基于LabVIEW的宽频段电磁环境数据记录程序设计

简 晨，李建平

（国家无线电监测中心陕西监测站，陕西 西安 712000）

0 引言

电磁环境测试作为重要的技术手段，为无线电监管部门维护电波秩序，为环保监管部门保障公众电磁辐射安全提供了重要的支撑。在设立台站选址、拟建台站的频率指配和对电磁环境综合评价等方面均需要获取电磁环境数据。无线电管理条例第六十二条指出，在建设射电天文台、气象雷达站、卫星测控（导航）站、机场等需要电磁环境特殊保护的项目，项目建设单位应当在确定工程选址前对其选址进行电磁兼容分析和论证。

电磁环境测试硬件可利用频谱分析仪、低噪声放大器和相应测试天线等设备组合开展。通过获取频谱分析仪频谱数据和已知天线因子、线缆损耗等数据便可得到场强数据。

受频谱分析仪N9912A自身限制，频谱数据最大输出限制为10，000个频点的电平值，在宽频带电磁环境测试，例如测试短波电磁环境中的高斯白噪声时，需要设置频谱仪3 -30MHz，R BW100Hz[1]，对应产生远超10，000个频点电平信息，因此在测试时需对频段进行分段获取数据。

程序针对Agilent频谱分析仪N9912A进行开发，解决宽频段下频谱数据限制问题，并按小时对测试的场强数据进行记录。

1 系统整体结构

程序采用LavVIEW编程，利用网线连接计算机与频谱仪，利用VISA资源获取频谱仪信息，编程采用SCPI语句结合编程手册[2]对其进行初始化设置和控制等操作。系统整体采用两个While循环结构，一个W hile循环进行频谱仪控制及数据读取，另一个While循环进行频谱显示及数据存储。程序整体流程图见图1所示。

图1 程序整体流程图

程序界面见图2所示。输入部分包括起始频率、终止频率、频率间隔、每段最大点数、BW设置、数据记录、场强显示和天线因子输入等数据。

图2 程序界面

2 程序主要功能介绍

2.1 宽带数据扫描实现

受N9912 A系统限制，最大数据点数为10，000个。若需记录超10，000点数据时，将输入起始频率和终止频率分为M段，每段数据点数由输入决定，前M-1段数据点数相同，第M段数据点数为余下数据点数。设F1为起始频率（Hz），F2为终止频率（Hz），S为频率间隔（Hz），每段最大点数为n，那么记录的全部点数N=（F2-F1）/S，此时根据N与n的比值分不同情况设置起始频率F1终止频率F2及点数。详细算法流程见图3所示。

图3 宽带数据详细算法流程图

图4 宽带数据扫描子程序面板

在程序实现的过程中，设置扫描点数（S W E：POIN N语句）时频谱仪响应有延时，因此在设置扫描点数前判断是否需要更改点数，若此次扫描点数与上次相同则不执行该语句。

2.2 数据存储功能

电磁环境测试需对数据实时存储，实现过程中在宽带数据拼接子程序中采用生产者/消费者模式。生产者是数据的提供方，负责产生和发布频谱数据，消费者是数据的消费方，将频谱数据显示并存储起来[2]。对获取的频率序列和频谱序列数据进行入队列和出队列操作，实现数据生产与消费。程序面板如图5所示。

图5 生产者/消费者模式生成和显示频谱数据

子程序产生的数据在主程序进行存储，通过获取年月日时信息得到字符串，生成文件名，存储前对文件名监测，若时间未改变，则打开已有文件写入数据；已改变则创建新文件写入数据。数据存储循环中，抽取场强序列的第一个数据进行判断，若与前一次不同，则记录数据，若相同则进入下一次循环，这样避免存储重复数据。存储的数据文件如图6所示。

图6 存储的数据文件

2.3 场强显示功能

电磁环境测试主要记录的数据为场强，频谱仪可产生电平数据，获取场强数据需知道所用天线的天线因子数据。天线因子是天线把天线接收到的电场转化为接收机端电压的能力。电场强度E（dBμV/m）=频谱仪输出P（dBμV）+天线因子A（dB/m）[4]。在前面板输入端包含频率及其对应天线因子输入序列，如图7所示。根据输入的天线频点及对应的天线因子，经过线性内插生成测试频段内的天线因子数据序列，子程序如图8所示。将天线因子序列传入获取的电平数据做运算，可以直接获得对应的场强数据。

图7 天线因子与对应频点

图8 天线因子序列生成生子程序

3 结束语

利用本程序可以对不同需求条件下的电磁环境数据进行自动记录。软件实际运行过程中稳定可靠，记录场强数据真实有效，操作简单，为电磁环境测试工作提供帮助。在实际的电磁环境测试时，还需对硬件场地环境等因素进行控制，同时，根据需求的不同（测量高斯白噪声/脉冲噪声/大信号测量等），应对记录下的数据进行不同的处理。下一步可根据测试需求的不同对软件进行改进，直接输出电磁环境测量结果。