CN106850097A - 一种雷达设备中的噪声测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种雷达设备中的噪声测试系统，用以自动测试设备的噪声系数，包括：频谱分析仪、噪声源、接收模块、无线路由器、网络转换卡和计算机系统；频谱分析仪连接接收模块输出端，噪声源连接至接收模块输入端；多台计算机通过无线网络与频谱分析仪、噪声源和接收模块连接，噪声源为接收模块提供激励信号。本发明另提供一种雷达设备中的噪声测试方法，由主控计算机控制校准和测试，以及结果分析和生成测试报告。利用本发明可快速、准确完成设备噪声系数的自动测试。同时利用本发明可以完成多种通信设备噪声系数的自动测试，通用性强，适用领域广。本发明采用无线局域网通信，降低了设备成本和布线复杂度。

Description

一种雷达设备中的噪声测试系统及方法

技术领域

本发明涉及噪声系数自动测试领域，特别涉及一种测量数据量较大的噪声系数的自动测试系统及方法。

背景技术

噪声系数是放大器、接收机的重要参数，噪声系数的高低直接影响接收系统的灵敏度，所有通信系统中一般都需对其进行测试，便于系统性能分析。对于雷达系统而言，对噪声系数的测试更加严格。对于数量不多的场合一般可以采用手动测量的方法，读取测量结果后手动进行记录，但对于数据量较大的应用中，传统的手动测量方法将严重影响效率以及数据准确度，也不便于后期数据调用。

工作在雷达通信频段的被测接收模块，共需测量几十个频点，每个频点需记录噪声系数、增益、测试时间等信息，测量数据量较大，手动测量、记录一个接收模块上述数据所需时间较长。在雷达通信的其他频段，也需要测量大量的数据。

比如有源相控阵雷达中TR（Transmitter and Receiver）组件少则几百，多则上万，若使用传统的手动测试方法，测试速度慢、效率低、测量精度差、仪器易损坏、测量成本高，因此需建立一个自动测试系统，实现对大批量接收模块噪声系数准确、快速、方便地测试是非常必要的，这对提高设计水平、降低设计人员工作强度、缩短调试和测试周期、提高数据处理速度与精度、降低设计成本等都具有现实意义。

现有技术中要么需要人工测试，要么建设的自动测试系统由于对结果分析统计不够精确而需要测试多次；并且所有计算机通过有线连接至相关仪器设备上，造成实验室内布线比较复杂，测试的时候需要操作人员倍加小心，影响测试效率；如果增加多台计算机，就需要单独购买设备，增加了系统成本。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供了一种雷达设备中的噪声测试系统，通过以下技术方案实现：

一种雷达设备中的噪声测试系统，用以测量工作在所有雷达频段的接收模块的噪声系数，包括：频谱分析仪、噪声源、接收模块、无线路由器、网络转换卡和计算机系统。

噪声源的输出端连接接收模块，用以发送噪声信号。

频谱分析仪通过信号线连接接收模块的输出端，用以测量接收模块的噪声系数。

为了可以灵活安装噪声源与接收模块，使其不受布线的限制，噪声源与接收模块上均安装网络转换卡来提供有线网络和无线网络之间的转换。

噪声源、接收模块通过无线网络连接至无线路由器后受主控计算机的控制进行测试。

频谱分析仪与无线路由器之间通过10G速率的网线连接，计算机系统中的多台计算机均安装有802.11无线网卡，与无线路由器通过802.11无线网络通信。频谱分析仪测得的数据传输至计算机，且计算机通过无线网络控制频谱分析仪的扫描频率、扫频点数、中频带宽、工作模式、频率、噪声系数以及增益等参数。

本发明中计算机系统与无线路由器和网络转换卡通信采用802.11无线网络，采用802.11AC协议。

测试过程中，如果计算机系统中存在多台计算机，其中一台作为主控计算机，通过无线网络控制噪声源发射不同的噪声以及控制接收模块和频谱分析仪执行校准模式或者测试模式；同时控制测试系统中的其他辅助计算机中测试软件的环境设置，确保统一测试；主控计算机负责取得其他计算机的分析结果，由主控计算机分析所有计算机的测试结果是否有较大出入；然后统计分析后生成测试报告。

