CN103308928B - 卫星导航信号模拟器伪距精度测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种卫星导航信号模拟器伪距精度的测量系统，能够满足任意伪距量值范围的测量要求，测量准确度高，满足卫星导航信号模拟器伪距精度指标的校准和检定要求。本发明的测量系统包括卫星导航信号模拟器、周期性校准信号同步发生装置、时域分析仪器、周期计数仪器及周期测量仪器；模拟器射频仿真信号的输出端连接时域分析仪器的第一通道，周期性校准信号同步发生装置的输出端连接时域分析仪器的第二通道以及时域分析仪器的外触发端口，周期性校准信号同步发生装置的输出端还连接周期计数仪器及周期测量仪器的输入端。

Description

卫星导航信号模拟器伪距精度测量系统

技术领域

本发明涉及卫星导航技术领域，特别是涉及一种卫星导航信号模拟器伪距精度测量系统。

背景技术

卫星导航技术是基于全球导航卫星系统（GNSS，Global Navigation Satellite System）向用户提供位置、导航和时间服务的技术，目前已经广泛应用于军事和民用领域。用户基于卫星导航用户设备，例如芯片、模块和终端产品等，获取相关服务。

在卫星导航用户设备的研制和检验检测等过程中，需要能够定制不同卫星星座、误差模型、用户轨迹、信号功率等条件下的导航信号，来验证或检验产品的技术指标是否满足相关要求，因此，卫星导航用户设备的制造商及检测机构广泛采用卫星导航信号模拟器来按需生成导航仿真信号。

伪距是卫星导航用户设备进行位置解算的原始观测量，也是卫星导航信号模拟器产生的关键仿真数据，模拟器仿真伪距的误差大小直接关系到被检接收机检测结果的可信度。目前，卫星导航信号模拟器伪距精度指标的测量方法为：通过对模拟器在特定仿真场景（伪距标称值为零）下输出的射频仿真信号的时域分析，识别出伪距信号起始点并测量其在时间轴上的延迟（模拟卫星信号的传输延迟），并进行延迟时间的测量，再将其乘以光速转换为伪距量值。该方法的局限性表现为：

1.通过时域分析仪器（如示波器）的显示波形判断伪距信号起始点，对于某些信号能够识别出该点，如北斗区域导航模拟信号，以巴克码翻转点作为其特征点，而对于其他类型的导航信号则不易或不能识别，因此该测量方法仅适用于特定类型的模拟器。

2.受时域分析仪器时间间隔测量精度指标和满足该测量精度的最长采样时间指标的双重约束，该测量方法只能测量伪距零值或较小伪距量值的误差，而不能测量任意伪距的误差。例如：模拟器的伪距精度指标为0.05m，转换到传输时间约为167ps（即电磁信号以光速传播该距离所需时间），为满足该指标的校准要求，时域分析仪器的时间间隔测量精度必须能够达到167ps，如果要满足更为严格的检定要求，则需要达到55ps量级。高端示波器已经可以在一定的最长采集时间（一般在最高实时采样率下），如2.5ms内，满足该测量精度要求。但该采集时间不能满足至少20000km（转换为传输延迟时间约67ms）的伪距输出量值范围的测量要求。

发明内容

本发明根据现有技术存在的缺陷，提供一种卫星导航信号模拟器伪距精度的测量系统，能够满足任意伪距量值范围的测量要求，测量准确度高，满足卫星导航信号模拟器伪距精度指标的校准和检定要求。

本发明的技术方案是：

一种卫星导航信号模拟器伪距精度测量系统，其特征在于，包括卫星导航信号模拟器、周期性校准信号同步发生装置、时域分析仪器、周期计数仪器及周期测量仪器，模拟器的射频仿真信号的输出端连接时域分析仪器的第一通道，周期性校准信号同步发生装置的输出端连接时域分析仪器的第二通道以及时域分析仪器的外触发端口，同时周期性校准信号同步发生装置的输出端还连接周期计数仪器的输入端口及周期测量仪器的输入端口；所述卫星导航信号模拟器用于输出伪距标称值为p的射频仿真信号，所述周期性校准信号同步发生装置、时域分析仪器、周期计数仪器及周期测量仪器用于对伪距p对应的延迟时间进行测量，通过周期性校准信号同步发生装置输出与射频仿真信号同步的周期性校准信号，通过周期计数仪器及周期测量仪器对射频仿真信号自伪距起始点在时间上的延迟进行整周期数的计数并测量校准信号的周期，通过时域分析仪器测量射频仿真信号伪距起始点延迟时间中小于校准信号一个周期的时间间隔部分。

