李　穎，劉　奇，劉艷玲，孫正文，陳卯蒸，張群濤

(1. 中國科學(xué)院新疆天文臺，新疆 烏魯木齊　830011； 2. 中國科學(xué)院大學(xué)，北京　100049；3. 中國科學(xué)院射電天文重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京　210008)

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電子設(shè)備電磁輻射評估軟件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

李穎1,2，劉奇1,3，劉艷玲1,3，孫正文1,3，陳卯蒸1,3，張群濤1,2

(1. 中國科學(xué)院新疆天文臺，新疆 烏魯木齊830011； 2. 中國科學(xué)院大學(xué)，北京100049；3. 中國科學(xué)院射電天文重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京210008)

摘要：射電天文臺址內(nèi)儀器設(shè)備眾多，電磁環(huán)境復(fù)雜，電磁兼容設(shè)計(jì)、屏蔽設(shè)計(jì)及輻射評估均依賴基于測試的數(shù)據(jù)處理與分析，而程序化是提高測試及數(shù)據(jù)分析效率的唯一手段。淺析了電磁輻射評估系統(tǒng)的硬件組成、評估流程、軟件開發(fā)目標(biāo)及關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)；基于軟件需求分析及評估過程中的數(shù)據(jù)傳遞、數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)存儲，給出了評估軟件的設(shè)計(jì)流程圖、數(shù)據(jù)流圖及二維差值算法流程圖；分析了電磁輻射評估過程中主要數(shù)據(jù)特征，開發(fā)了基于數(shù)據(jù)源、數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)存儲及管理模塊。其次，基于Microsoft Visual Studio 2010開發(fā)平臺，通過大量的程序調(diào)試與界面優(yōu)化，完成了電磁輻射評估軟件開發(fā)，能夠?qū)x器設(shè)備輻射特性進(jìn)行快速測試、分析與評估，為射電天文臺址電磁兼容性改造和射電望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)兼容性設(shè)計(jì)提供重要的參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：電子設(shè)備；輻射特性；測試評估；軟件系統(tǒng)

1引言

1.1背景

射電望遠(yuǎn)鏡具有極高的系統(tǒng)靈敏度，且系統(tǒng)內(nèi)、系統(tǒng)間及臺址內(nèi)電子設(shè)備眾多。隨著高頻電子技術(shù)、寬帶高速采樣及數(shù)字處理技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，數(shù)字接收機(jī)、數(shù)字終端、商用設(shè)備、電氣設(shè)備及臺址光學(xué)觀測設(shè)備的建設(shè)使臺址電磁環(huán)境變得尤為復(fù)雜[1]，如工作環(huán)境電磁場強(qiáng)的幅度不斷增大，信號特點(diǎn)的多樣性，信號密度不斷提高，頻譜不斷擴(kuò)張。利用單天線射電望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行觀測最易受到干擾的影響，原因是積分時間提高了望遠(yuǎn)鏡對天文信號的靈敏度，但也同等程度地提高了其對射頻干擾(Radio Frequency Interference, RFI)信號的靈敏度。射頻干擾信號不僅影響某些觀測或特定觀測類型的質(zhì)量，而且限制射電天文臺的總體效率，加大了處理數(shù)據(jù)的復(fù)雜性[2]?？茖W(xué)合理地評估臺址內(nèi)電子設(shè)備輻射發(fā)射對射電天文觀測的影響，對系統(tǒng)電磁兼容性設(shè)計(jì)、臺址無線電管理、屏蔽設(shè)計(jì)等提供重要依據(jù)。

另外，由于射電天文臺址電子設(shè)備眾多，且電磁輻射測試和評估過程繁瑣，需要耗費(fèi)大量的人力和時間進(jìn)行測試、數(shù)據(jù)處理與分析。程序化是實(shí)現(xiàn)測試與評估自動化處理的有效手段，并可針對大量測試數(shù)據(jù)進(jìn)行有效管理與分析。電子設(shè)備電磁輻射評估軟件的開發(fā)，能夠?qū)μ煳呐_址電子設(shè)備輻射特性進(jìn)行快速測試、分析與評估，大大提高測試及數(shù)據(jù)處理的效率，具有一定的工程意義。

