB) ;

　　Gi —第 i个增益挡对应的增益值，单位为分贝( dB) ;

　　Gi-1 —第 i- 1 个增益挡对应的当前增益挡增益值，单位为分贝( dB) 。

　　以增益挡挡位为横坐标，各挡位增益值为纵坐标，绘制增益控制特性曲线。

　　10 . 14 群时延特性

　　10 . 14 . 1 测试原理

　　将一个调频信号送入被测信道，利用下变频的方法将输出信号变换至中频，通过数字采样、解调并与原调制信号比对得到被测信道的相位变化量，据此计算被测信道的群时延特性。

　　10 . 14 . 2 测试框图

　　群时延特性测试框图如图 8 所示。

　　图 8 群时延特性测试框图

　　10 . 14 . 3 测试步骤

　　测试步骤如下：

　　a) 按图 8 所示连接测试仪器及设备;

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　　b) 设置信号源，开启内调制，调制模式为调频，开启低频信号输出(LF out),低频输出信号频率为调制信号频率，射频输出信号频率为被测信道的上行信号频率;

　　c) 调节信号源的输出功率，使被测信道的输入功率为规定值(线性区);

　　d) 设置频谱仪中心频率为被测信道的下行信号频率，带宽为 0 Hz,此时频谱仪工作在下变频模式，中频输出(IF out)为频谱仪处理后的下变频信号;

　　e) 通过示波器对通道 1(CH 1)(对应信号源产生的内部低频信号)和通道 2(CH 2)(对应经频谱仪处理后的下变频信号)的信号进行数字采样;

　　f) 将通道 2 信号数字解调后与通道 1 信号比对，得到相位变化量 Δψ,计算被测信道在该频点的群时延值;

　　g) 在被测信道上行工作频带内按规定步长调节信号源频率，重复步骤 d) ~f),得到被测信道在工作频带内的群时延特性;

　　h) 准确记录测试的起止时间，必要时根据卫星轨道的变化修正群时延特性的测试结果。

　　10 . 14 . 4 数据处理

　　群时延按公式(18)计算。

　　…………………………( 18 )

　　式中：

　　τ —群时延，单位为秒(s) ;

　　Δψ —相位变化量，单位为度(°) ;

　　fm —调制频率，单位为赫兹(Hz)。

　　找出规定频带内群时延的最大值和最小值，群时延波动按公式(19)计算。

　　Δτ= τmax - τmin …………………………( 19 )

　　式中：

　　Δτ —群时延波动，单位为纳秒(ns) ;

　　τmax —带内群时延最大值，单位为纳秒(ns) ;

　　τmin —带内群时延最小值，单位为纳秒(ns)。

　　根据计算结果绘制群时延特性曲线。

　　10 . 15 三阶互调

　　10 . 15 . 1 测试原理

　　利用两个信号源提供两个等幅上行激励信号，按规定补偿调节上行激励信号的输出电平，通过频谱仪观测被测信道的三阶互调产物，得到被测信道的三阶互调特性。

　　10 . 15 . 2 测试框图

　　三阶互调测试框图如图 9 所示。

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　　图 9 三阶互调测试框图

　　10 . 15 . 3 测试步骤

　　测试步骤如下：

　　a) 按图 9 所示连接测试仪器及设备;

　　b) 关闭信号源 2 的射频输出，设置信号源 1 的输出频率为上行通带中心频率 犳uc-Δ犳u/2(犳uc 为上行中心频率，Δ犳u 为双载波频率间隔，Δ犳u 按专用技术文件的规定执行)，调节信号源 1 的输出功率，使被测信道工作在饱和输入补偿 -3 dB状态，记录此时功率测量设备对应的读数;

　　c) 关闭信号源 1 的射频输出，设置信号源 2 的输出频率为 犳uc +Δ犳u/2,调节信号源 2 的输出功率，使得功率测量设备的读数与步骤 b) 中相同;

　　d) 开启信号源 1 的射频输出，使得被测信道工作在双载波输入补偿 0 dB状态;

　　e) 通过频谱仪测量两个上行信号产生信号(频率分别为 犳dc-Δ犳u/2 和 犳dc+Δ犳u/2, 犳dc 为下行中心频率)的输出功率( 犘′1 ,犘′2) 和两个三阶互调信号( 频率分别为 犳dc - 3Δ犳u/2 和 犳dc + 3Δ犳u/2) 的输出功率(犘′3 ,犘′4),计算饱和输出功率时的三阶互调值;

　　f) 根据测试数据计算当前输入点的三阶互调值;

　　g) 调节信号源输出功率，按规定步长，从双波饱和输入补偿 0 dB 降至- 12 dB(或按专用技术文件的规定的补偿值执行)，重复步骤 e) ~f),得到相应的三阶互调值。

　　10 . 15 . 4 数据处理

　　三阶互调值按公式(20)计算。

　　犘IM =min(犘′1 , 犘′2) - max(犘′3 , 犘′4) …………………………( 20 )

　　式中：

　　犘IM —三阶互调值，单位为分贝( dB) ;

　　犘′1 —载波 1 的功率，单位为分贝瓦(dBW) ;

　　犘′2 —载波 2 的功率，单位为分贝瓦(dBW) ;

　　犘′3 —三阶互调信号 1 的功率，单位为分贝瓦(dBW) ;

　　犘′4 —三阶互调信号 2 的功率，单位为分贝瓦(dBW)。

　　根据每个输入补偿点的测试值绘制三阶互调特性曲线。

　　10 . 16 ALC电平控制特性

　　10 . 16 . 1 测试原理

　　被测信道工作在 ALC模式下，固定上行信号的频率和功率，依次改变被测信道的 ALC 电平挡位，

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　　得到对应的输出功率。 根据测量数据得到被测信道的 ALC特性。