由于采用无线网络，计算机可以放在实验室外，或者由测试人员的个人计算机通过运行多任务的方式同时承担测试分析任务，不需要购买单独的计算机，同时也不需要测试人员来回进出实验室。

主控计算机通过无线网络控制噪声源发射噪声信号；对频谱分析仪测试参数进行设置；控制接收模块和频谱分析仪执行校准或者测试模式，同时通过频谱分析仪软件将频谱分析仪测量数据进行分析。主控计算机控制其他辅助计算机同时测试，将多台计算机的测试结果统一分析后给出测试结论，整个测试过程完全自动化。利用本发明可快速、准确、便捷完成接收模块噪声系数的自动测试，同时利用本发明可以完成多种通信设备的噪声系数自动测试，通用性强，适用领域广。

同时，本发明针对现有技术存在的上述不足，提供了一种雷达设备中的噪声测试方法，本发明通过以下技术方案实现：

包括初始化模块、校准与测试模块、结果分析模块。其中，初始化模块包括局域网设置模块和频谱分析仪设置模块。

在完成系统初始化设置后，开始执行校准与测试模块中的流程来对噪声源进行校准。只有噪声源经过校准后，后续测试的结果才更精确。

校准通过后，系统自动开始测试。

当测试完成时，主控计算机收集测试数据后分析测试结果，并生成测试报告。

上述流程，都是自动化完成，且可以多台电脑同时测试，并同步分析多台电脑的测试结果，由主控计算机分析测试结果统计后生成测试报告。

附图说明

图1所示的是本发明的整体示意图；

图2所示的是本发明实施方式中的系统框图；

图3所示的是本发明实施方式中的局域网设置模块的流程图；

图4所示的是本发明实施方式中的频谱分析仪设置模块的流程图；

图5所示的是本发明实施方式中的校准与测试模块的流程图；

图6所示的是本发明实施方式中的结果分析模块的流程图。

图中：频谱分析仪（1）、噪声源（2）、接收模块（3）、无线路由器（4）、网络转换卡（5）、计算机系统（6）、主控计算机（7）、辅助计算机（8）。

具体实施方式

以下将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述和讨论，显然，这里所描述的仅仅是本发明的一部分实例，并不是全部的实例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

为了便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例作进一步的解释说明，且各个实施例不构成对本发明实施例的限定。

如图1所示，一种雷达设备中的噪声测试系统，用以自动测试噪声系数，并给出测试结果，包括：频谱分析仪1、噪声源2、接收模块3、无线路由器4、网络转换卡5、计算机系统6；其中计算机系统6至少包括一台主控计算机7，同时也可以包括多台辅助计算机8。在本实施例中，除主控计算机7外，还包括两台辅助计算机8。

噪声源2的输出端通过信号线线缆直接连接接收模块3，用以发送噪声信号。

频谱分析仪1通过信号线连接接收模块3的输出端，用以测量接收模块3接收到的噪声系数。

网络转换卡5一端为以太网网卡，另一端为802.11无线网络网卡。以太网网卡为10G速率的网卡，以太网网卡以及802.11无线网卡均为现有技术中的成熟产品，故不再赘述。

噪声源2的以太网网卡通过10G速率的网线连接网络转换卡5中的以太网网卡。

网络转换卡5中的无线网卡通过802.11无线通信协议与无线路由器4的无线网络连接后与计算机系统6中的主控计算机7进行通信。

计算机系统6中设置多台计算机参与计算、分析频谱分析仪1测得的数据，多台计算机同时分析同一数据可以使得测试结果更加准确。参与分析的计算机越多，得到的结果越可靠。在存在多台计算机的情况下，主控计算机7控制着其他辅助计算机8上的分析软件变量设置和同步分析，确保测试环境保持相同和测试的一致性。

主控计算机7负责接收频谱分析仪1的数据，同时也负责控制噪声源2发射各种噪声信号。主控计算机7通过无线网络与接收模块3通信，控制接收模块3是否处理噪声源2的数据，以便控制当前是校准模式还是测试模式。

