技术领域
[0001] 本
发明涉及电磁兼容技术中的
电磁干扰测试、评估技术，尤其涉及一种基于射电天文仪器设备
电磁辐射的评估系统及方法。
背景技术
[0002] 我国国军标GJB72-85中规定，电磁兼容性是指
电子、电气设备或系统在预期的电磁环境中按设计要求正常工作的能
力，它反映的是设备或系统承受电磁骚扰时能正常工作，同时又不产生超过规定限值的电磁骚扰的能力。电磁兼容性是设备或系统的重要性能指标，也是保障系统的工作效能和提高系统可靠性的重要因素。
[0003] 大口径单天线射电望远镜具有极高的系统灵敏度，且系统内、系统间及台址内电子设备从多。随着高频电子技术、高速数字处理技术的发展和应用，数字接收机、数字终端、商用设备、电气设备及台址光学观测设备的建设，使得台址电磁环境变得尤为复杂。射电望远镜通过天线、馈源、接收机、传输系统、
数据处理终端等完成数据的接收与数据处理，其中天线、馈源、传输系统为系统的薄弱环节，易受到外界电子设备辐射发射
信号的影响；另外，射电望远镜系统内共存有天线驱动系统、换馈系统、数据处理终端、控制及
监控系统及其他电气设备等，这些设备的电磁辐射发射容易通过天线旁瓣进入接收系统，从而降低系统
信噪比。
[0004] 射频干扰(radio frequency interference，RFI)的强度和
频谱密度会使得观测结果深受射频干扰的影响以致失去使用价值。尤其，利用单天线射电望远镜进行的观测(连续谱或
光谱)最易受到干扰的影响，其原因是：积分时间的增加提高了望远镜对天文信号的灵敏度，但也同等程度地提高了其对射频
干扰信号的灵敏度。
[0005] 由此可见，射电天文观测系统具有极高的灵敏度，而观测系统内或系统间电磁兼容问题会影响这种系统的性能、降低系统信噪比，同时电子设备辐射发射，即射频干扰不仅会影响某些观测或特定观测类型的
质量，而且还会限制射电天文系统的总体效率，加大了观测时间以及处理数据的复杂性。因此，针对射电天文台址仪器设备辐射发射对射电天文观测的影响进行快速评估，从而为射电望远镜系统电磁兼容性设计、屏蔽设计、台址无线电管理提供重要依据，具有重要的工程意义。
[0006] 在
现有技术中，判断天文仪器设备辐射发射是否满足标准，需要进行电磁干扰测试；目前电磁干扰测试最常用的实验方法是使用电波暗室。然而，电波暗室虽然能够隔离外界糟糕的电磁环境，模拟开阔场测试，但是其造价高昂，且测试结果并不能直接用于评估测试设备辐射发射对射电天文观测系统的影响。
[0007] 而且，由于其他领域电磁兼容测试，并没有运用标准噪声源对测试系统进行校准，而通常采用测试及理论估算系统增益，即，测试结果依照相关标准评价设备是否超标，这样就增加了测试的不确定度，因此，上述针对其他领域电磁兼容测试系统的指标及可靠性均较差。
[0008] 国内针对射电天文RFI测试技术发展源于FAST工程(Five-hundred-meter Aperture Spherical radio telescope peoject，500米口径球面射电望远镜工程)项目的推动，早期FSAT项目预研阶段，贵州无线电委员会针对FSAT台址进行了电磁环境测试，通过国际交流，贵州无委技术人员从SKA专家组学习到SKA选址RFI测试及数据处理方法，如文献“射电天文站电磁环境测量方法及分析”测试与分析方法即来自于2003年R.Ambrosini等撰写的SKA(Square kilometer array，平方公里阵列)选址RFI测试协议，该协议针对科学目标及技术需求给出了RFI测试系统设计要求、测试模式及数据处理方法，此测试方法是针对射电天文台址电波环境进行测试与数据处理。但是该测试方法仅仅用于电波环境测试，而针对射电天文台址单一仪器射电辐射发射对射电天文业务的影响评估却并没有给出相关的评估方法。
[0009] 另外，美国联邦通信委员会FCC15-109Class A&Class B标准与国际无线电干扰委员会CISPR11&CISPR22标准给出了消费电子等辐射设备允许的最大辐射功率极限。这些标准运用比较广泛，标准中给出了被测试设备给定距离的辐射发射
电场强度限值，辐射测试通常在
微波暗室中进行测试，这些标准并没有给出射电天文观测系统馈源口面干扰电平限值，因此，无法为评估射电天文仪器设备辐射发射对射电天文观测的影响提供依据。
[0010] 而国际电信联盟(International Telecommunication Union,ITU)针对射电天文仪器设备灵敏度及不同观测模式要求，制定了ITU-R RA.769建议书，该建议书依据射电天文分配的频谱带宽，积分时间为2000s，通过计算给出了射电天文观测系统馈源口面处连续谱观测高于13MHz，谱线观测高于327MHz的有害流量密度极值；但是该建议书仅针对普遍的射电望远镜，而不同口径射电望远镜的科学任务和技术指标不一样，故针对不同射电望远镜技术指标及科学需求计算馈源口面处干扰电平限值更有意义。