1.2測試系統(tǒng)概述

由于臺址電子設(shè)備眾多，需針對各種電子設(shè)備進(jìn)行輻射發(fā)射測試，開發(fā)了便攜式測試系統(tǒng)。測試系統(tǒng)由定向天線、前置放大器、噪聲源、頻譜儀、通用接口總線卡(General-Purpose Interface Bus, GPIB)和計(jì)算機(jī)組成，如圖1。圖1(a)為系統(tǒng)校準(zhǔn)實(shí)物圖，基于標(biāo)準(zhǔn)噪聲源346C[3]，采用Y因子法對測試系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)，獲得信號分析儀開關(guān)狀態(tài)下的典型頻點(diǎn)對應(yīng)的功率值，通過數(shù)據(jù)處理獲得系統(tǒng)噪聲和系統(tǒng)增益[4]；系統(tǒng)噪聲為測試系統(tǒng)靈敏度指標(biāo)，并可用于驗(yàn)證系統(tǒng)是否正常，提高測試系統(tǒng)的可靠性；通過系統(tǒng)增益對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)，獲得定向天線口面處的輻射功率。圖1(b)為測試系統(tǒng)，通過定向天線接收電子設(shè)備的電磁輻射信號，前置放大器對信號進(jìn)行放大，提高了系統(tǒng)的靈敏度，放大后的信號進(jìn)入信號分析儀，通過評估軟件控制信號分析儀進(jìn)行掃頻及數(shù)據(jù)采集，測試數(shù)據(jù)通過通用接口總線卡存入計(jì)算機(jī)。

圖1測試系統(tǒng)實(shí)物圖. (a)系統(tǒng)校準(zhǔn)；(b)系統(tǒng)測試[4]

Fig.1The actual pictures of the measurement system. (a)The system calibration; (b) The system test[4]

信號分析儀為測試系統(tǒng)的核心設(shè)備，選用羅德與施瓦茨公司的FSW26高性能信號分析儀，技術(shù)指標(biāo)見表1。通過安捷倫82357B接口卡與信號分析儀進(jìn)行通訊，82357B接口卡接口為通用接口總線卡轉(zhuǎn)USB，方便在筆記本電腦上使用。為實(shí)現(xiàn)信號分析儀、通用接口總線卡、計(jì)算機(jī)之間的通信，需在計(jì)算機(jī)上安裝安捷倫16.3 I/O庫套件和羅德與施瓦茨VXI Plug & Play 信號與分析儀驅(qū)動軟件；16.3 I/O庫兼容IEEE 488協(xié)議，實(shí)現(xiàn)信號分析儀與通用接口總線卡進(jìn)行有效通訊，VXI Plug & Play驅(qū)動軟件為羅德與施瓦茨針對信號分析儀開發(fā)的驅(qū)動軟件，此軟件封裝了信號分析儀的通用控制指令類，方便各種功能的程序開發(fā)與調(diào)試。

2電磁輻射評估軟件需求分析

評估軟件結(jié)合測試系統(tǒng)構(gòu)成電磁輻射評估系統(tǒng)，評估軟件為評估系統(tǒng)的重要組成部分。評估軟件開發(fā)實(shí)現(xiàn)通用接口總線卡與信號分析儀進(jìn)行通訊，依據(jù)測試需求對信號分析儀進(jìn)行設(shè)置，控制信號分析儀進(jìn)行掃頻和數(shù)據(jù)存儲；另外，通過軟件將測試天線增益、放大器增益、噪聲源超噪比等數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，對測試數(shù)據(jù)、系統(tǒng)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析，結(jié)合具體的射電望遠(yuǎn)鏡技術(shù)指標(biāo)及觀測需求計(jì)算饋源口面的干擾電平限值，并考慮電波路徑衰減和射電望遠(yuǎn)鏡增益，對具體的電子設(shè)備電磁輻射進(jìn)行評估，分析電磁輻射對射電天文觀測的影響。電磁輻射評估軟件的開發(fā)，可實(shí)現(xiàn)自動化電磁輻射測試、分析及評估，大大提高工作效率。

