CN103592660A - 卫星导航信号模拟器校准定时型接收机时延装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种卫星导航信号模拟器校准定时型接收机时延装置及方法，该装置及方法利用卫星导航信号模拟产生标准的卫星导航信号，被测接收机接收并解算该信号后恢复出一路秒脉冲信号，与模拟器输出的秒脉冲信号同时送入高精度时间间隔计数器进行比较，测量得到两路秒脉冲信号之间的时延差值，再去除模拟器自身时延及线缆等时延的影响，即得到了被测接收机的时延。该装置及方法能够弥补比对法误差及不确定度累加的不足，也能够弥补示波器法测量模拟器时延时引入的人为观测误差，提高模拟器时延测定的精度并降低测定结果的不确定度。

Description

卫星导航信号模拟器校准定时型接收机时延装置及方法
技术领域
本发明涉及一种时延校准方法，卫星导航信号模拟器校准定时型接收机时延装置及方法。
背景技术
卫星导航信号模拟器是一种高精度的标准信号源，可以模拟产生接收机接收到的各颗卫星信号，为导航接收机的研制开发、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。
定时型导航接收机的定时及定位信息是基于伪距测量而得到的。接收机通过产生的复现信号与卫星广播信号做相关运算来完成伪距的测量，但接收机内的这个相关过程存在偏差，如果信号特性（码类型、调制方式和带宽）相同，则这个偏差对接收机的每一个通道是相同的，则在多颗星参与定位解算时该共同的偏差可以被消除，但在时间解算时会以一个固定的偏差存在，通常把这个偏差定义为接收机时延。
对于精度要求较高的定时应用中，需要将接收机的内部时延偏差从最终的定时解算中扣除。定时型导航接收机时延的测量分为绝对时延测量和相对时延测量。相对时延测量主要应用于时间比对实验中，利用一个已经校准过的标准接收机，与被测接收机进行定时结果比对，进而测定被测接收机的时延，虽然该比对测量方法执行简单，但是在每一级的比对过程中，会有误差及不确定度的累加，导致最终结果准确度的降低及不确定度的增加。
国际上已有的绝对时延测量方法，是利用一台卫星导航信号模拟器，产生一路射频模拟信号和一路秒脉冲信号，被测接收机接收模拟的射频信号并解算出一个秒脉冲信号，接收机恢复出的秒脉冲信号与模拟器产生的秒脉冲信号之间的时间差值，扣除模拟器自身时延及各种电缆等时延，即为接收机的时延。其中，一个难点是模拟器自身的时延校准，目前已有的方法是通过高速采样存储示波器，将卫星导航信号模拟器缠身的一路射频信号和一路秒脉冲信号送入示波器的两个通道，测定卫星信号码相位反转点与秒脉冲上升沿之间的时延差值，但该方法的观测误差较大，且通过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，不能保证校准操作的规范性。
发明内容
针对以上现有技术的不足，本发明提供一种卫星导航信号模拟器校准定时型接收机时延装置及方法。本方法利用卫星导航信号模拟产生标准的卫星导航信号，被测接收机接收并解算该信号后恢复出一路秒脉冲信号，与模拟器输出的秒脉冲信号同时送入高精度时间间隔计数器进行比较，测量得到两路秒脉冲信号之间的时延差值，再去除模拟器自身时延及线缆等时延的影响，即得到了被测接收机的时延。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
