基于LabVIEW的寬頻段電磁環境數據記錄程序設計

簡 晨，李建平

（國家無線電監測中心陜西監測站，陜西 西安 712000）

0 引言

電磁環境測試作為重要的技術手段，為無線電監管部門維護電波秩序，為環保監管部門保障公眾電磁輻射安全提供了重要的支撐。在設立臺站選址、擬建臺站的頻率指配和對電磁環境綜合評價等方面均需要獲取電磁環境數據。無線電管理條例第六十二條指出，在建設射電天文臺、氣象雷達站、衛星測控（導航）站、機場等需要電磁環境特殊保護的項目，項目建設單位應當在確定工程選址前對其選址進行電磁兼容分析和論證。

電磁環境測試硬件可利用頻譜分析儀、低噪聲放大器和相應測試天線等設備組合開展。通過獲取頻譜分析儀頻譜數據和已知天線因子、線纜損耗等數據便可得到場強數據。

受頻譜分析儀N9912A自身限制，頻譜數據最大輸出限制為10，000個頻點的電平值，在寬頻帶電磁環境測試，例如測試短波電磁環境中的高斯白噪聲時，需要設置頻譜儀3 -30MHz，R BW100Hz[1]，對應產生遠超10，000個頻點電平信息，因此在測試時需對頻段進行分段獲取數據。

程序針對Agilent頻譜分析儀N9912A進行開發，解決寬頻段下頻譜數據限制問題，并按小時對測試的場強數據進行記錄。

1 系統整體結構

程序采用LavVIEW編程，利用網線連接計算機與頻譜儀，利用VISA資源獲取頻譜儀信息，編程采用SCPI語句結合編程手冊[2]對其進行初始化設置和控制等操作。系統整體采用兩個While循環結構，一個W hile循環進行頻譜儀控制及數據讀取，另一個While循環進行頻譜顯示及數據存儲。程序整體流程圖見圖1所示。

圖1 程序整體流程圖

程序界面見圖2所示。輸入部分包括起始頻率、終止頻率、頻率間隔、每段最大點數、BW設置、數據記錄、場強顯示和天線因子輸入等數據。

圖2 程序界面

2 程序主要功能介紹

2.1 寬帶數據掃描實現

受N9912 A系統限制，最大數據點數為10，000個。若需記錄超10，000點數據時，將輸入起始頻率和終止頻率分為M段，每段數據點數由輸入決定，前M-1段數據點數相同，第M段數據點數為余下數據點數。設F1為起始頻率（Hz），F2為終止頻率（Hz），S為頻率間隔（Hz），每段最大點數為n，那么記錄的全部點數N=（F2-F1）/S，此時根據N與n的比值分不同情況設置起始頻率F1終止頻率F2及點數。詳細算法流程見圖3所示。

圖3 寬帶數據詳細算法流程圖

圖4 寬帶數據掃描子程序面板

在程序實現的過程中，設置掃描點數（S W E：POIN N語句）時頻譜儀響應有延時，因此在設置掃描點數前判斷是否需要更改點數，若此次掃描點數與上次相同則不執行該語句。

2.2 數據存儲功能

電磁環境測試需對數據實時存儲，實現過程中在寬帶數據拼接子程序中采用生產者/消費者模式。生產者是數據的提供方，負責產生和發布頻譜數據，消費者是數據的消費方，將頻譜數據顯示并存儲起來[2]。對獲取的頻率序列和頻譜序列數據進行入隊列和出隊列操作，實現數據生產與消費。程序面板如圖5所示。

圖5 生產者/消費者模式生成和顯示頻譜數據

子程序產生的數據在主程序進行存儲，通過獲取年月日時信息得到字符串，生成文件名，存儲前對文件名監測，若時間未改變，則打開已有文件寫入數據；已改變則創建新文件寫入數據。數據存儲循環中，抽取場強序列的第一個數據進行判斷，若與前一次不同，則記錄數據，若相同則進入下一次循環，這樣避免存儲重復數據。存儲的數據文件如圖6所示。

圖6 存儲的數據文件

2.3 場強顯示功能

電磁環境測試主要記錄的數據為場強，頻譜儀可產生電平數據，獲取場強數據需知道所用天線的天線因子數據。天線因子是天線把天線接收到的電場轉化為接收機端電壓的能力。電場強度E（dBμV/m）=頻譜儀輸出P（dBμV）+天線因子A（dB/m）[4]。在前面板輸入端包含頻率及其對應天線因子輸入序列，如圖7所示。根據輸入的天線頻點及對應的天線因子，經過線性內插生成測試頻段內的天線因子數據序列，子程序如圖8所示。將天線因子序列傳入獲取的電平數據做運算，可以直接獲得對應的場強數據。

圖7 天線因子與對應頻點

圖8 天線因子序列生成生子程序

3 結束語

利用本程序可以對不同需求條件下的電磁環境數據進行自動記錄。軟件實際運行過程中穩定可靠，記錄場強數據真實有效，操作簡單，為電磁環境測試工作提供幫助。在實際的電磁環境測試時，還需對硬件場地環境等因素進行控制，同時，根據需求的不同（測量高斯白噪聲/脈沖噪聲/大信號測量等），應對記錄下的數據進行不同的處理。下一步可根據測試需求的不同對軟件進行改進，直接輸出電磁環境測量結果。