2.1電磁輻射評估流程

電子設(shè)備電磁輻射評估流程如圖2，從流程圖中可以看出，評估過程中主要數(shù)據(jù)來自信號分析儀的測試數(shù)據(jù)及系統(tǒng)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)；噪聲源超噪比(Excess Noise Ratio, ENR)和天線增益來自器件廠商提供的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，干擾電平限值及路徑衰減需要通過計(jì)算與分析獲得。系統(tǒng)增益通過系統(tǒng)校準(zhǔn)測試數(shù)據(jù)、環(huán)境溫度和噪聲源超噪比計(jì)算獲得。天線口面功率為電子設(shè)備輻射發(fā)射到測試天線口面處功率，通過測試數(shù)據(jù)、系統(tǒng)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)、測試天線增益計(jì)算獲得。依據(jù)射電望遠(yuǎn)鏡技術(shù)指標(biāo)及ITU-R RA.769建議書[5]干擾電平限值計(jì)算方法計(jì)算射電望遠(yuǎn)鏡饋源口面典型頻點(diǎn)的干擾電平限值；基于電子設(shè)備的具體位置，估算電子設(shè)備輻射發(fā)射信號與射電望遠(yuǎn)鏡主波束軸的夾角，計(jì)算此電子設(shè)備進(jìn)入射電望遠(yuǎn)鏡接收系統(tǒng)的典型頻點(diǎn)天線增益[1]；選用合適的電波傳播模型計(jì)算電子設(shè)備的電磁輻射到達(dá)射電望遠(yuǎn)鏡饋源口面處的路徑衰減。通過電磁輻射測試頻譜與射電望遠(yuǎn)鏡干擾限值進(jìn)行比對，并考慮射電望遠(yuǎn)鏡天線增益及電波路徑衰減，分析電子設(shè)備電磁輻射對射電天文觀測的影響。

圖2評估流程框架[6]

Fig.2The framework of the evaluation process[6]

2.2評估軟件開發(fā)目標(biāo)

評估軟件面向?qū)I(yè)的射電天文技術(shù)人員，通過人機(jī)交互界面，實(shí)現(xiàn)硬件控制、數(shù)據(jù)采集處理、數(shù)據(jù)存儲與管理及成圖與顯示。軟件界面簡單、方便、易操作，同時，軟件開發(fā)應(yīng)具有可擴(kuò)展性，以滿足功能擴(kuò)展與軟件優(yōu)化。軟件需實(shí)現(xiàn)的功能模塊：

?電磁輻射測試模塊，能夠針對測試需求對信號分析儀進(jìn)行設(shè)置，包括起始頻率、分辨率帶寬、視頻分辨率帶寬、掃描時間、積分次數(shù)等，實(shí)現(xiàn)測試頻譜的顯示及保存功能。另外，為實(shí)現(xiàn)后續(xù)的數(shù)據(jù)管理，需在界面上輸入具體的測試信息，如測試人員、測試設(shè)備名稱、測試地址等。

?系統(tǒng)校準(zhǔn)模塊，能夠針對測試需求對信號分析儀進(jìn)行設(shè)置，包括起始頻率、測試頻點(diǎn)間隔，需在系統(tǒng)校準(zhǔn)時輸入環(huán)境溫度，用于計(jì)算系統(tǒng)噪聲和系統(tǒng)增益；實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)噪聲和系統(tǒng)增益的計(jì)算和結(jié)果顯示等功能，通過查看系統(tǒng)噪聲和系統(tǒng)增益驗(yàn)證系統(tǒng)性能是否正常。

?干擾電平限值計(jì)算模塊，實(shí)現(xiàn)在界面上輸入具體射電望遠(yuǎn)鏡典型頻點(diǎn)的系統(tǒng)噪聲、帶寬、積分時間等技術(shù)指標(biāo)，計(jì)算射電望遠(yuǎn)鏡饋源口面的干擾電平限值，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的保存和顯示；能夠查看和顯示具體望遠(yuǎn)鏡饋源口面的干擾電平限值和保存圖片等功能。

?電波傳播路徑衰減計(jì)算模塊，輸入電子設(shè)備到達(dá)射電望遠(yuǎn)鏡饋源口面的距離，選用合適電波傳播模型計(jì)算電波路徑衰減；估算電子設(shè)備干擾信號與天線主波束軸的夾角，計(jì)算具體電子設(shè)備電磁輻射進(jìn)入接收系統(tǒng)的射電望遠(yuǎn)鏡旁瓣增益。