卫星导航信号模拟器校准定时型接收机时延装置，该时延装置包括：原子钟、频率分配单元、高速采集存储模块、卫星导航信号模拟器、定时型导航接收机、时间间隔测量单元和主控计算机，所述原子钟通过频率分配单元分别给高速采集存储模块、卫星导航信号模拟器、定时型导航接收机和时间间隔测量单元输入时钟信号，所述卫星导航信号模拟器分别输入秒脉冲信号和卫星导航信号给高速采集存储模块，输入秒脉冲信号给时间间隔测量单元，同时卫星导航信号模拟器输入卫星导航信号经定时型导航接收机计算出秒脉冲输入至时间间隔测量单元，所述主控计算机还接收来自时间间隔测量单元和高速采集存储模块的信号。
卫星导航信号模拟器校准定时型接收机时延方法，该方法包括如下步骤：
1）原子钟通过频率分配单元分别给高速采集存储模块、卫星导航信号模拟器、定时导航接收机和时间间隔测量单元输入时钟信号；
2）设置卫星导航信号模拟器和定时型导航接收机为静止状态；
3）对卫星导航模拟器进行时延校准；
4）对定时型导航接收机进行时延差测量；
5）测定各个连接线缆的时延，并根据步骤3,4中的时延确定定实型导航接收机的时延。
所述步骤3中对卫星导航模拟器进行时延校准包括：所述高速采集存储模块接收来自卫星导航信号模拟器输出的秒脉冲信号及卫星导航信号由主控计算机算出卫星导航信号每个码周期内的初始码相位，判断出秒脉冲上升沿的位置后，通过比较秒脉冲上升沿及与其距离最近的初始码相位点之间的时间差值，该时间差值去除线缆的时延值，即为卫星导航模拟器的时延值。
所述步骤4中定时型导航接收机进行时延差测量包括：卫星导航信号模拟器的卫星导航信号送入定时型导航接收机，待接收机正常定位后，将接收机输出的秒脉冲信号与模拟器输出的秒脉冲信号输入时间间隔测量单元，测量得到两路秒脉冲信号之间的时延差值。
本发明的优点在于：
它能够弥补比对法误差及不确定度累加的不足，也能够弥补示波器法测量模拟器时延时引入的人为观测误差，提高模拟器时延测定的精度并降低测定结果的不确定度，使接收机时延校准精度达到1ns以内（主要受限于采集设备的采样率及计算机的处理能力），校准不确定度优于2ns。
附图说明
图1：本发明的装置结构示意图。
具体实施方式
本发明的一个目的是提供一种卫星导航信号模拟器校准定时型接收机时延装置。如图1所示为本发明的装置结构示意图。该时延装置包括：原子钟1、频率分配单元2、高速采集存储模块3、卫星导航信号模拟器4、定时型导航接收机5、时间间隔测量单元6和主控计算机7，所述原子钟1通过频率分配单元2分别给高速采集存储模块3、卫星导航信号模拟器4、定时型导航接收机5和时间间隔测量单元6输入时钟信号，所述卫星导航信号模拟器4分别输入秒脉冲信号和模拟信号给高速采集存储模块3，输入秒脉冲信号给时间间隔测量单元6，同时卫星导航信号模拟器4输入模拟信号经定时型导航接收机5计算出秒脉冲输入至时间间隔测量单元6，所述主控计算机7还接收来自时间间隔测量单元6和高速采集存储模块3的信号。
本发明的另一个目的是提供一种卫星导航信号模拟器校准定时型接收机时延方法。该方法的具体步骤如下：
第一步，为所有设备接入统一的外部频率标准。
将本地原子钟输出的10MHz信号，通过隔离分配放大器分为四路：一路输入到卫星导航信号模拟器，替换模拟器内部时钟作为工作时钟；一路输入给高速采集存储模块，作为采样时钟；一路输入给被测接收机，替换接收机内部时钟作为工作时钟；一路输入给高精度时间间隔计数器，使整个系统工作在同一个高稳定的频率标准之下，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设置及数据采集
为了保证校准过程的准确、稳定，将卫星导航信号模拟器的仿真场景设置为不包含卫星轨道和星钟误差及电离层、对流层、多径等误差项；同时，为了减少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。
第三步，卫星导航信号模拟器自身时延的校准
