CN103529457A - 一种用于卫星导航信号模拟器自身时延校准的系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于卫星导航信号模拟器自身时延校准的系统及方法，包括卫星导航信号模拟器和高速采集设备，该系统还包括隔离分配放大器和计算装置；所述隔离分配放大器将外部时钟信号分为第一路时钟信号和第二路时钟信号；所述卫星导航信号模拟器将来自隔离分配放大器的第一路时钟信号作为工作时钟，输出秒脉冲信号和射频模拟信号；所述高速采集设备将第二路时钟信号作为采样时钟采集所述秒脉冲信号和所述射频模拟信号；所述计算装置用于计算所述射频模拟信号的初始码相位与所述秒脉冲上升沿之间的时延差，得到所述卫星导航信号模拟器的时延。本发明能够弥补示波器测量方法的不足，并且能够使校准分辨力达到1ns以内。

Description

一种用于卫星导航信号模拟器自身时延校准的系统及方法
技术领域
本发明涉及一种时延校准系统及方法，特别是一种用于卫星导航信号模拟器自身时延校准的系统及方法。
背景技术
随着全球卫星导航定位技术的发展，其理论和技术日臻完善，已广泛地应用于大地测量、时间传递及其他导航定位服务领域。卫星导航信号模拟器是一种高精度的标准信号源，可以模拟产生导航接收机接收到的各颗卫星信号，为导航接收机的研制、测试提供仿真环境，是导航接收机设计的必备辅助工具。导航信号模拟器也可以产生特定条件下的导航信号，用于测试及验证导航接收机的各种性能及指标。
卫星导航信号模拟器被广泛用在接收机测试以及校准中，因此模拟器自身参数的校准非常重要。在模拟器的各种参数中，其自身时延是影响其应用的最重要的指标之一。对模拟器自身时延的校准，目前已有的一种方法是将卫星导航信号模拟器输出的一路卫星导航模拟信号和一路秒脉冲信号送入示波器的两个通道进行观测，测量得到卫星导航信号伪码初始码相位与秒脉冲上升沿之间的时延差值，再扣除线缆及接头的时延影响，即为模拟器自身的时延。但由于在示波器界面上用人眼去观测判断导航信号的码相位反转点具有较强的主观意识，会引入一定的误差，并且不能保证校准操作的规范性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用于卫星导航信号模拟器自身时延校准的系统及方法，用以弥补示波器测量方法的不足。
为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：
一种用于卫星导航信号模拟器自身时延校准的系统及方法，包括卫星导航信号模拟器和高速采集设备，该系统还包括隔离分配放大器和计算装置；
所述隔离分配放大器将外部时钟信号分为第一路时钟信号和第二路时钟信号；
所述卫星导航信号模拟器将来自隔离分配放大器的第一路时钟信号作为工作时钟，输出秒脉冲信号和射频模拟信号；
所述高速采集设备将第二路时钟信号作为采样时钟采集所述秒脉冲信号和所述射频模拟信号；
所述计算装置根据所采集的秒脉冲信号和射频模拟信号，计算所述射频模拟信号的初始码相位与所述秒脉冲上升沿之间的时延差，得到所述卫星导航信号模拟器的时延。
优选的，所述计算装置包括用于确定秒脉冲信号上升沿所对应的采样点的采样点确定单元和用于确定射频模拟信号的初始码相位信息的初始码相位确定单元。
优选的，所述计算装置进一步包括跟踪环路计算单元，用于计算射频信号每个码周期中初始码相位的位置，确定与秒脉冲信号上升沿距离最近的初始码相位点，并基于该点确定与秒脉冲信号上升沿对应的采样点之间的时延差。
优选的，所述高速采集设备分别通过第一线缆和第二线缆采集所述秒脉冲信号和所述射频模拟信号，所述计算装置进一步根据所述第一线缆的时延和第二线缆的时延确定卫星导航信号模拟器的时延。