?電磁輻射評估模塊，基于電子設(shè)備電磁輻射頻譜、射電望遠(yuǎn)鏡饋源口面干擾電平限值、射電望遠(yuǎn)鏡旁瓣增益、電波傳播路徑衰減等計(jì)算電子設(shè)備屏蔽效能，分析電子設(shè)備電磁輻射對射電天文觀測的影響；電子設(shè)備的屏蔽效能頻譜能夠顯示和保存，方便后續(xù)的數(shù)據(jù)管理。

?數(shù)據(jù)存儲及管理模塊，實(shí)現(xiàn)對各類數(shù)據(jù)的存儲，數(shù)據(jù)源路徑與測試信息相關(guān)聯(lián)，測試信息存入數(shù)據(jù)庫，通過數(shù)據(jù)庫調(diào)用數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效管理、查詢、刪除和顯示等功能。

2.3評估軟件開發(fā)的關(guān)鍵點(diǎn)

綜上分析，由于電磁輻射評估過程產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，且評估過程具有重復(fù)性，如何實(shí)現(xiàn)同一設(shè)備不同時間的評估數(shù)據(jù)有效管理與分析，如何實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效傳遞、處理、存儲、管理及顯示，需要依據(jù)評估過程中數(shù)據(jù)流圖，通過有效分析數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，并考慮以怎樣的方法通過數(shù)據(jù)庫調(diào)用數(shù)據(jù)源里的數(shù)據(jù)，怎樣優(yōu)化數(shù)據(jù)管理模塊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效管理、分析與存儲。這些均為評估軟件開發(fā)過程中考慮的關(guān)鍵因素。另外，需要針對頻譜儀等關(guān)鍵的數(shù)據(jù)采集設(shè)備，通過程序調(diào)試分析數(shù)據(jù)驗(yàn)證數(shù)據(jù)采集過程是否完整、積分時間是否準(zhǔn)確；其次，由于系統(tǒng)校準(zhǔn)、天線增益、噪聲源超噪比、干擾電平限值、路徑衰減等關(guān)鍵數(shù)據(jù)點(diǎn)與測試數(shù)據(jù)點(diǎn)不匹配，需要開發(fā)二維差值程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的有效匹配，滿足后續(xù)的數(shù)據(jù)處理。

?分析軟件開發(fā)過程中的數(shù)據(jù)傳遞、處理、存儲過程，給出軟件開發(fā)流程圖和數(shù)據(jù)流圖。

?數(shù)據(jù)處理過程中存在各類數(shù)據(jù)，為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的運(yùn)算處理，需開發(fā)通用的二維線性插值程序，通過調(diào)用插值類對各類數(shù)據(jù)進(jìn)行插值運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的匹配問題。

?分析軟件開發(fā)過程中的數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)的存儲方式、數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)源之間的調(diào)用關(guān)系；研究數(shù)據(jù)文件的命名方式和存儲方法，以方便數(shù)據(jù)的有效存儲、管理和調(diào)用。

?需要將評估軟件與硬件相結(jié)合，通過實(shí)際應(yīng)用分析軟件中存在的問題，不斷優(yōu)化程序及界面，提高評估軟件的可靠性。

3軟件設(shè)計(jì)

3.1軟件設(shè)計(jì)框圖

其二為串通招投標(biāo)。在藥品、設(shè)備的采購過程中，參與招標(biāo)的藥企或設(shè)備供應(yīng)商在利益的驅(qū)動下，暗行串通抬價之事侵占國有資產(chǎn)，加劇醫(yī)療保險(xiǎn)基金流失。

評估軟件基于Microsoft Visual Studio 2010開發(fā)環(huán)境，采用C#編程語言進(jìn)行開發(fā)。考慮到評估軟件的可擴(kuò)展性，采用模塊化設(shè)計(jì)思想，軟件設(shè)計(jì)框架如圖3。根據(jù)功能需求分析，該軟件設(shè)計(jì)主要包括系統(tǒng)校準(zhǔn)模塊、電磁輻射測試模塊、干擾電平限值計(jì)算模塊、電磁輻射評估模塊和數(shù)據(jù)存儲與管理模塊。通過測試及數(shù)據(jù)處理獲得測試系統(tǒng)增益和系統(tǒng)噪聲、設(shè)備輻射頻譜、射電望遠(yuǎn)鏡饋源口面干擾電平限值、屏蔽效能等相關(guān)數(shù)據(jù)。測試數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)源文件夾，通過數(shù)據(jù)庫調(diào)用數(shù)據(jù)源文件。