　　10 . 16 . 2 测试框图

　　ALC 电平控制特性测试框图如图 4 所示。

　　10 . 16 . 3 测试步骤

　　测试步骤如下：

　　a) 按图 4 所示连接测试仪器及设备;

　　b ) 按 7 . 3 进行测试前校准;

　　c) 设置信号源的输出频率为被测信道的上行中心频率;

　　d) 设置频谱仪中心频率为被测信道的下行中心频率，扫描带宽、分辨率带宽及视频带宽为规定值;

　　e) 设置被测信道工作在 ALC模式，挡位为最低挡;

　　f) 设置信号源的输出功率，使被测信道工作在专用技术文件规定的 ALC输入电平范围内，记录频谱仪的读数;

　　g) 依次增加 ALC 挡位，根据频谱仪读数计算被测信道的输出功率，从而得到 ALC 电平控制特性。

　　10 . 16 . 4 数据处理

　　各挡位对应的输出功率按公式(4)计算。

　　ALC 电平控制特性按公式(21)计算。

　　ΔPi=Pi-Pi-1(i=1,2,3……) …………………………( 21 )

　　式中：

　　ΔPi —第 i个 ALC挡位对应的 ALC 电平控制特性，单位为分贝( dB) ;

　　Pi —第 i个 ALC挡位对应的输出功率，单位为分贝瓦(dBW) ;

　　Pi-1 —第 i- 1 个 ALC挡位对应的输出功率，单位为分贝瓦(dBW) 。

　　以 ALC挡位为横坐标，各挡位对应的输出功率为纵坐标，绘制 ALC 电平控制特性曲线。

　　10 . 17 ALC稳定度

　　10 . 17 . 1 测试原理

　　被测信道工作在 ALC模式下，ALC挡位为固定值。 在规定的范围内改变被测信道的输入功率，得到对应的输出功率。 根据测试数据计算被测信道的 ALC输出功率稳定度。

　　10 . 17 . 2 测试框图

　　ALC稳定度测试框图如图 4 所示。

　　10 . 17 . 3 测试步骤

　　测试步骤如下：

　　a) 按图 4 所示连接测试仪器及设备;

　　b ) 按 7 . 3 进行测试前校准;

　　c) 设置信号源的输出频率为被测信道的上行中心频率;

　　d) 设置频谱仪的中心频率为被测信道的下行中心频率，扫描带宽、分辨率带宽及视频带宽为规

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　　定值;

　　e) 设置被测信号工作在 ALC模式，挡位为规定值;

　　f) 设置信号源的输出功率，使被测信道工作在专用技术文件的规定的 ALC 输入电平范围的低限，记录功率测量设备 1 和频谱仪的读数;

　　g) 在规定的测试动态范围内，按规定步长调节信号源 1 的输出功率，记录功率测量设备 1 和频谱仪对应的读数;

　　h) 根据测量数据计算被测信道的 ALC输出功率稳定度。

　　10 . 17 . 4 数据处理

　　输出功率按公式(4)计算。

　　找出输出功率的最大值和最小值，ALC输出功率稳定度按公式(22)计算。

　　Ps = Pmax - Pmin …………………………( 22 )

　　式中：

　　Ps —ALC输出功率稳定度，单位为分贝( dB) ;

　　Pmax —输出功率最大值，单位为分贝瓦(dBW) ;

　　Pmin —输出功率最小值，单位为分贝瓦(dBW)。

　　以通量密度为横坐标，输出功率为纵坐标，绘制 ALC稳定度曲线。

　　1 1 测试报告

　　在轨测试结束后，应编写在轨测试报告。 在轨测试报告中应包括的内容如下：

　　a) 覆盖所有测试项 目，每一测试项目给出测试 目 的、测试条件、气象保障条件、测试时间、测试方法及测试结果;

　　b) 对测试结果进行分析，是否符合指标要求，并给出测试数据是否有效的结论。 对于不满足指标要求的，给出后续使用建议。

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　　附 录 A

　　(资料性)

　　卫星链路有关传输参数的计算

　　A.1 地球站与卫星间径向距离的计算

　　地球站与卫星间径向距离按公式(A. 1)计算。

　　1

　　式中： d= R

　　d —地球站与卫星间径向距离，单位为米(m) ;

　　R —地球半径，单位为米(m) ;

　　H —卫星到地球最近距离，单位为米(m) ;

　　λ1 , λ2 —分别是卫星、地球站经度;

　　φ1,φ2 —分别是卫星、地球站纬度。

　　A.2 传输损耗计算

　　上行传输损耗按公式(A. 2)计算。

　　Ltu = Lfu + Lau + Lpu + Leu …………………………( A. 2 )

　　下行传输损耗按公式(A. 3)计算。

　　Ltd = Lfd + Lad + Lpd + Led …………………………( A. 3 )

　　式中：

　　Lau 、Lad —分别为上行和下行大气吸收衰减，单位为分贝( dB) ,按照 YD/T 984 规定的方法计算; Lpu 、Lpd —分别为上行和下行地球站天线极化损耗，单位为分贝( dB) ;

　　Leu 、Led —分别为上行和下行地球站天线指向偏差，单位为分贝( dB) ;

　　Lfu 、Lfd —分别为自由空间上行和下行传输损耗损耗，单位为分贝( dB) 。

　　自 由空间传输损耗计算按公式(A. 4) :

　　Lf =20lg(4πd/λ) …………………………( A.4 )

　　式中：

　　Lf — 自 由空间传输损耗，单位为分贝( dB) ;

　　d —传播距离，单位为米(m) ;

　　λ —信号波长，单位为米(m) 。