[0011] 综上所述，由于科学合理地评估射电天文仪器设备辐射特性对于射电望远镜电磁兼容性改造及系统电磁兼容性设计具有重要的指导意义，因此，目前亟需开发一种基于射电天文仪器设备电磁辐射的评估方法及系统，以保障射电天文观测系统的工作效能和提高系统可靠性。
发明内容
[0012] 为了解决上述现有技术存在的问题，本发明旨在提供一种基于射电天文仪器设备电磁辐射的评估系统及方法，以针对不同射电天文台址的仪器设备辐射发射进行快速测试、分析与评估，从而获得仪器设备辐射发射对射电天文观测系统的影响程度，并针对对于射电天文观测系统产生影响的仪器设备给出屏蔽需求，进而保障射电天文观测系统的工作效能和提高系统可靠性。
[0013] 本发明之一所述的一种基于射电天文仪器设备电磁辐射的评估系统，其包括：
[0014] 一微波
开关，其一端为两个常开触点，其另一端通过一前置
放大器连接至一频谱仪；
[0015] 所述频谱仪与一计算机连接；
[0016] 一连接至所述微波开关的一个所述常开触点的接收天线；
[0017] 一连接至所述微波开关的另一个所述常开触点的标准噪声源；
[0018] 一通过网络连接至所述计算机的信号源；以及
[0019] 一通过射频线缆连接至所述信号源输出端的发射天线；
[0020] 其中，所述计算机包括：
[0021] 系统校准模
块，其用于在所述标准噪声源的两端分别与所述前置放大器以及所述频谱仪连接后，控制所述频谱仪扫频，并采用Y因子法计算获得系统噪声和系统增益；
[0022] 电磁干扰测试模块，其用于在所述接收天线与所述前置放大器连接并设置邻近外围的待评估仪器设备后，控制所述频谱仪扫频以获得所述待评估仪器设备的辐射发射频谱，并对该辐射发射频谱进行数据校准以获得测试天线口面处辐射功率；
[0023] 干扰电平限值计算模块，其用于根据给定的天线噪声
温度、所述系统噪声以及预设的所述频谱仪的
分辨率带宽以及积分时间，计算获得射电望远镜馈源口面干扰电平限值，并根据给定的射电望远镜
俯仰角、所述待评估设备到射电望远镜馈源口面中心与地面投影的
水平距离以及所述待评估设备到射电望远镜馈源口面中心的垂直距离，计算获得射电望远镜旁瓣增益，再根据所述射电望远镜馈源口面干扰电平限值以及所述射电望远镜旁瓣增益，计算获得所述待评估仪器设备到达射电望远镜馈源口面的干扰电平限值；
[0024] 路径衰减测量模块，其用于在所述发射天线设置邻近所述待评估仪器设备，且所述接收天线设置邻近外围的射电望远镜馈源口面后，控制所述信号源输出标准信号以供所述接收天线接收，并控制所述频谱仪扫频，以计算获得所述标准信号到达射电望远镜馈源口面处的
电磁波路径衰减；
[0025] 辐射发射评估模块，其用于根据所述待评估仪器设备到达射电望远镜馈源口面的干扰电平限值以及电磁波路径衰减，计算获得仪器设备辐射发射功率限值，并比较该仪器设备辐射发射功率限值与所述测试天线口面处辐射功率的大小，若所述测试天线口面处辐射功率小于所述仪器设备辐射发射功率限值，则评估为所述待评估仪器设备的辐射发射对射电天文观测没有影响，反之，则评估为所述待评估仪器设备的辐射发射对射电天文观测产生影响，并输出相应的仪器设备屏蔽需求。
[0026] 在上述的基于射电天文仪器设备电磁辐射的评估系统中，所述微波开关通过射频线缆与所述前置放大器的输入端连接。
[0027] 在上述的基于射电天文仪器设备电磁辐射的评估系统中，所述频谱仪通过通用
接口总
线卡与所述计算机连接。
[0028] 在上述的基于射电天文仪器设备电磁辐射的评估系统中，所述计算机还包括一
数据库，其用于存储所述系统噪声、系统增益、辐射发射频谱、测试天线口面处辐射功率、待评估仪器设备到达射电望远镜馈源口面的干扰电平限值、电磁波路径衰减以及所述屏蔽需求。
[0029] 在上述的基于射电天文仪器设备电磁辐射的评估系统中，所述计算机还包括一与所述数据库连接的数据管理模块，其用于显示、查找和/删除所述数据库中的数据。
[0030] 本发明之二所述的一种基于射电天文仪器设备电磁辐射的评估方法，其包括以下步骤：
[0031] 准备步骤，提供如
权利要求1-5中任意一项所述的基于射电天文仪器设备电磁辐射的评估系统；
[0032] 系统校准步骤，切换所述微波开关将所述标准噪声源的两端分别与所述前置放大器以及所述频谱仪连接，通过所述系统校准模块控制所述频谱仪扫频，并采用Y因子法计算获得系统噪声和系统增益；