圖3軟件設(shè)計(jì)框圖

Fig.3The software design framework

3.2軟件流程圖及數(shù)據(jù)流圖

評估軟件集成系統(tǒng)校準(zhǔn)、電磁干擾測量、射電望遠(yuǎn)鏡饋源口面干擾電平量化、空間電波路徑衰減計(jì)算及電磁輻射評估等關(guān)鍵方法。評估過程中數(shù)據(jù)的傳遞、處理、存儲、管理為評估軟件開發(fā)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，需要依據(jù)評估過程中數(shù)據(jù)流圖，分析數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。軟件流程圖如圖4，圖中PSA為測試過程中頻譜儀顯示的功率數(shù)據(jù)，依據(jù)測試給定的頻率范圍，對定向天線增益、系統(tǒng)增益、電波路徑衰減、干擾電平限值進(jìn)行插值處理，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的匹配問題，滿足數(shù)據(jù)之間的運(yùn)算。圖4中Gainantenna為定向天線增益；Gainsystem為系統(tǒng)增益；PEUT為被測設(shè)備在定向天線處的輻射功率；Lp為電波空間路徑傳播衰減功率；Plim為干擾電平限值；S為屏蔽效能。

圖4軟件流程圖

Fig.4The flowchart of the software

數(shù)據(jù)流圖用來描述系統(tǒng)組成部分和各部分之間的聯(lián)系，是描述系統(tǒng)中數(shù)據(jù)流程的圖形工具，它標(biāo)識了一個系統(tǒng)的邏輯輸入和邏輯輸出，以及把邏輯輸入轉(zhuǎn)換成邏輯輸出所需要的加工處理。數(shù)據(jù)流圖不是傳統(tǒng)的流程圖，是從數(shù)據(jù)的角度描述一個系統(tǒng)，而流程圖則是從數(shù)據(jù)進(jìn)行加工的開發(fā)人員的角度描述系統(tǒng)[6]。評估過程中數(shù)據(jù)的傳遞、處理、存儲、管理為評估軟件開發(fā)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，需要依據(jù)評估過程的數(shù)據(jù)流圖，分析數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，軟件開發(fā)的數(shù)據(jù)流圖如圖5，其中箭頭表示數(shù)據(jù)流，橢圓表示加工，雙杠表示數(shù)據(jù)存儲，矩形框表示數(shù)據(jù)的源點(diǎn)或終點(diǎn)。

從評估軟件流程圖和數(shù)據(jù)流圖可以看出，差值處理在數(shù)據(jù)處理中起重要作用，在數(shù)據(jù)處理過程中，需要多次運(yùn)用插值運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)間的匹配運(yùn)算。而軟件開發(fā)中的主要數(shù)據(jù)為二維數(shù)組，即需要實(shí)現(xiàn)二維插值，包括對頻率點(diǎn)和幅值點(diǎn)進(jìn)行插值；通過大量的程序調(diào)試與數(shù)據(jù)處理分析，實(shí)現(xiàn)滿足要求的差值程序，并將插值程序封裝為類文件，在主程序中通過調(diào)用插值命令完成數(shù)據(jù)預(yù)處理，差值算法流程圖如圖6，插值過程為：

(1)輸入起始頻率點(diǎn)為輻射發(fā)射測試起始頻率點(diǎn)；

(2)將需要差值的二維數(shù)組(超噪比、天線增益等頻率范圍較寬)與起始頻率點(diǎn)進(jìn)行比對，獲得與測試頻率對應(yīng)的頻率點(diǎn)及頻點(diǎn)對應(yīng)的幅值(第1點(diǎn)與最后一點(diǎn)不一定完全對應(yīng))；

(3)找到開始頻點(diǎn)對應(yīng)的位置，計(jì)算開始頻點(diǎn)對應(yīng)的幅值；

(4)在第1個點(diǎn)與第2個點(diǎn)之間進(jìn)行插值，計(jì)算頻點(diǎn)及對應(yīng)幅值；

(5)在第2個點(diǎn)與第n-1個點(diǎn)之間進(jìn)行插值，計(jì)算頻點(diǎn)及對應(yīng)幅值；

(6)找到終止頻率對應(yīng)的位置，計(jì)算終止頻點(diǎn)對應(yīng)的幅值；

(7)結(jié)束，獲得插值后的二維數(shù)組。

3.3數(shù)據(jù)存儲管理模塊設(shè)計(jì)