所述周期性校准信号同步发生装置包括周期性校准信号发生器以及所述卫星导航信号模拟器具有的能够将射频仿真信号与周期性校准信号发生器输出的周期性校准信号进行同步的同步信号输入端口；模拟器的射频仿真信号的输出端连接时域分析仪器的第一通道，周期性校准信号发生器的输出端连接时域分析仪器的第二通道以及时域分析仪器的外触发端口，同时周期性校准信号发生器的输出端还连接模拟器的同步信号输入端口、周期计数仪器的输入端口及周期测量仪器的输入端口。

所述周期性校准信号同步发生装置为周期性校准信号发生器，所述周期性校准信号发生器具有周期性校准信号输出端口，还具有能够将所述周期性校准信号与所述模拟器输出的射频仿真信号进行同步的同步信号输入端口；模拟器的射频仿真信号的输出端连接时域分析仪器的第一通道和周期性校准信号发生器的同步信号输入端口，周期性校准信号发生器的输出端连接时域分析仪器的第二通道以及时域分析仪器的外触发端口，同时周期性校准信号发生器的输出端还连周期计数仪器的输入端口及周期测量仪器的输入端口。

所述周期性校准信号发生器输出的周期性校准信号的周期不大于时域分析仪器在满足模拟器伪距精度测量要求条件下的最长采样时间。

所述周期性校准信号发生器输出的第N-1个周期信号具有能够触发时域分析仪器的特征，其中N为周期性校准信号的整周期数。

所述周期性校准信号发生器为脉冲信号发生器，所述脉冲信号发生器输出的校准脉冲信号的第N-1个脉冲的高电平被抬高作为时域分析仪器的外触发信号。其中N为校准脉冲的整周期数。

所述周期性校准信号同步发生装置为所述卫星导航信号模拟器，所述模拟器具有能输出与射频仿真信号同步的周期性校准信号的校准信号输出端；所述模拟器射频仿真信号输出端连接时域分析仪器的第一通道，所述模拟器校准信号输出端连接时域分析仪器的第二通道以及时域分析仪器的外触发端口，同时校准信号输出端还连接周期计数仪器及周期测量仪器。

所述模拟器校准信号输出端输出的周期性校准信号的周期不大于时域分析仪器在满足模拟器伪距精度测量要求条件下的最长采样时间。

所述模拟器校准信号输出端输出的周期性校准信号的第N-1个周期信号具有能够触发时域分析仪器的特征，其中N为周期性校准信号的整周期数。

所述模拟器校准信号输出端输出的周期性校准信号为校准脉冲信号，校准脉冲信号的第N-1个脉冲的高电平被抬高作为时域分析仪器的外触发信号。

所述卫星导航信号模拟器输出的射频仿真信号包括在伪距起始点上具有的能够被用于时间间隔测量的时域分析仪器识别的特征标记。

所述时域分析仪器为示波器；所述周期计数仪器及周期测量仪器为频率计数器。

本发明的技术效果：

本发明提供的一种卫星导航信号模拟器伪距精度的测量系统，能够满足任意伪距量值范围的测量要求，测量准确度高，满足卫星导航信号模拟器伪距精度指标的校准和检定要求。

通过本发明所述的测量系统，可以实现模拟器伪距量值的溯源：1.对于能够输出本发明所述测量系统所需要的射频仿真信号和周期性校准信号的模拟器，可以应用所述测量系统进行校准，实现伪距量值到时间频率参数的溯源。2.对于不能输出本发明所述测量系统所需要的射频仿真信号和周期性校准信号的模拟器，可以首先用本发明系统的已校准的模拟器对高精度的性能稳定的卫星导航接收机进行校准，然后再用该接收机校准其他通用模拟器，实现各类卫星导航信号模拟器伪距量值到时间频率参数的溯源。

附图说明

图1是本发明的卫星导航信号模拟器伪距精度测量系统实施例示意图。

图2是本发明的卫星导航信号模拟器伪距精度测量系统第二个实施例示意图。

图3是本发明的卫星导航信号模拟器伪距精度测量系统第三个实施例示意图。

图4为图3实施例的模拟器输出的射频仿真信号和校准脉冲信号的波形示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细说明。