[0033] 辐射发射测试步骤，切换所述微波开关将所述接收天线与所述前置放大器连接，并将所述接收天线设置邻近外围的待评估仪器设备，通过所述电磁干扰测试模块控制所述频谱仪扫频以获得所述待评估仪器设备的辐射发射频谱，并对该辐射发射频谱进行数据校准以获得测试天线口面处辐射功率；
[0034] 待评估仪器设备到达射电望远镜馈源口面的干扰电平限值计算步骤，所述干扰电平限值计算模块根据给定的天线噪声温度、所述系统噪声以及预设的频谱仪的分辨率带宽以及积分时间，计算获得射电望远镜馈源口面干扰电平限值，并根据给定的射电望远镜俯仰角、所述待评估设备到射电望远镜馈源口面中心与地面投影的水平距离以及所述待评估设备到射电望远镜馈源口面中心的垂直距离，计算获得射电望远镜旁瓣增益，再根据所述射电望远镜馈源口面干扰电平限值以及所述射电望远镜旁瓣增益，计算获得所述待评估仪器设备到达射电望远镜馈源口面的干扰电平限值；
[0035] 电磁波路径衰减测试步骤，将所述发射天线设置邻近所述待评估仪器设备，并将所述接收天线设置邻近射电望远镜馈源口面，通过所述路径衰减测量模块控制所述信号源输出标准信号以供所述接收天线接收，并控制所述频谱仪扫频，以计算获得所述标准信号到达射电望远镜馈源口面处的电磁波路径衰减；
[0036] 仪器设备辐射发射评估步骤，所述辐射发射评估模块根据所述待评估仪器设备到达射电望远镜馈源口面的干扰电平限值以及电磁波路径衰减，计算获得仪器设备辐射发射功率限值，并比较该仪器设备辐射发射功率限值与所述测试天线口面处辐射功率的大小，若所述测试天线口面处辐射功率小于所述仪器设备辐射发射功率限值，则评估为所述待评估仪器设备的辐射发射对射电天文观测没有影响，反之，则评估为所述待评估仪器设备的辐射发射对射电天文观测产生影响，并输出相应的仪器设备屏蔽需求。
[0037] 在上述的基于射电天文仪器设备电磁辐射的评估方法中，所述系统校准步骤包括：
[0038] 根据预设的校准测试带宽以及校准分辨率带宽设置所述频谱仪的校准起始
频率、校准扫频步长，并标记所述频谱仪的测试频率点；
[0039] 通过所述系统校准模块控制所述标准噪声源的开关状态，并控制所述频谱仪分别采集在所述标准噪声源的开、关状态下，标记的测试频率点所对应的功率值Pon和Poff；
[0040] 所述系统校准模块根据以下公式计算获得所述系统噪声TR和系统增益GS，并将该系统噪声TR和系统增益GS存入所述数据库：
[0041] Y＝Pon/Poff (1)，
[0042] NF＝ENR-10log10(Y-1)+10log10(T0/Toff) (2)，
[0043] TR＝T0(NF-1) (3)，
[0044] Ton＝T0ENR+Toff (4)，
[0045] GS＝Pon-10log10(Ton+TR)-10log10(B)-10log10(K)-30 (5)，
[0046] 其中，NF为系统噪声系数，ENR为预存在所述数据库中的所述标准噪声源的超噪比，T0为标准温度，Toff为关闭所述标准噪声源时的温度，Ton为打开所述标准噪声源时的温度，B为所述校准分辨率带宽，K为波尔兹曼常数。
[0047] 在上述的基于射电天文仪器设备电磁辐射的评估方法中，所述辐射发射测试步骤包括：
[0048] 根据预设的测试带宽、积分时间、分辨率带宽设置所述频谱仪的起始频率、扫频步长；
[0049] 通过所述电磁干扰测试模块在关闭周围所有电子设备的测试环境中，控制所述待评估仪器设备的开关状态，并控制所述频谱仪分别采集关闭所述待评估仪器设备时的环境频谱以及打开所述待评估仪器设备时的所述辐射发射频谱PA，并将该辐射发射频谱PA存入所述数据库；
[0050] 通过对比所述环境频谱与所述辐射发射频谱，以获得辐射发射频谱特性；
[0051] 通过所述电磁干扰测试模块根据所述预设的分辨率带宽对预存在所述数据库中的所述接收天线的接收天线增益GA、所述系统增益GS进行线性插值，并基于该接收天线增益GA以及系统增益GS对所述辐射发射频谱PA进行数据校准，从而根据以下公式获得所述测试天线口面处辐射功率P，并将该测试天线口面处辐射功率P存入所述数据库：
[0052] P＝PA-GS-GA (6)。
[0053] 在上述的基于射电天文仪器设备电磁辐射的评估方法中，所述待评估仪器设备到达射电望远镜馈源口面的干扰电平限值计算步骤包括：
[0054] 所述干扰电平限值计算模块根据给定的所述天线噪声温度TA、所述系统噪声TR以及预设的所述频谱仪的分辨率带宽B和积分时间τ，根据以下公式计算获得所述射电望远镜馈源口面干扰电平限值LT1：