測試過程中產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，包括原始測試數(shù)據(jù)、過程處理數(shù)據(jù)、測試日志及測試屬性等；如何實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效傳遞、處理、存儲、管理，需要分析數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并考慮軟件操作的便利性，合理組織和管理相關(guān)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)存儲及管理模塊框圖如圖7，通過數(shù)據(jù)庫調(diào)用數(shù)據(jù)源數(shù)據(jù)，對測試及評估數(shù)據(jù)進(jìn)行有效分析、管理與顯示。數(shù)據(jù)存儲主要涉及系統(tǒng)校準(zhǔn)文件夾、測試系統(tǒng)文件夾、干擾電平限值文件夾和被測試設(shè)備文件夾。噪聲源超噪比、天線增益等系統(tǒng)硬件數(shù)據(jù)以文本數(shù)據(jù)格式存入測試系統(tǒng)文件夾，計(jì)算獲得的干擾電平限值存于干擾電平限值文件夾，命名為 “*m射電望遠(yuǎn)鏡干擾電平限值”。系統(tǒng)校準(zhǔn)過程中的原始數(shù)據(jù)、處理后的系統(tǒng)增益及系統(tǒng)噪聲均以文本格式存于系統(tǒng)校準(zhǔn)文件夾中，每次系統(tǒng)校準(zhǔn)文本命名為 “測試時間+系統(tǒng)校準(zhǔn)”，測試時間為計(jì)算機(jī)時間。被測設(shè)備文件夾為重要的數(shù)據(jù)源文件，每次測試在被測試文件夾中建立一個新的文件夾，命名為 “測試時間+測試設(shè)備名稱”，此種命名方法可有效區(qū)分相同設(shè)備不同測試時間的測試數(shù)據(jù)。來自頻譜儀的原始數(shù)據(jù)、測試基本信息、設(shè)備輻射頻譜、屏蔽效能頻譜等均存于此文件夾中。每次測試及評估完成后將測試信息，如測試帶寬、測試設(shè)備名稱、測試時間、測試人員、數(shù)據(jù)源路徑存入數(shù)據(jù)庫，通過數(shù)據(jù)庫調(diào)用數(shù)據(jù)源，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的管理、分析與顯示。

圖6差值程序流程圖

Fig.6The data flow chart of the interpolation program

4軟件界面設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

評估軟件主界面如圖8，主要包含輻射發(fā)射測試、路徑衰減計(jì)算、干擾電平限值計(jì)算、輻射發(fā)射評估按鈕。通過點(diǎn)擊相關(guān)按鈕實(shí)現(xiàn)儀器設(shè)備的電磁輻射評估。

系統(tǒng)校準(zhǔn)及電磁輻射測試集成于同一界面，如圖9，通過通用接口總線卡與信號分析儀進(jìn)行通信，測試前需要對測試系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)測試完成后，可查看系統(tǒng)噪聲和系統(tǒng)增益是否正常，若系統(tǒng)噪聲存在異常，需要查看低噪聲放大器是否存在問題，線纜連接是否正常；若低噪聲性能下降導(dǎo)致系統(tǒng)噪聲變差，需要更新系統(tǒng)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，以提高電磁輻射測試數(shù)據(jù)的可靠性。系統(tǒng)校準(zhǔn)完畢后可進(jìn)行儀器設(shè)備電磁輻射測試，測試完成后點(diǎn)擊 “計(jì)算”按鈕實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)存儲?？赏ㄟ^點(diǎn)擊 “結(jié)果顯示” 按鈕查看數(shù)據(jù)處理后的電磁輻射頻譜，并保存頻譜圖片。

圖8評估軟件主界面

Fig.8The primary interface of the software

干擾電平限值計(jì)算界面如圖10，通過輸入射電望遠(yuǎn)鏡典型頻點(diǎn)的系統(tǒng)噪聲、接收機(jī)帶寬、積分時間等信息可計(jì)算饋源口面的干擾電平限值，計(jì)算完成后可在界面上顯示頻段的干擾電平限值。