两块网络转换卡5上均设置一块以太网网卡，负责与噪声源2或接收模块3通信；同时均设置一块802.11无线网卡连接无线路由器4后，通过无线网络与计算机系统6中的主控计算机7通信。

频谱分析仪1与无线路由器4之间通过网线连接，计算机系统6中的多台计算机均安装有802.11无线网卡，与无线路由器4通过802.11无线网络通信。计算机系统6中的主控计算机7通过无线路由器4控制频谱分析仪1的扫描频率、扫频点数、中频带宽、工作模式、频率、噪声系数以及增益等参数，并控制着其他辅助计算机8上的频谱分析软件执行测试过程。较佳地，频谱分析仪1和无线路由器4之间采用10G速率的网线。

计算机系统6中至少包括一台主控计算机7，可能还包括多台辅助计算机8，这些计算机可以采用测试人员的工作计算机承担任务，所以计算机系统6可能位于测试实验室之外，本系统中计算机系统6与无线路由器4和网络转换卡5通信采用802.11无线网络，不受布线的限制。

为了尽量减少系统外的其他设备对测试系统局域网的影响，比如微波炉，无线键盘鼠标、家用无线网络等，同时也为了尽量减少网络延迟对测试中收发数据包的影响，所以计算机系统6、无线路由器4以及网络转换卡5的802.11无线网卡采用802.11AC协议，工作在5G频段，传输速率在10G左右。

本发明中，计算机系统6中至少有一台主控计算机7，可以有多台辅助计算机8。主控计算机7通过无线网络发送命令给网络转换卡5来控制噪声源2发射不同的噪声信号；通过另外一台网络转换卡5控制接收模块3选择接收数据还是透传数据，以便执行测试模式或者校准模式。

计算机系统6中的所有计算机均安装有802.11无线网卡，通过802.11无线网络连接至无线路由器4后相互通信。主控计算机7控制噪声源2和接收模块3以及频谱分析仪1执行测试的同时，还控制着辅助计算机8的测试环境和测试过程，以及从辅助计算机8取得测试数据。

一种雷达设备中的噪声测试方法，包括以下逻辑模块：

初始化模块202、校准与测试模块205、结果分析模块206。其中，初始化模块205包括局域网设置模块203和频谱分析仪设置模块204。

一种雷达设备中的噪声测试方法，包括以下步骤：

开始测试时先进行系统初始化，包括局域网设置和频谱分析仪设置。

在完成系统初始化设置后，开始对噪声源2进行校准。只有噪声源2经过校准后，后续测试的结果才更精确。

校准通过后，由主控计算机7分别控制着噪声源2、接收模块3、频谱分析仪1和辅助计算机8进行自动化测试。

上述流程，都是自动化完成，且可以多台计算机同时开始测试，并同步分析多台计算机的测试结果。当测试完成后，主控计算机7收集测试数据后分析测试结果，并生成测试报告。

为详细描述本系统，下面将按照逻辑模块进行详细介绍。

系统启动后，首先进入初始化模块202对各种设备做必要的初始化。在该模块中，先执行局域网设置模块203中的流程，然后执行频谱分析仪设置模块204中的流程。

局域网设置模块203执行以下步骤：

步骤301，开始进行局域网设置。本发明中，计算机系统6与测试设备的连接采用无线网络，为了尽量减少周围环境对无线网络的干扰，首先对无线路由器4进行设置。

步骤302，隐藏无线路由器4的SSID。在无线路由器4中采用802.11AC协议作为AP（Access Point，接入点），在无线路由器4设置界面设置隐藏SSID后，该AP对于其他STA（Station，站点）发出的探测、接入请求不予回应，周围STA也不知道该AP的存在，故不会发起主动连接等事件，可以大量减少周围STA对于无线路由器4的干扰。

步骤303，设置AP的频段。采用802.11AC协议的无线路由器4可以采用2.4G频段也可以采用5G频段。由于2.4G频段同时存在微波炉、TD-LTE、蓝牙、无线键鼠等设备，会对其造成干扰。所以设置频段为5G频段。由于5G频段的无线路由器4同时开启2.4G的AP，为了减少周围设备对其影响，关闭2.4G频段。