[0055]
[0056] 其中，K为玻尔兹曼常数；
[0057] 所述干扰电平限值计算模块根据给定的射电望远镜俯仰角 所述待评估设备到射电望远镜馈源口面中心与地面投影的水平距离Ld以及所述待评估设备到射电望远镜馈源口面中心的垂直距离H，根据以下公式计算获得射电望远镜旁瓣增益G(Φ)：
[0058]
[0059]
[0060] 其中，Φ为待评估仪器设备偏离射电望远镜主波束轴的角度；
[0061] 所述干扰电平限值计算模块根据所述射电望远镜馈源口面干扰电平限值LT1以及所述射电望远镜旁瓣增益G(Φ)，根据以下公式计算获得所述待评估仪器设备到达射电望远镜馈源口面的干扰电平限值LT：
[0062] LT＝LT1-G(Φ) (10)；
[0063] 所述干扰电平限值计算模块根据所述辐射发射测试步骤中的所述分辨率带宽对所述待评估仪器设备到达射电望远镜馈源口面的干扰电平限值LT进行线性插值，并将该待评估仪器设备到达射电望远镜馈源口面的干扰电平限值LT存入所述数据库。
[0064] 在上述的基于射电天文仪器设备电磁辐射的评估方法中，所述电磁波路径衰减测试步骤包括：
[0065] 通过所述路径衰减测量模块设置所述信号源输出的所述标准信号的信号频率和信号幅度；
[0066] 根据预设的测试带宽、扫描时间、分辨率带宽设置并标记所述频谱仪的扫描频点，且该扫描频点与所述标准信号的信号频率匹配；
[0067] 通过所述路径衰减测量模块控制所述信号源输出所述标准信号，以使所述接收天线接收该发射天线发出的信号，并控制所述频谱仪采集标记的扫描频点所对应的功率值PR；
[0068] 所述路径衰减测量模块根据以下公式计算所述电磁波路径衰减SP：
[0069] SP＝PR-GS-GA-PT+CA-GAT (11)，
[0070] 其中，GS为所述系统增益，GA为预存在所述数据库中的所述接收天线的接收天线增益，PT为所述标准信号的信号幅度，CA为预存在所述数据库中的所述信号源与发射天线之间连接的射频线缆的插损，GAT为预存在所述数据库中的所述发射天线的增益；
[0071] 所述路径衰减测量模块根据所述辐射发射测试步骤中的所述分辨率带宽对所述电磁波路径衰减SP进行线性插值，并将该电磁波路径衰减SP存入所述数据库。
[0072] 在上述的基于射电天文仪器设备电磁辐射的评估方法中，所述电磁波路径衰减测试步骤还包括：
[0073] 在设置完成所述标准信号的信号频率和信号幅度以及所述频谱仪的扫描频点之后，通过射频线缆连接所述信号源和所述频谱仪，并比对所述信号源输出的标准信号与所述频谱仪接收的信号的差值，若该差值在±1dB以内，则继续进行所述电磁波路径衰减测试步骤，否则，若不满足，重新设置所述标准信号的信号频率和/或信号幅度和/或所述频谱仪的扫描频点。
[0074] 在上述的基于射电天文仪器设备电磁辐射的评估方法中，所述仪器设备辐射发射评估步骤包括：
[0075] 所述辐射发射评估模块根据以下公式计算获得所述仪器设备辐射发射功率限值L：
[0076] L＝LT-SP-3dB (12)；
[0077] 其中，LT为所述待评估仪器设备到达射电望远镜馈源口面的干扰电平限值，SP为所述电磁波路径衰减，3dB为测量不确定度；
[0078] 所述辐射发射评估模块根据以下公式输出所述仪器设备屏蔽需求SE，并将该仪器设备屏蔽需求SE存入所述数据库：
[0079] SE＝P-L (13)。
[0080] 由于采用了上述的技术解决方案，本发明首先，基于Y因子法运用标准噪声源对测试系统进行校准，计算系统噪声和系统增益；其次，运用电磁干扰测量技术，通过接收天线接收仪器设备辐射发射的电磁波，并对仪器设备辐射发射频谱进行数据处理，以获得测试天线口面处辐射功率；接着，依据射电望远镜技术指标及观测模式(如天线噪声温度、系统噪声、分辨率带宽及积分时间等)计算射电望远镜馈源口面的干扰电平限值；然后，
控制信号源
输出信号，并通过发射天线向射电望远镜馈源方向发射信号，且在射电望远镜馈源口面处安装高灵敏度的接收天线等，以计算标准信号到达馈源口面处的电磁波路径衰减；最后，基于上述干扰电平限值及路径衰减计算仪器设备辐射发射功率限值，并基于该仪器设备辐射发射功率限值及测试天线口面处辐射功率(即，校准后的仪器设备辐射发射频谱)，评估仪器设备辐射发射对射电望远镜观测影响，并给出相应的仪器设备屏蔽需求。综上，本发明结合射电天文观测系统技术指标及观测需求，通过对射电天文仪器设备辐射发射进行测试和评估，分析仪器设备辐射发射对射电望远镜的影响，从而为射电天文观测系统的电磁兼容性设计、屏蔽设计、台址无线电管理提供参考依据，具有重要的工程意义。
附图说明