优选的，所述高速采集设备的采集频率不低于1GHz。
优选的，该校准系统进一步包括用于提供外部时钟信号的原子钟。
一种用于卫星导航信号模拟器自身时延校准的方法，该方法包括
将同一外部时钟信号分别提供给卫星导航信号模拟器和高速采集设备；
卫星导航信号模拟器将所述外部时钟信号作为工作时钟输出秒脉冲信号和射频模拟信号；
高速采集设备将所述外部时钟信号作为采样时钟同时采集卫星导航信号模拟器输出的秒脉冲信号和射频模拟信号；
基于采集到的秒脉冲信号和射频模拟信号数据，计算秒脉冲信号上升沿对应的采样点和卫星导航射频信号的载波频率及初始码相位信息；
根据所确定的卫星导航模拟信号初始码相位信息和确定的秒脉冲信号上升沿对应的采样点确定卫星导航信号模拟器的时延差值。
优选的，该方法进一步包括根据载波跟踪环路算法和码跟踪环路算法计算射频信号每个码周期中初始码相位的位置，确定与秒脉冲信号上升沿距离最近的初始码相位点，并基于该点确定与秒脉冲信号上升沿对应的采样点之间的时延差。
优选的，该方法进一步的将接收机与卫星均设置为静止状态，并将伪距设置为零。
优选的，所述高速采集设备分别通过第一线缆和第二线缆采集所述秒脉冲信号和所述射频模拟信号，该方法进一步根据所述第一线缆和第二线缆的时延值，计算卫星导航信号模拟器的时延值。
本发明优点在于利用信号后处理的方式，将模拟器输出的卫星导航模拟信号和基准秒脉冲信号通过双通道高速采集设备进行采集，采集的卫星导航模拟信号，通过捕获及跟踪算法，解算出卫星导航信号伪码的初始码相位对应的采样点，与秒脉冲上升沿对应的采样点比较，两者之间对应的时间差值，再去除线缆及接头等引入的时延，从而获得模拟器自身的时延值，以便对卫星导航信号模拟器自身时延进行校准。
附图说明
图1示为用于卫星导航信号模拟器自身时延校准装置示意图。
图2示为用于卫星导航信号模拟器自身时延校准方法框图。
1、原子钟，2、隔离分配放大器，3、高速采集设备，4、卫星导航信号模拟器，5、第一线缆，6、第二线缆，7、计算装置。
具体实施方式
下面根据附图对本发明做进一步描述。
本发明所述一种用于卫星导航信号模拟器自身时延校准的系统及方法，包括原子钟1、卫星导航信号模拟器4和高速采集设备3，该系统还包括隔离分配放大器2和计算装置7；所述原子钟1为该系统提供外部时钟信号，所述隔离分配放大器2将外部时钟信号分为第一路时钟信号和第二路时钟信号；所述卫星导航信号模拟器4将来自隔离分配放大器2的第一路时钟信号作为工作时钟，输出秒脉冲信号和射频模拟信号；所述高速采集设备3将第二路时钟信号作为采样时钟，并分别通过第一线缆5和第二线缆6采集所述秒脉冲信号和所述卫星导航模拟信号；所述计算装置7包括用于确定秒脉冲信号上升沿所对应的采样点的采样点确定单元和用于确定射频模拟信号的初始码相位信息的初始相位信息确定单元，所述计算装置7进一步包括跟踪环路，用于进一步确定射频信号每个码周期中初始码相位的位置，并确定与秒脉冲信号上升沿距离最近的初始码相位点；所述计算装置7根据所采集的秒脉冲信号和射频信号，计算所述模拟信号初始码相位与所述秒脉冲上升沿之间的时延差，确定所述卫星导航信号模拟器的时延。
本地原子钟1通过隔离分配放大器2分出两路10MHz频率信号，分别输入到卫星导航信号模拟器4和高速采集设备3作为外部参考时钟，目的是使整个校准系统工作在统一的高稳定频率标准之下，消除由于各测量设备内时基的准确度和稳定度差异带来的测量误差。卫星导航信号模拟器4输出一路秒脉冲信号及一路卫星导航射频模拟信号，秒脉冲信号通过第一线缆5送入高速采集设备3的一路采集通道，卫星导航射频信号通过第二线缆6送入数据采集设备3的另一路采集通道，两路信号同时采集；采集的两路信号数据送给计算装置7进行解算处理，得到秒脉冲上升沿及初始码相位之间的时延差值。数据处理时也要对第一线缆5和第二线缆6的延迟误差加以修正，第一线缆5和第二线缆6的延迟值可以提前借助矢量网络分析仪测定。最后，两路信号的时延差，再扣除线缆延迟的影响，即得到了卫星导航信号模拟器4自身的时延值。