步骤304，工作在5G的Wi-Fi无线路由器4出厂时大部分设置在中间频段。该发明中，需要尽量减少周围环境对无线传输的影响，所以把AP设置在5G频段最边缘的36信道上，在该边缘信道能避开绝大部分AP和STA。

步骤305，经过上述步骤的设置后，可以大幅减少周围设备对无线环境的影响。为了防止其他设备在5G频段的36信道上试图连接该AP，所以在此步骤中对MAC地址进行过滤。经过过滤MAC地址后，能在连接的第一帧交互中就阻止其他设备对该AP的干扰。在该方法中，两块网络转换卡5、多台计算机均通过无线网卡接入无线路由器4，故无线网卡的数目是一定的，同时也可以知道他们的MAC地址。所以在此步骤中把他们的MAC地址加入白名单，并设置其他MAC地址的设备不允许接入无线路由器4。

步骤306，上述步骤302至305均为在OSI七层模型中的数据链路层保护无线网络。无线路由器中的DHCP Server负责给各无线设备分别IP地址。一般无线路由器的IP地址设置为192.168.1.x或者192.168.0.x。为了防止周围无线网络中类似的IP地址发包对该发明中的无线局域网造成影响，在此步骤中，设置IP地址为其他地址，在该实施例中，为192.168.100.x。故需要在无线路由器设置页面设置DHCP Server地址为192.168.100.1。

步骤307，因为在本实施例中已经知道有多少个设备，故知道需要几个IP地址，所以对无线路由器4的IP地址池大小设置为设备的数目。比如在该实施例中，共有5个无线客户端设备和一个通过有线连接的频谱分析仪1，设置IP地址池个数为6，范围是192.168.100.2至192.168.100.7。当有更多的设备连接无线路由器4时，会被拒绝，从而更好的保护无线网络。

步骤308，本发明中采用的无线局域网不需要使用外网，为了使局域网传输速率更高，取消无线路由器4的DNS设置，使得局域网内部通信时不需要查询DNS，能更快的根据IP地址直接传输数据。

步骤309，完成局域网设置。

步骤302至步骤305为在数据链路层对无线网络进行保护；步骤306至步骤308为在OSI七层模型的网络层保护数据尽量不受外界的干扰。经过在这两层上的保护，能大幅减少周围设备对该发明中的无线局域网的干扰，为快速、稳定传输测试数据提供保障。

无线路由器4、以及其中的Wi-Fi芯片均采用现有技术中的成熟产品。

完成局域网设置后，在频谱分析仪模块204中对频谱分析仪进行初始化，具体步骤如下：

步骤401，开始设置频谱分析仪。

步骤402，设置测量模式。

步骤403，设置扫频范围。

步骤404，设置扫频点数。

步骤405，设置中频带宽。

步骤406，设置频率。

步骤407，设置噪声系数。

步骤408，设置增益。

步骤409，完成频谱分析仪初始化设置。

上述步骤401至409中通过设置界面配置参数来初始化频谱分析仪。

频谱分析仪为现有技术中的成熟产品，直接采用其控制面板即可完成上述设置，故不再赘述。在完成局域网和频谱分析仪的初始化之后，可以进入后续的测试流程。

在校准与测试模块205中，计算机系统6中的主控计算机7控制校准模块3、频谱分析仪1、噪声源2和辅助计算机8进行校准与测试。详细步骤如下：

步骤501，开始校准与测试。

步骤502，判断校准结果。在测试时，有可能已经经过校准了，所以此时需要先判断，如果经过校准了，就不需要再次校准。在该实施例中，校准结果为软件系统中一个标志位，没有经过校准或者校准失败时，该标志位置为FALSE；当校准通过时，该标志位置为TRUE。所以在此步骤中，直接读取该标志位的值。