[0081] 图1是本发明之一的基于射电天文仪器设备电磁辐射的评估系统的结构
框图；
[0082] 图2是本发明之一中计算机的内部结构框图；
[0083] 图3是本发明之一在进行系统校准时的结构框图；
[0084] 图4是本发明之二的基于射电天文仪器设备电磁辐射的评估方法的
流程图；
[0085] 图5是待评估仪器设备偏离射电望远镜主波束轴的角度的示意图。
具体实施方式
[0086] 下面结合附图，给出本发明的较佳
实施例，并予以详细描述。
[0087] 如图1所示，本发明之一，即，一种基于射电天文仪器设备电磁辐射的评估系统，包括：接收天线1、微波开关2、前置放大器3、频谱仪4、标准噪声源5、计算机6、发射天线8以及信号源9。
[0088] 微波开关2为双路切换开关，即，微波开关2的一端为两个常开触点；接收天线1与微波开关2的一个常开触点连接，标准噪声源5与微波开关2的另一个常开触点连接，微波开关2的另一端通过射频线缆与前置放大器3(在本实施例中为
低噪声放大器)的输入端连接，前置放大器3的输出端与频谱仪4的28V直流供电接口连接，频谱仪4通过通用接口总线卡7(General-Purpose Interface Bus，以下称为GPIB卡)与计算机6连接；信号源9通过网线接入局域网10(LAN)11，并通过该局域网10与计算机6通信连接，从而通过该计算机6控制控制该信号源9输出标准信号，以使通过射频线缆连接在该信号源9输出端的发射天线8发射标准信号，供接收天线1接收。
[0089] 在上述评估系统中，当微波开关2的开关
位置切换至使接收天线1与前置放大器3之间形成通路时，该接收天线1、微波开关2、前置放大器3、频谱仪4、GPIB卡7以及计算机6组成用于进行仪器设备辐射发射测试(即，电磁干扰测试)的电磁干扰测试子系统；当微波开关2的开关位置切换至使标准噪声源5与前置放大器3之间形成通路时，实现对上述电磁干扰测试子系统的校准。由此可见，通过对微波开关2的开关位置的切换可实现仪器设备辐射发射测试与电磁干扰测试子系统校准的自动切换。
[0090] 如图2所示，计算机6内部具体包括：系统校准模块61、电磁干扰测试模块62、干扰电平限值计算模块63、路径衰减测量模块64、辐射发射评估模块65、数据库66和数据管理模块67；这些模块61的具体功能将在下文中详细阐述。
[0091] 下面结合图4对上述评估系统的工作原理，即，本发明之二的基于射电天文仪器设备电磁辐射的评估方法，进行详细介绍。
[0092] 本发明的评估方法包括以下步骤：
[0093] 第一步，系统校准，具体包括：
[0094] 首先，通过切换微波开关2将标准噪声源5代替接收天线1接入系统，且该标准噪声源5的另一端接入频谱仪4的28V直流供电接口(如图3所示)；
[0095] 然后，根据预设的校准测试带宽以及校准
采样点间隔宽度(即校准分辨率带宽)设置频谱仪4的校准起始频率、校准扫频步长，例如，可直接在频谱仪4上选择设置：校准分辨率带宽：3MHz；视频分辨率带宽：10MHz；校准测试带宽：1KHz；扫描时间：200毫秒(上述参数设置均可有效提高系统校准
精度)；根据上述设置的参数，标记频谱仪4的测试频率点；
[0096] 接着，计算机6中的系统校准模块61控制标准噪声源5的开关状态，并根据上述设定的参数控制频谱仪4扫频，以分别采集在标准噪声源5的开、关状态下，标记的测试频率点所对应的功率值(频谱)，即，打开标准噪声源5时频谱仪4的读数为Pon(单位为dBm)，关闭标准噪声源5时频谱仪4的读数为Poff(单位为dBm)；并将上述数据存入数据库66中；
[0097] 最后，系统校准模块61采用Y因子法(该Y因子法为本领域中已知的方法，如微波器件噪声系数测量(单个器件)、射天天文观测信号定标等均采用此方法，此方法操作简单，易于计算)，并基于预存在数据库66中的标准噪声源5的超噪比ENR，计算得到系统噪声和系统增益，同时，将该计算得到的数据存入数据库66，具体来说：
[0098] 系统校准模块61先根据以下公式计算系统噪声系数NF(单位为dB)：
[0099] Y＝Pon/Poff (1)，
[0100] NF＝ENR-10log10(Y-1)+10log10(T0/Toff) (2)，
[0101] 其中，T0为标准温度(该温度为固定温度值290k)，Toff为关闭标准噪声源5时的温度(即测试
环境温度，该温度的测量精度要求不高，可采用一般的
温度计进行实际测量，对测试结果影响非常小，环境温度的测量误差对测试误差的影响可以忽略)；
[0102] 然后，根据以下公式计算系统噪声TR：
[0103] TR＝T0(NF-1) (3)，