圖9測試系統(tǒng)校準(zhǔn)與輻射發(fā)射測試

Fig.9The test system calibration and the radiated emission measurement

圖10干擾電平限值計(jì)算

Fig.10The interference level calculation

數(shù)據(jù)管理界面如圖11，通過顯示控件與數(shù)據(jù)庫進(jìn)行有效通信，儀器設(shè)備測試信息在界面上顯示，選擇具體的被測試設(shè)備，可查看此儀器設(shè)備輻射頻譜、屏蔽效能頻譜等關(guān)鍵數(shù)據(jù)，并可方便地刪除數(shù)據(jù)源及數(shù)據(jù)庫信息，從而實(shí)現(xiàn)對測試及評估數(shù)據(jù)進(jìn)行有效管理。

圖11數(shù)據(jù)管理界面

Fig.11The interface of the data management

5小結(jié)

電磁環(huán)境不斷惡化，為快速有效地評估儀器設(shè)備輻射發(fā)射對射電天文觀測的影響，開發(fā)了射電天文儀器設(shè)備輻射發(fā)射評估軟件。評估軟件實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)校準(zhǔn)、儀器設(shè)備輻射特性測試、射電望遠(yuǎn)鏡干擾電平限值計(jì)算、屏蔽效能評估及數(shù)據(jù)管理等功能，解決了手動測試效率低、數(shù)據(jù)處理繁瑣、數(shù)據(jù)管理混亂等問題。在后續(xù)工作中，評估系統(tǒng)軟硬件還需要進(jìn)一步的開發(fā)與優(yōu)化，如增加電波路徑衰減測量模塊、優(yōu)化干擾電平限值模塊等，以提高評估系統(tǒng)的精度及可靠性，為射電天文臺址輻射評估及屏蔽防護(hù)工作提供重要依據(jù)。

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The Design and Actualization of the Electromagnetic Emission Evaluation Software for the Electronic Equipment at the Radio Astronomy Station

Li Ying1,2, Liu Qi1,3, Liu Yanling1,3, Sun Zhengwen1,3, Chen Maozheng1,3, Zhang Quntao1,2

(1. XinJiang Astronomical Observatory, Chinese Academy of Sciences, Xinjiang 830011, China, Email: liying@xao.ac.cn;2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China; 3. Key Laboratory of Radio Astronomy,Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008 China)

Key words:Electronic equipment; Radiation characteristic; Measurement and evaluation; Software system

Abstract:Because of numerous instruments and equipment existing in the radio telescope system and observatory site, the electromagnetic environment becomes complicated and astronomical observations become difficult. Radio telescopes are extremely sensitive systems, and electromagnetic emission from electronic equipment in their neighborhood must be tightly controlled. The Electro-Magnetic Compatibility (EMC) is concerned with the design and operation of equipment in such a way: they are immune to the Electro-Magnetic Interference (EMI) while at the same time they do not interfere with other equipment in the same environment. The electromagnetic compatibility design, shielding design and emission assessments are all dependent on the data processing and analysis. Therefore the routinization is the only way to improve the test efficiency and the data analysis. Firstly, the measurement system, the evaluation process, goals and the key technic problems of the software design are analyzed in this paper. Based on the data transfer properties, processing and data storage in the software, the flow chart, data flow diagram and the key interpolation algorithm flow chart of the evaluation software are given. The main data characteristics and the date storage methods of the evaluation processing are also analyzed, then the data storage and management module based on the data source and the database is developed. Secondly, based on the Microsoft Visual Studio 2010 development platform, the electromagnetic radiation evaluation software is developed through lots of program debugging and optimization, which is capable for the rapid test, the analysis and the evaluation of the equipment radiation characteristics, which provides an important reference for the electromagnetic compatibility designing for the radio astronomy observatory. Meanwhile, with the software used, the repeated and tedious testing process and the data process also become easy, greatly improving the data reliability and efficiency for the scientific research.

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金 (11103056, 11473061)；國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃 (973計(jì)劃) (2015CB857100) 資助.

收稿日期：2015-03-27；

修訂日期：2015-05-11

作者簡介：李穎，女，碩士. 研究方向：電磁輻射評估. Email: liying@xao.ac.cn

中圖分類號：TN978

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號:1672-7673(2016)01-0133-10