步骤503，判断上述步骤502中读取的标志位的值。如果校准通过，执行后续步骤506；否则执行步骤504重新校准。

步骤504，当进入校准流程时，设置接收模块3为校准模式。在该实施例中，在校准模式时，接收模块3设置为透传数据即可，即对噪声源2发送的数据不做任何处理，直接透传给频谱分析仪1。

步骤505，校准噪声源1。在上一步骤中设置了接收模块3为透传模式，此时频谱分析仪1对接收到的数据进行分析后校准噪声源2。频谱分析仪1连接噪声源2，以获取激励信号，用以测量自身的噪声系数便于在测量结果中进行数据校准。经过校准后，把校准结果写入标志位。然后进入步骤502判断校准结果，如果校准失败需要多次重试。在该实施例中，重试次数为30次；超过30次校准仍不成功，则直接退出该模块。

步骤506，校准成功后，进入此步骤。在本步骤中设置接收模块3为测试模式。设置之前需要先判断当前模式，如果已经是测试模式则无需再次设置。

步骤507，频谱分析仪1准备测试。

步骤508，主控计算机7控制自身及其他辅助计算机8打开频谱分析仪测试软件。

步骤509，主控计算机7控制噪声源2开始发射特定噪声。

步骤510，主控计算机7控制频谱分析仪1、接收模块3和辅助计算机8开始测试。接收模块3接收数据，频谱分析仪1负责分析，计算机系统6负责记录数据。步骤509和步骤510几乎同时进行，在时序上，先进行步骤509发射噪声。

步骤511，判断测试是否完成。是否测试完成，由主控计算机7与噪声源2通信后判断。当收到主控计算机7完成测试的指令时，执行步骤512，否则返回步骤509继续该测试过程。

步骤512，测试完成后，关闭测试设备，包括频谱分析仪1、噪声源2、接收模块3，但不要关闭计算机系统6中的所有计算机。

步骤513，完成校准与测试。

上述步骤501至513即完成了校准和测试的过程。

后续进入结果分析模块206，详细步骤如下：

步骤601，开始对测试结果进行分析。

步骤602，主控计算机7开始读取辅助计算机8的测试结果。由于该实施例中存在多台辅助计算机8，所以需要逐台读取，采用轮询的方式。如果其他实施例中没有设置辅助计算机8，则该步骤直接会略过。

步骤603，判断是否读取完成。由于测试数据量交大，读取并传输到主控计算机7需要一定时间。当发现没有读取完成所有辅助计算机8的测试结果时，进入步骤604；否则进入步骤605。

步骤604，等待辅助计算机8。具体过程是系统进行延时等待，在该实施例中，延时1秒。在软件上，延时通过定时器实现，当定时器到时后，进入步骤602再次判断。

步骤605，当主控计算机7读取并取得所有辅助计算机8的测试结果后，分析测试结果。

步骤606，主控计算机7判断所有计算机的测试结果是否在误差范围内。

步骤607，如果某一台计算机的测试结果低于最小值或者超过最大值，则判定为测试结果无效，需要重新进行校准和测试，所以进入步骤611；如果测试结果均在误差范围内，执行后续步骤608。

步骤608，根据所有计算机的有效测试结果，分析整体测试结果。

步骤609，根据上一步骤中分析的整体测试结果，生成测试报告。

步骤610，完成结果分析。

步骤611，在步骤607中发现某台计算机的测试结果超出误差范围时，认定本次测试无效，需要重新进入校准与测试模块205。

上述步骤601至步骤611就详细描述了主控计算机7判断、分析测试结果并生成测试报告的过程，对于过程中的异常情况给出处理。

利用本发明，由于减少了人为操作干扰，充分利用计算机实时处理功能和局域网的高速数据传输能力，且本发明中系统构建简单、成本低、测试速度快，所以能提高噪声测试的精度和速度，测量结果准确度优于人工手动测量。在局域网拓扑结构中对计算机系统采用无线传输，所以多台计算机可以放置在实验室外，甚至不用购买计算机而用测试人员的工作计算机承担任务。