[0104] 最后，根据以下公式计算系统增益GS：
[0105] Ton＝T0ENR+Toff (4)，
[0106] GS＝Pon-10log10(Ton+TR)-10log10(B)-10log10(K)-30 (5)，
[0107] 其中，Ton为打开标准噪声源5时的温度，B为频谱仪4的校准分辨率带宽(如上所述，该参数通过人为设定)，K为波尔兹曼常数。
[0108] 上述公式(1)-(5)均为本领域中已知的公式，通过上述公式计算得到的系统噪声TR主要是用于验证系统灵敏度指标是否正常，例如，前置放大器3、射频线缆等若出现问题，则可通过上述快速测试和数据处理发现系统灵敏度是否正常，从而提高后续测试数据的可靠性；而上述系统增益GS则用于对频谱仪4在后续辐射发射测试中获取的辐射发射频谱进行校准，以获得测试天线口面的辐射功率(具体工作原理将在下文中详述)。
[0109] 第二步，辐射发射测试(即，电磁干扰测试)，具体包括：
[0110] 首先，通过切换微波开关2将接收天线1接入系统，从而形成如上所述的电磁干扰测试子系统，并将接收天线1设置在距离用于测试的仪器设备(图中未示)1米或3米处(具体距离由仪器设备的大小决定，设定原则为满足接收天线1的波束宽度
覆盖仪器设备的要求)；
[0111] 然后，根据预设的测试带宽、积分时间、分辨率带宽(即采样点间隔宽度)等测试信息(测试信息还包括例如测试设备名称、测试时间、测试人员信息等，这些测试信息均存入数据库66中)设置频谱仪4的起始频率、扫频步长等，例如，可直接在频谱仪4上选择设置：测试带宽：380MHz-3GHz、分辨率带宽：30KHz(可依据测试需求适当变化)；视频分辨率带宽：300KHz；并且设定频谱仪4每次采集点数为10000，由于每个分辨率带宽采集一个点，从而使测试子带宽为10000×30KHz＝300MHz，子带宽测试完成后自动进入下一个子带宽测试，直到完成整个带宽测试；设置频谱仪4的扫描方式为采样与线性平均相结合的方式(采用线性平均的扫描方式可提高测试子系统的灵敏度，降低突发信号和假信号对测试结果的影响，而且由于射电天文观测同样采用线性平均的方法减小系统噪声，这样就可以与射电天文观测终端的数据处理方法相匹配)，其中，子带宽单次扫描时间为0.5秒，线性平均次数为20次，子带宽总扫描时间则为0.5秒×20次＝10秒；
[0112] 接着，计算机6中的电磁干扰测试模块62在关闭周围所有电子设备的测试环境中，控制仪器设备的开关状态，并根据上述设定的参数控制频谱仪4扫频，以分别获得关闭仪器设备时的环境频谱以及打开仪器设备时的仪器设备工作状态辐射发射频谱PA(单位为dBm)(以下称为辐射发射频谱)；并将上述测试数据存入数据库66中；通过将测得的环境频谱与辐射发射频谱进行比对，可以方便地看出辐射发射频谱特性，尤其是对环境噪声的影响，例如，数据处理终端可大幅提高环境噪声，通过比对可直观地看到仪器设备辐射发射对环境噪声的影响；
[0113] 最后，电磁干扰测试模块62根据上述设定的采样点间隔(即进行辐射发射测试时设置的频谱仪4的扫频步长)，对预存在数据库66中的接收天线1的接收天线增益GA(天线增益为购买天线时附带的增益数据，即为天线出厂时经过校准的天线增益数据)、由上述第一步获得的系统增益GS进行线性插值，并基于该接收天线增益GA以及系统增益GS对上述辐射发射频谱PA进行数据校准，从而获得测试天线口面处辐射功率(频谱)P(如以下公式(6)所示)：
[0114] P＝PA-GS-GA (6)；
[0115] 该测试天线口面处辐射功率P被存入数据库66中，并可通过电磁干扰测试模块62显示成图。
[0116] 第三步，计算待评估仪器设备到达射电望远镜馈源口面的干扰电平限值，具体包括：
[0117] 首先，计算机6中的干扰电平限值计算模块63按照国际电联联盟针对射电天文业务建议书ITU-R RA.769.2中系统灵敏度计算方法及射电望远镜技术指标及观测需求，即，根据给定的射电望远镜典型频点的天线噪声温度TA、系统噪声TR、分辨率带宽B、积分时间τ(考虑到低频段主要进行连续谱和脉冲星观测，在本实施中，积分时间τ设置为10秒)(上述分辨率带宽、积分时间等取值均依据实际射电望远镜技术指标及观测需求确定)，并根据以下公式(7)计算射电望远镜馈源口面干扰电平限值LT1：
[0118]
[0119] 其中，K为玻尔兹曼常数；