一种卫星导航信号模拟器伪距精度测量系统，包括卫星导航信号模拟器、周期性校准信号同步发生装置、时域分析仪器、周期计数仪器及周期测量仪器，模拟器的射频仿真信号的输出端连接时域分析仪器的第一通道，周期性校准信号同步发生装置的输出端连接时域分析仪器的第二通道以及时域分析仪器的外触发端口，同时周期性校准信号同步发生装置的输出端还连接周期计数仪器的输入端口及周期测量仪器的输入端口；卫星导航信号模拟器用于输出伪距标称值为p的射频仿真信号，周期性校准信号同步发生装置、时域分析仪器、周期计数仪器及周期测量仪器用于对伪距p对应的延迟时间进行测量，通过周期性校准信号同步发生装置输出与射频仿真信号同步的周期性校准信号，通过周期计数仪器及周期测量仪器对射频仿真信号自伪距起始点在时间上的延迟进行整周期数的计数并测量校准信号的周期，通过时域分析仪器测量射频仿真信号伪距起始点延迟时间中小于校准信号一个周期的时间间隔部分。

如图1所示，是本发明的卫星导航信号模拟器伪距精度测量系统实施例示意图。包括卫星导航信号模拟器、周期性校准信号同步发生装置、时域分析仪器、周期计数仪器及周期测量仪器，周期性校准信号同步发生装置包括周期性校准信号发生器以及所述卫星导航信号模拟器具有的能够将射频仿真信号与周期性校准信号发生器输出的周期性校准信号进行同步的同步信号输入端口；本实施例中，周期性校准信号发生器为脉冲信号发生器，时域分析仪器为示波器，周期计数仪器及周期测量仪器为频率计数器。模拟器的射频仿真信号的输出端连接示波器的第一通道，脉冲信号发生器的输出端连接示波器的第二通道以及示波器的外触发端口，同时脉冲信号发生器的输出端还连接模拟器的同步信号输入端口及频率计数器；

如图2所示，是本发明的卫星导航信号模拟器伪距精度测量系统第二个实施例示意图。包括卫星导航信号模拟器、周期性校准信号同步发生装置、时域分析仪器、周期计数仪器及周期测量仪器，周期性校准信号同步发生装置为周期性校准信号发生器，周期性校准信号发生器具有周期性校准信号输出端口，还具有能够将周期性校准信号与模拟器输出的射频仿真信号进行同步的同步信号输入端口；本实施例中，周期性校准信号发生器为脉冲信号发生器，时域分析仪器为示波器，周期计数仪器及周期测量仪器为频率计数器。模拟器的射频仿真信号的输出端连接示波器的第一通道和脉冲信号发生器的同步信号输入端口，脉冲信号发生器的输出端连接示波器的第二通道以及示波器的外触发端口，同时脉冲信号发生器的输出端还连接频率计数器。

如图3所示，为本发明测量系统第三个实施例示意图。本实施例中，周期性校准信号同步发生装置为所述卫星导航信号模拟器，模拟器具有能输出与射频仿真信号同步的周期性校准信号的校准信号输出端口；本实施例中，卫星导航信号模拟器输出伪距标称值为p的射频仿真信号，同时同步输出周期性校准脉冲信号；时域分析仪器为示波器，周期计数仪器及周期测量仪器为频率计数器；射频仿真信号的输出端（图3中简称“射频输出”）连接示波器的第一通道，校准脉冲信号的输出端（图3中简称“校准信号输出”）连接示波器的第二通道以及示波器的外触发端口，同时校准脉冲信号的输出端还连接频率计数器。

在图1、图2、图3所示的实施例中，卫星导航信号模拟器输出的射频仿真信号用于识别出伪距起始点以测量任意伪距量值对应的时间延迟，在伪距信号起始点位置加入任意易于识别出的特征标记，例如尖峰信号，以便于在时域分析仪器上能够准确识别出该点；周期性校准信号用于对任意伪距量值对应的延迟时间进行整周期数的计数；周期性校准信号与射频仿真信号同步输出，其周期不大于时域分析仪器在满足模拟器伪距精度测量要求条件下的最长采样时间（一般在最高采样率下）。例如：模拟器伪距精度指标为0.05m，欲满足其校准要求，时域分析仪器的时间测量精度至少需要达到167ps，假设对于某型号的时域分析仪器，满足该精度要求的最长采样时间为2.5ms，则要求周期性校准信号发生器输出的校准信号的周期T不大于2.5ms。周期性校准信号同时用作时域分析仪器的外触发信号，周期性校准信号的第N-1个周期信号具有能够触发时域分析仪器的特征，其中N为校准信号的整周期数。实施例中，周期性校准信号为周期性校准脉冲信号，将校准脉冲信号的第N-1个脉冲的高电平抬高作为触发示波器的特征信号，其中N为校准脉冲的整周期数。