基于上述装置本发明提供一种用于卫星导航信号模拟器自身时延校准的方法，该方法包括
将同一外部时钟信号分别提供给卫星导航信号模拟器和高速采集设备；
卫星导航信号模拟器将所述外部时钟信号作为工作时钟输出秒脉冲信号和射频模拟信号；
高速采集设备将所述外部时钟信号作为采样时钟同时采集卫星导航信号模拟器输出的秒脉冲信号和射频模拟信号；
基于采集到的秒脉冲信号和射频模拟信号数据，计算秒脉冲信号上升沿对应的采样点和卫星导航射频信号的载波频率及初始码相位信息；
根据所确定的卫星导航模拟信号初始码相位信息和确定的秒脉冲信号上升沿对应的采样点确定卫星导航信号模拟器的时延差值。
结合上述装置及方法对本发明实施方式作进一步描述。
第一步，为所有设备接入统一的外部频率标准。
将外部原子钟1输出的10MHz信号，通过隔离分配放大器2分为两路：一路输入到卫星导航信号模拟器4，替换模拟器内部时钟作为工作时钟；一路输入给高速采集设备3，作为采样时钟，使整个系统工作在统一的高稳定频率标准之下，这样可以消除由于各测量设备内时基的准确度和稳定度差异带来的测量误差，保证校准结果的高精度和高准确性。
第二步，卫星导航信号模拟器的仿真场景设置。
为了保证校准过程的准确、稳定，将卫星导航信号模拟器4的仿真场景设置为不包含卫星轨道和卫星钟误差及电离层、对流层、多径等误差项；同时，为了避免由于接收机与卫星的相对运动带来多普勒误差影响，将接收机与卫星均设置为静止状态，并将伪距设置为零。
第三步，秒脉冲信号及卫星导航模拟信号的采集和存储。
采用高采样率的采集设备，对卫星导航信号模拟器4输出的秒脉冲信号和射频信号同时进行采集。在本方法中，采样率的大小直接影响到最终校准结果的准确度，因此，数据采集过程所使用的采样率最好不低于1GHz。
第四步，对采集的秒脉冲信号及卫星导航模拟信号进行处理及解算。
首先，对采集的秒脉冲信号，找出上升沿对应的精确采样点；然后，对采集的卫星导航模拟信号，根据软件接收机的捕获算法，初步解算出一个卫星信号的载波频率及初始码相位信息，之后，通过载波跟踪环路及码跟踪环路解算，得到更精确的载波频率及初始码相位信息，进一步解算出卫星信号的每个码周期中初始码相位的位置，并找到与秒脉冲信号上升沿距离最近的那个初始码相位点，该点与秒脉冲信号上升沿对应的采样点之间的时间差值，即为采集得到的卫星导航模拟信号初始码相位与秒脉冲上升沿之间的时延差值。
第五步，测定各个额外部件的时延值及最终模拟器时延计算。
由于卫星导航信号模拟器4输出的秒脉冲信号与射频模拟信号均是通过线缆接入到采集设备的，对两段线缆及接头的时延测定也就极为重要。各个线缆的延迟值可以采用矢量网络分析仪测定，并且该值可以提前测定，在最终的数据处理时直接扣除。卫星导航模拟信号的初始码相位与秒脉冲上升沿之间的时延差值，去除了线缆及接头的时延，从而得到最终的模拟器自身时延值。
综上所述装置及方法，利用信号后处理的方式，将模拟器输出的卫星导航模拟信号和基准秒脉冲信号通过双通道高速采集设备3进行采集，采集的卫星导航模拟信号，通过捕获及跟踪算法，解算出卫星导航信号伪码的初始码相位对应的采样点，与秒脉冲上升沿对应的采样点比较，两者之间对应的时间差值，再去除线缆及接头等引入的时延，从而获得卫星导航信号模拟器4自身的时延值，以便对卫星导航信号模拟器3自身时延进行校准。