为了得到一个与卫星导航信号精确同步的秒脉冲输出信号，需要先对模拟器自身进行校准。通过双通道高速采集设备，对模拟器输出的秒脉冲信号及卫星导航信号进行采集和存储，通过主控计算机中的捕获及跟踪算法，解算出导航信号每个码周期内的初始码相位，判断出秒脉冲上升沿的位置后，通过比较秒脉冲上升沿及与其距离最近的初始码相位点之间的时间差值，该时延值扣除线缆等时延影响，即为模拟器自身引起的秒脉冲输出信号与卫星导航信号之间的时延值。
第四步，被测接收机的时延测量。
将导航信号模拟器的卫星导航信号送入被测接收机，待接收机正常定位后，将接收机输出的秒脉冲信号与模拟器输出的秒脉冲信号送入高精度时间间隔计数单元，测量得到两路秒脉冲信号之间的时延差值。
第五步，测定各个线缆部件的时延及最终接收机时延计算。
由于卫星导航信号模拟器输出的秒脉冲信号与卫星导航信号分别通过线缆A和线缆B接入到采集模块，而模拟器的卫星导航信号通过线缆C送入被测接收机，接收机解算出的秒脉冲信号和模拟器的秒脉冲信号分别通过线缆D和线缆E送入时间间隔计数单元，这五段线缆及接头的时延测定也极为重要。对线缆延迟值可以采用矢量网络分析仪测定，获得各自的延迟差值，该值可以提前测定。在主控计算机中的数据处理时，将第四步测得的两路秒脉冲信号之间的时延，去除模拟器自身的时延值，再去除各个线缆及接头的时延影响，从而得到被测接收机本身的最终时延值。
应当理解，以上借助优选实施例对本发明的技术方案进行的详细说明是示意性的而非限制性的。本领域的普通技术人员在阅读本发明说明书的基础上可以对各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.卫星导航信号模拟器校准定时型接收机时延装置，其特征在于，该时延装置包括：原子钟、频率分配单元、高速采集存储模块、卫星导航信号模拟器、定时型导航接收机、时间间隔测量单元和主控计算机，所述原子钟通过频率分配单元分别给高速采集存储模块、卫星导航信号模拟器、定时型导航接收机和时间间隔测量单元输入时钟信号，所述卫星导航信号模拟器分别输入秒脉冲信号和卫星导航信号给高速采集存储模块，输入秒脉冲信号给时间间隔测量单元，同时卫星导航信号模拟器输入卫星导航信号经定时型导航接收机计算出秒脉冲输入至时间间隔测量单元，所述主控计算机还接收来自时间间隔测量单元和高速采集存储模块的信号。
2.卫星导航信号模拟器校准定时型接收机时延方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
1）原子钟通过频率分配单元分别给高速采集存储模块、卫星导航信号模拟器、定时导航接收机和时间间隔测量单元输入时钟信号；
2）设置卫星导航信号模拟器和定时型导航接收机为静止状态；
3）对卫星导航模拟器进行时延校准；
4）对定时型导航接收机进行时延差测量；
5）测定各个连接线缆的时延，并根据步骤3,4中的时延确定定实型导航接收机的时延。
3.根据权利要求2所述的卫星导航信号模拟器校准定时型接收机时延方法，其特征在于，所述步骤3中对卫星导航模拟器进行时延校准包括：所述高速采集存储模块接收来自卫星导航信号模拟器输出的秒脉冲信号及卫星导航信号由主控计算机算出卫星导航信号每个码周期内的初始码相位，判断出秒脉冲上升沿的位置后，通过比较秒脉冲上升沿及与其距离最近的初始码相位点之间的时间差值，该时间差值去除线缆的时延值，即为卫星导航模拟器的时延值。
4.根据权利要求2所述的卫星导航信号模拟器校准定时型接收机时延方法，其特征在于，所述步骤4中定时型导航接收机进行时延差测量包括：卫星导航信号模拟器的卫星导航信号送入定时型导航接收机，待接收机正常定位后，将接收机输出的秒脉冲信号与模拟器输出的秒脉冲信号输入时间间隔测量单元，测量得到两路秒脉冲信号之间的时延差值。
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