图4为图3所述实施例的模拟器输出的射频仿真信号和校准脉冲信号的波形示意图。其中射频仿真信号用类正弦波示意，未画出实际的调制波形（实际调制波形不呈现周期性）。输出的射频仿真信号在伪距起始点位置加入尖峰作为特征标记，输出的校准脉冲信号的第N-1个脉冲的高电平被抬高作为示波器的外触发信号。

采用本发明的测量系统测量卫星导航信号模拟器伪距精度的方法是，设置卫星导航信号模拟器输出伪距标称值为p的射频仿真信号，将对伪距p的测量转换为延迟时间的测量，将所述时间测量分解为整周期部分的测量和小数部分的测量，所述整周期部分的测量是指用周期性校准信号对射频仿真信号自伪距起始点在时间上的延迟进行整周期数的计数并测量校准信号的周期，所述小数部分的测量是指测量射频仿真信号伪距起始点延迟时间中小于校准信号一个周期的时间间隔部分，由此得到模拟器输出伪距标称值p的实际测量值p′为：

p′＝c×(NT+d)    （1）

其中：

p′—模拟器输出伪距的实际测量值

c—电磁波在真空中的传播速度

N—校准信号整周期数，N从0开始计数

T—校准信号周期

d—延迟时间的小数部分，即延迟时间中小于一个校准信号周期的时间间隔部分；

模拟器输出伪距的误差为：

Δp＝p-p′    （2）。

采用图3所述系统的测量步骤如下：

1.按图3连接被测模拟器和示波器以及频率计数器，射频仿真信号输出端连接示波器的通道1；校准脉冲信号的输出端接入示波器通道2，同时接入示波器外触发输入端口；校准脉冲信号的输出端接入频率计数器输入端。

2.模拟器运行伪距标称值为p的测试用仿真场景，p可以在模拟器支持的伪距量值输出范围内任意设置，模拟器同步输出校准脉冲信号和射频仿真信号，在输出校准脉冲信号时，模拟器要根据公式（1）计算出整周期数N，并抬高第N-1个脉冲的高电平用于触发示波器。

3.示波器触发后，通道1显示出稳定的射频输出信号小数部分的波形，通道2显示出稳定的校准脉冲信号第N个脉冲的波形，用示波器测量出第N个校准脉冲的上升沿与射频仿真信号伪距起始点间的时间间隔，可以得到公式（1）中的小数部分d的测量值。

4.用频率计数器测量校准脉冲信号的周期和脉冲个数，得到公式（1）中的校准脉冲周期T和校准脉冲数N的测量值。

5.根据公式（1），计算出模拟器输出伪距标称值p的实际测量值p′，根据公式（2）计算模拟器输出伪距的误差Δp。

应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明创造，但不以任何方式限制本发明创造。因此，尽管本说明书和实施例对本发明创造已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明创造进行修改或者等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均涵盖在本发明创造专利的保护范围当中。

Claims (14)

1.一种卫星导航信号模拟器伪距精度测量系统，其特征在于，包括卫星导航信号模拟器、周期性校准信号同步发生装置、时域分析仪器、周期计数仪器及周期测量仪器；模拟器的射频仿真信号的输出端连接时域分析仪器的第一通道，周期性校准信号同步发生装置的输出端连接时域分析仪器的第二通道以及时域分析仪器的外触发端口，同时周期性校准信号同步发生装置的输出端还连接周期计数仪器的输入端口及周期测量仪器的输入端口；所述卫星导航信号模拟器用于输出伪距标称值为p的射频仿真信号，p为模拟器伪距量值输出范围内的任意值，所述周期性校准信号同步发生装置、时域分析仪器、周期计数仪器及周期测量仪器用于对伪距p对应的延迟时间进行测量，通过周期性校准信号同步发生装置输出与射频仿真信号同步的周期性校准信号，通过周期计数仪器及周期测量仪器对射频仿真信号自伪距起始点在时间上的延迟进行整周期数的计数并测量校准信号的周期，通过时域分析仪器测量射频仿真信号伪距起始点延迟时间中小于校准信号一个周期的时间间隔部分。

2.根据权利要求1所述的卫星导航信号模拟器伪距精度测量系统，其特征在于，所述周期性校准信号同步发生装置包括周期性校准信号发生器，所述卫星导航信号模拟器具有能够将射频仿真信号与周期性校准信号发生器输出的周期性校准信号进行同步的同步信号输入端口；模拟器的射频仿真信号的输出端连接时域分析仪器的第一通道，周期性校准信号发生器的输出端连接时域分析仪器的第二通道以及时域分析仪器的外触发端口，同时周期性校准信号发生器的输出端还连接模拟器的同步信号输入端口、周期计数仪器的输入端口及周期测量仪器的输入端口。