可以理解为，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于卫星导航信号模拟器自身时延校准的系统，包括卫星导航信号模拟器和高速采集设备，其特征在于：该系统还包括隔离分配放大器和计算装置；
所述隔离分配放大器将外部时钟信号分为第一路时钟信号和第二路时钟信号；
所述卫星导航信号模拟器将来自隔离分配放大器的第一路时钟信号作为工作时钟，输出秒脉冲信号和射频模拟信号；
所述高速采集设备将第二路时钟信号作为采样时钟采集所述秒脉冲信号和所述射频模拟信号；
所述计算装置根据所采集的秒脉冲信号和射频模拟信号，计算所述射频模拟信号的初始码相位与所述秒脉冲上升沿之间的时延差，得到所述卫星导航信号模拟器的时延。
2.根据权利要求1所述的一种用于卫星导航信号模拟器自身时延校准的系统，其特征在于：所述计算装置包括用于确定秒脉冲信号上升沿所对应的采样点的采样点确定单元和用于确定射频模拟信号的初始码相位信息的初始码相位确定单元。
3.根据权利要求1所述的一种用于卫星导航信号模拟器自身时延校准的系统，其特征在于：所述计算装置进一步包括跟踪环路计算单元，用于计算射频信号每个码周期中初始码相位的位置，确定与秒脉冲信号上升沿距离最近的初始码相位点，并基于该点确定与秒脉冲信号上升沿对应的采样点之间的时延差。
4.根据权利要求1所述的一种用于卫星导航信号模拟器自身时延校准的系统，其特征在于：所述高速采集设备分别通过第一线缆和第二线缆采集所述秒脉冲信号和所述射频模拟信号，所述计算装置进一步根据所述第一线缆的时延和第二线缆的时延确定卫星导航信号模拟器的时延。
5.根据权利要求1所述的一种用于卫星导航信号模拟器自身时延校准的系统，其特征在于：所述高速采集设备的采集频率不低于1GHz。
6.根据权利要求1所述的一种用于卫星导航信号模拟器自身时延校准的系统，其特征在于：该校准系统进一步包括用于提供外部时钟信号的原子钟。
7.一种用于卫星导航信号模拟器自身时延校准的方法，其特征在于：该方法包括
将同一外部时钟信号分别提供给卫星导航信号模拟器和高速采集设备；
卫星导航信号模拟器将所述外部时钟信号作为工作时钟输出秒脉冲信号和射频模拟信号；
高速采集设备将所述外部时钟信号作为采样时钟同时采集卫星导航信号模拟器输出的秒脉冲信号和射频模拟信号；
基于采集到的秒脉冲信号和射频模拟信号数据，确定秒脉冲信号上升沿对应的采样点和计算卫星导航射频信号的载波频率及初始码相位信息；
根据所确定的卫星导航模拟信号初始码相位信息和确定的秒脉冲信号上升沿对应的采样点确定卫星导航信号模拟器的时延差值。
8.根据权利要求7所述的一种用于卫星导航信号模拟器自身时延校准的方法，其特征在于：该方法进一步包括根据载波跟踪环路算法和码跟踪环路算法计算射频信号每个码周期中初始码相位的位置，确定与秒脉冲信号上升沿距离最近的初始码相位点，并基于该点确定与秒脉冲信号上升沿对应的采样点之间的时延差。
9.根据权利要求7所述的一种用于卫星导航信号模拟器自身时延校准的方法，其特征在于：该方法进一步的在卫星导航信号模拟器的仿真场景中将接收机与卫星均设置为静止状态，并将伪距设置为零。
10.根据权利要求7所述的一种用于卫星导航信号模拟器自身时延校准的方法，其特征在于：所述高速采集设备分别通过第一线缆和第二线缆采集所述秒脉冲信号和所述射频模拟信号，该方法进一步根据所述第一线缆和第二线缆的时延值，计算卫星导航模拟器的时延值。
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