[0120] 然后，考虑到射电望远镜主波束极窄，地面仪器设备电磁辐射通过天线旁瓣进入接收系统，而上述计算的射电望远镜馈源口面干扰电平限值LT1为射电望远镜旁瓣增益为0dBi的干扰电平限值，因此，在本发明中，干扰电平限值计算模块63需要先根据预存在数据库66中的给定的射电望远镜俯仰角 待评估设备到射电望远镜馈源口面中心与地面投影的水平距离Ld以及待评估设备到射电望远镜馈源口面中心的垂直距离H(如图5所示，图中A点表示待评估仪器设备，B点表示射电望远镜馈源口面中心，C表示射电望远镜抛物面)，并根据以下公式计算获得射电望远镜旁瓣增益G(Φ)，单位为dBi(ITU-RSA.509-3建议书给出了适用于D/λ≥100的大型抛物面天线的通用旁瓣增益模型，其中D为天线直径，λ为工作
波长)：
[0121]
[0122]
[0123] 其中，Φ为待评估仪器设备偏离射电望远镜主波束轴的角度(评估该仪器设备对射电望远镜的影响时仅考虑极坏情况，即射电望远镜主波束轴的投影与待评估仪器设备重合)；接着，干扰电平限值计算模块63根据射电望远镜馈源口面干扰电平限值LT1以及射电望远镜旁瓣增益G(Φ)，根据以下公式计算获得待评估仪器设备到达射电望远镜馈源口面的干扰电平限值LT：
[0124] LT＝LT1-G(Φ) (10)；
[0125] 最后，干扰电平限值计算模块63基于第二步中的采样点间隔宽度，对上述待评估仪器设备到达射电望远镜馈源口面的干扰电平限值LT进行线性插值，以与第二步中的辐射发射频谱的频点对应；最后，该待评估仪器设备到达射电望远镜馈源口面的干扰电平限值LT被存入数据库66中，并可通过干扰电平限值计算模块63显示成图。
[0126] 第四步，电磁波路径衰减测试，具体包括：
[0127] 首先，将发射天线8放置在如第二步中接收天线1所处的位置处(即，距离用于测试的仪器设备1米或3米处)，并将接收天线1安装在射电望远镜馈源口面附近的位置，与发射天线8连接的信号源9通过网线接入局域网10；
[0128] 其次，通过计算机6中的路径衰减测量模块64设置信号源9输出的标准信号带宽、强度(即，信号频率和幅度)，其中，标准信号的频率依据GB12190给出的频率点设定，以防止电波衰减测试干扰其他无线电业务，标准信号的幅度则依据接收天线与测试天线距离进行合适设置，若测试距离较远，信号幅度较大，则需做好安全防护，以防止电磁波危害测试人员；例如，设置该标准信号为单频点信号，信号带宽尽量窄；
[0129] 接着，根据预设的测试带宽、扫描时间、分辨率带宽等测试信息设置频谱仪4的扫描频点(此频点与上述对信号源9设置的频率点相同)等，例如，可直接在频谱仪4上选择设置：分辨率带宽：30KHz；视频分辨率带宽：3MHz；测试带宽：1KHz；扫描时间：200毫秒；根据上述设置的参数，标记频谱仪4的扫描频点；
[0130] 然后，路径衰减测量模块64控制信号源9输出标准信号，以使接收天线1接收该发射天线8发出的信号，并控制频谱仪4扫频，以采集标记的扫描频点所对应的功率值(频谱)PR；并将上述数据存入数据库66中；
[0131] 最后，路径衰减测量模块64根据以下公式计算电磁波路径衰减SP：
[0132] SP＝PR-GS-GA-PT+CA-GAT (11)，
[0133] 其中，GS为第二步中获得的系统增益，GA为接收天线增益，PT为信号源9输出的标准信号的信号幅度，CA为预存在数据库66中的信号源9与发射天线8之间连接的射频线缆的插损，GAT为预存在数据库66中的发射天线增益(其与接收天线增益一样GA，均为线出厂时经过校准的天线增益数据)；路径衰减测量模块64还基于上述第二步中的采样点间隔宽度(即，均以电磁电磁干扰测试步骤中设定的采样点间隔宽度进行差值)，对上述电磁波路径衰减SP进行线性插值，以与频谱仪4测试出的频谱频点对应；最后，该电磁波路径衰减SP被存入数据库66中，并可通过路径衰减测量模块64显示成图。
[0134] 另外，在该第四步中，在设置完成标准信号的信号频率和信号幅度以及频谱仪4的扫描频点之后，可先通过射频线缆连接信号源9和频谱仪4，从而比对典型频点信号源输出信号与频谱仪接收信号的差值，若差值在±1dB以内，再进行路径衰减测试，若不满足，需查看信号源与频谱仪设置，以提高测试精度。
[0135] 第五步，仪器设备辐射发射评估，具体包括：
[0136] 计算机6中的辐射发射评估模块65调用数据库66中的测试天线口面处辐射功率P(由第二步获得)、待评估仪器设备到达射电望远镜馈源口面的干扰电平限值LT(由第三步获得)以及电磁波路径衰减SP(由第四步获得)，计算仪器设备的屏蔽需求(屏蔽效能)，即，评估仪器设备辐射发射是否对射电天文观测系统产生影响，具体来说：
[0137] 首先，考虑到测试不确定度，辐射发射评估模块65按照以下公式计算仪器设备处的仪器设备辐射发射功率限值L：
[0138] L＝LT-SP-3dB (12)；
