高通量卫星信号发生及分析软件的设计与实现

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近年来卫星通信技术高速发展,对卫星通信的需求不断增加,高通量卫星应时而生。但发射卫星成本巨大,在轨修复十分困难,所以在卫星发射前需要对卫星状态进行全方位的监测。一方面,为了增强自由度和环境适应性,卫星通信标准支持多种编码调制模式的选择,如最新的DVB-S2X标准,支持组合模式可达数百种。另一方面,卫星通信的高可靠性要求使得其对地面解调监测全面性的要求也更高。针对传统通信卫星测试软件耗时长、使用复杂、兼容性差等缺陷,本文提出两种基于不同框架的高通量卫星监测系统软件,满足用户对兼容性以及自动化的不同需求。主要工作如下:首先,在总结和分析现有相关通信卫星监测软件基础上,针对实验室自研高通量卫星调制解调器FPGA(Field Programmable Gate Array)设备,设计了基于QT框架的多模式自动化分析软件实现方案,克服效率低、测试模式单一的缺点。本文采用树型框结构实现百余种测试模式的直观选择,实现多种指令自动轮询请求FPGA设备回传数据,软件根据回传数据判断是否满足进入下一模式的测试条件,以自动完成给定信噪比区间的性能测试。其次,考虑到通信卫星监测软件的测试全面、兼容性强等需求,设计了基于Web框架的高通量卫星信号发生及分析软件,具有定制化开发多功能、客户端零安装、零维护,系统扩展容易的特点。本文设计使用Spring Boot框架和ECharts开源可视化图表结合,通过对调制、解调以及信道的多种可选参数进行配置,完成对产生调制信号EVM(Error Vector Magnitude)质量、同步状态、误码率、数据传输速率等的监测。本系统能够提供直观、交互丰富、高度个性化定制的数据可视化图表如星座图、误码率曲线图等,同时兼容IE8/9/10/11,Chrome,Firefox,Safari等浏览器,支持完成整个高通量卫星调制解调器研发阶段的全面测试。最后,从功能性和非功能性两方面进行软件测试。其中功能性测试主要包括模式选择、实时监测、自动化任务规划以及参数配置等功能进行测试;非功能性测试主要对软件的易用性、稳定性以及兼容性等方面进行测试。基于白盒、黑盒等多种测试方法的测试结果表明该软件各功能运行正常,满足用户各项需求,具有兼容性、可靠性以及交互丰富等特点。目前已经应用到高通量卫星调制解调器项目中,达到预期结果。
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