3.根据权利要求1所述的卫星导航信号模拟器伪距精度测量系统，其特征在于，所述周期性校准信号同步发生装置为周期性校准信号发生器，所述周期性校准信号发生器具有周期性校准信号输出端口，还具有能够将所述周期性校准信号与所述模拟器输出的射频仿真信号进行同步的同步信号输入端口；模拟器的射频仿真信号的输出端连接时域分析仪器的第一通道和周期性校准信号发生器的同步信号输入端口，周期性校准信号发生器的输出端连接时域分析仪器的第二通道以及时域分析仪器的外触发端口，同时周期性校准信号发生器的输出端还连接周期计数仪器的输入端口及周期测量仪器的输入端口。

4.根据权利要求2或3所述的卫星导航信号模拟器伪距精度测量系统，其特征在于，所述周期性校准信号发生器输出的周期性校准信号的周期不大于时域分析仪器在满足模拟器伪距精度测量要求条件下的最长采样时间。

5.根据权利要求4所述的卫星导航信号模拟器伪距精度测量系统，其特征在于，所述周期性校准信号发生器输出的第N-1个周期信号具有能够触发时域分析仪器的特征，其中N为周期性校准信号的整周期数。

6.根据权利要求5所述的卫星导航信号模拟器伪距精度测量系统，其特征在于，所述周期性校准信号发生器为脉冲信号发生器，所述脉冲信号发生器输出的校准脉冲信号的第N-1个脉冲的高电平被抬高作为时域分析仪器的外触发信号，其中N为校准脉冲的整周期数。

7.根据权利要求1所述的卫星导航信号模拟器伪距精度测量系统，其特征在于，所述卫星导航信号模拟器输出的射频仿真信号包括在伪距起始点上具有的能够被用于时间间隔测量的时域分析仪器识别的特征标记。

8.根据权利要求1所述的卫星导航信号模拟器伪距精度测量系统，其特征在于，所述时域分析仪器为示波器；所述周期计数仪器及周期测量仪器为频率计数器。

9.一种卫星导航信号模拟器伪距精度测量系统，其特征在于，包括卫星导航信号模拟器、时域分析仪器、周期计数仪器及周期测量仪器，所述模拟器具有能输出与射频仿真信号同步的周期性校准信号的校准信号输出端和射频仿真信号输出端；所述模拟器射频仿真信号输出端连接时域分析仪器的第一通道，所述模拟器校准信号输出端连接时域分析仪器的第二通道以及时域分析仪器的外触发端口，同时校准信号输出端还连接周期计数仪器及周期测量仪器；所述模拟器射频仿真信号输出端用于输出伪距标称值为p的射频仿真信号，p为模拟器伪距量值输出范围内的任意值，所述卫星导航信号模拟器、时域分析仪器、周期计数仪器及周期测量仪器用于对伪距p对应的延迟时间进行测量，通过模拟器校准信号输出端输出与射频仿真信号同步的周期性校准信号，通过周期计数仪器及周期测量仪器对射频仿真信号自伪距起始点在时间上的延迟进行整周期数的计数并测量校准信号的周期，通过时域分析仪器测量射频仿真信号伪距起始点延迟时间中小于校准信号一个周期的时间间隔部分。

10.根据权利要求9所述的卫星导航信号模拟器伪距精度测量系统，其特征在于，所述模拟器校准信号输出端输出的周期性校准信号的周期不大于时域分析仪器在满足模拟器伪距精度测量要求条件下的最长采样时间。

11.根据权利要求10所述的卫星导航信号模拟器伪距精度测量系统，其特征在于，所述模拟器校准信号输出端输出的周期性校准信号的第N-1个周期信号具有能够触发时域分析仪器的特征，其中N为周期性校准信号的整周期数。

12.根据权利要求11所述的卫星导航信号模拟器伪距精度测量系统，其特征在于，所述模拟器校准信号输出端输出的周期性校准信号为校准脉冲信号，校准脉冲信号的第N-1个脉冲的高电平被抬高作为时域分析仪器的外触发信号，其中N为校准脉冲的整周期数。

13.根据权利要求9所述的卫星导航信号模拟器伪距精度测量系统，其特征在于，所述卫星导航信号模拟器输出的射频仿真信号包括在伪距起始点上具有的能够被用于时间间隔测量的时域分析仪器识别的特征标记。

14.根据权利要求9所述的卫星导航信号模拟器伪距精度测量系统，其特征在于，所述时域分析仪器为示波器；所述周期计数仪器及周期测量仪器为频率计数器。