[0139] 其中，3dB为测量不确定度；
[0140] 然后，辐射发射评估模块65比较测试天线口面处辐射功率P是否超过仪器设备辐射发射功率限值L，并按照以下公式给出仪器设备屏蔽需求(即屏蔽效能SE)：
[0141] SE＝P-L (13)；
[0142] 若P-L<0，即，测试天线口面处辐射功率P没有超过仪器设备辐射发射功率限值L，屏蔽效能SE为负，则说明仪器设备辐射发射对射电天文观测没有影响；若P-L≥0，即，测试天线口面处辐射功率P超过仪器设备辐射发射功率限值L，屏蔽效能SE为正，则说明仪器设备辐射发射对射电天文观测产生干扰，需要采取屏蔽防护措施抑制仪器设备辐射发射，例如通过屏蔽和滤波对仪器设备进行屏蔽防护；上述屏蔽效能数据存入数据库66中。
[0143] 另外，在本发明中，每次的测试信息(如测试带宽、测试设备名称、测试时间、测试人员、射电望远镜俯仰角等)均存入数据库66，并通过数据管理模块67显示这些数据，从而便于工作人员通过在数据管理模块67上选择测试信息，并依据该测试信息获得数据库66中仪器设备辐射发射评估数据源路径以找到相应的数据源文件，进而便于在数据管理模块67中对以前的测试数据进行快速成图显示或删除。在本发明中，上述数据源文件包括：
系统性能文件夹，用于存入系统噪声和系统增益；被测试设备文件夹，用于存入测试设备名称、测试时间以及电磁干扰测试数据(即仪器设备的辐射发射频谱)、测试天线口面处辐射功率数据、屏蔽效能数据等；干扰电平限值文件夹，用于存入待评估仪器设备到达不同望远镜馈源口面的干扰电平限值数据文件；路径衰减文件夹，用于存入电波路径衰减数据；微波器件文件夹，用于存入天线增益、噪声源ENR、射频线缆插损数据等微波器件自身性能参数(已经过厂家校准)。
[0144] 在本实施例中，接收天线1采用型号为Aaronia HyperLog3080的产品实现；前置放大器3采用型号为Aaronia UBBV2的产品实现；频谱仪4采用型号为R&S FSW26的产品实现；标准噪声源5采用型号为Agilent 346C的产品实现；通用接口总线卡7采用型号为Agilent 82357B的产品实现；发射天线8采用型号为Aaronia HyperLog3080的产品实现；信号源9采用型号为R&SSMA100A的产品实现。
[0145] 综上所述，本发明具有以下优点：
[0146] 1、本发明通过在对仪器设备辐射发射进行测试之前，先对本系统中电磁干扰测试子系统的相关测试器件进行校准，以获得该测试子系统的系统增益，从而可以减少设备辐射发射测试的不确定度，即，可除去射频线缆、前置放大器、微波开关等微波器件的不确定度(如频谱仪的测试不确定度为0.4dB，标准噪声源的不确定度0.4dB，总的测试不确定度为0.8dB)，进而提高测试精度。另外，本发明通过标准噪声源对上述测试子系统校准以获得该测试子系统的噪声温度，并将该系统校准后或的的噪声温度与本系统设计完成后已确定的标准噪音温度比较，以分析噪声温度的
稳定性，若测试子系统内器件(如前置放大器)出现问题，那么系统灵敏度(系统噪声)将大幅下降，此时的测试子系统若再进行测试，将会导致测试数据不可靠，因此，通过上述分析即可确定测试子系统是否正常，若分析结果表明系统性能不正常，则工作人员可查看微波器件、射频线缆、接头等是否存有问题，且当无法解决问题时需要更换微波器件，以使测试子系统具有较好的灵敏度，从而提高测试子系统及测试结果的可靠性。
[0147] 2、本发明能够针对不同的射电望远镜技术指标及科学需求(如天线噪声温度、分辨率带宽及积分时间等)计算其馈源口面干扰电平限值，其作为评估射电天文仪器设备辐射发射对射电天文观测影响的依据，能有效防止干扰电平限值不合理导致射电望远镜系统欠设计或过设计，为系统电磁兼容性设计、屏蔽防护、台址无线电管理提供依据，具有更大的意义。
[0148] 3、由于电磁波空间传播具有太多不确定因素，因此，本发明运用测试的方法以获得更加准确的仪器设备辐射发射到达射电望远镜馈源口面处的电波路径衰减。
[0149] 4、本发明能够针对射电天文台址内仪器设备辐射发射进行快速评估，并给出屏蔽需求，从而为系统电磁兼容性设计、屏蔽防护、台址无线电管理提供依据。
[0150] 以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明
申请的权利要求书及
说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明
专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。