本发明经过适应性改进可以应用到多种雷达及卫星设备的噪声系数自动测试当中，特别适合用于数量巨大的接收模块噪声系数的自动测试。

综上所述，本发明具有构建简单的特点，全自动化测试，并具有很强的通用性，可广泛应用于通信设备的噪声系数测试。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种雷达设备中的噪声测试系统，用以测量雷达设备在工作频段接收模块的噪声系数，其特征在于，包括：频谱分析仪（1）、噪声源（2）、接收模块（3）、无线路由器（4）、网络转换卡（5）和计算机系统（6）；其中计算机系统（6）至少包括一台主控计算机（7），还可以包括多台辅助计算机（8）；

噪声源（2）的输出端通过信号线线缆直接连接接收模块（3），用以提供激励信号；

频谱分析仪（1）通过信号线连接接收模块（3）的输出端，用以测量所述接收模块（3）的噪声系数；

网络转换卡（5）一端为以太网网卡，另一端为802.11无线网络网卡；

噪声源（2）的以太网网卡通过网线连接网络转换卡（5）中的以太网网卡；

网络转换卡（5）中的无线网卡通过802.11无线协议与无线路由器（4）的无线网络连接后与计算机系统（6）中的主控计算机（7）进行通信；

频谱分析仪（1）与无线路由器（4）之间通过网线连接；

计算机系统（6）中的多台计算机均安装有无线网卡，与无线路由器（4）通过无线网络通信；

计算机系统（6）中的主控计算机（7）通过无线路由器（4）控制频谱分析仪（1）的扫描频率、扫频点数、中频带宽、工作模式、频率、噪声系数以及增益等参数，并控制着其他辅助计算机（8）上的频谱分析软件执行测试过程。

2.根据权利要求1所述的一种雷达设备中的噪声测试系统，其特征在于：无线路由器（4）采用802.11AC协议通信。

3.根据权利要求1所述的一种雷达设备中的噪声测试系统，其特征在于：网线采用10G速率的网线。

4.根据权利要求1所述的一种雷达设备中的噪声测试系统，其特征在于：计算机系统（6）中包括两台辅助计算机（8）。

5.一种雷达设备中的噪声测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

开始测试时先进行系统初始化，包括初始化局域网设置和频谱分析仪设置；

在完成系统初始化设置后，开始对噪声源进行校准；

校准通过后，由主控计算机分别控制着频谱分析仪（1）、噪声源（2）、接收模块（3）和辅助计算机（8）进行自动化测试；

当测试完成后，主控计算机（7）收集测试数据后分析测试结果，并生成测试报告。

6.根据权利要求5所述的一种雷达设备中的噪声测试方法，其特征在于，还包括以下步骤：

在校准与测试模块中，先判断校准结果；如果没有校准或者校准没有通过，主控计算机（7）设置接收模块（3）为透传模式执行校准流程；校准失败且没有达到最大重试次数时多次尝试重新校准；

校准通过后，频谱分析仪（1）准备测试，主控计算机（7）控制辅助计算机（8）打开频谱分析仪测试软件；

主控计算机（1）控制噪声源（2）发出特定噪声进行测试，接收模块（3）接收噪声，频谱分析仪（1）开始测试，计算机系统（6）记录数据；

测试结束后，主控计算机（7）关闭测试设备，读取辅助计算机（8）上的测试数据后分析并生成测试报告。

7.根据权利要求5所述的一种雷达设备中的噪声测试方法，其特征在于，还包括以下步骤：

开始对测试结果分析时，主控计算机（7）轮询读取辅助计算机（8）的测试结果；开始读取一台辅助计算机（8）测试结果时，系统延时等待一段时间再去判断是否读取完成；

读取完所有计算机的测试数据后，主控计算机（7）先分析所有计算机的测试结果是否在误差范围内；超出误差范围则判断本次测试失败；

所有计算机的数据都在误差范围内时，主控计算机（7）统计分析所有有效的测试数据，生成测试报告。

8.根据权利要求5或7所述的一种雷达设备中的噪声测试方法，其特征在于，系统延时采用软件定时器。

9.根据权利要求5或7或8所述的一种雷达设备中的噪声测试方法，其特征在于，软件定时器的超时时间为1秒。