CN105738924B - 卫星导航信号模拟器伪距控制精度的校准系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明基于卫星导航信号模拟器的工作原理，提供一种卫星导航信号模拟器伪距控制精度的校准系统和方法。校准系统包括卫星导航信号模拟器、导航信号控制模块、高速示波器和伪距精度分析模块。校准系统和方法通过载波相位法测量原理，并搭建伪距控制精度测试平台，形成具体的具有正确性、实用性和有效性的测试方案。该测试方法简便可靠，可准确检测卫星导航信号模拟器的伪距控制精度。

Description

卫星导航信号模拟器伪距控制精度的校准系统和方法

技术领域

本发明涉及卫星导航领域，尤其涉及一种卫星导航信号模拟器伪距控制精度的校准系统和方法。

背景技术

随着北斗卫星导航系统的建设，卫星导航这个新兴技术越来越受到各行各业的青睐，卫星导航接收机也受到广泛的应用。由于卫星导航接收机主要应用于航海和航空测速、测绘高精度测量等领域，其输出测量数据的准确性、可靠性至关重要。卫星导航系统工作的基本原理是：用户同时接收不少于4颗卫星的导航信号，从而测得4个以上伪距观测量，在卫星坐标、卫星钟差和卫星不同频点间相对设备时延偏差已知的情况下，计算自己的三维坐标和钟差。

伪距是卫星导航系统最基本的观测量，伪距的观测精度直接决定了系统的导航定位精度。卫星导航模拟器提供信号用于卫星导航接收机等设备的高精度测量，根据具体测试要求，生成和运行多种不同的模拟场景，对卫星导航接收机开展测试与验证，因此，卫星导航信号模拟器模拟输出的射频信号性能直接影响卫星导航接收机的测试结果。为保证日益增长的卫星导航接收机测试需求和正确可靠评估的需要，建立标准、完善的卫星导航信号模拟器关键指标测量校准方法极其重要。

在对卫星导航信号模拟器进行测试工作中，主要考察的是其射频信号的性能指标。射频信号性能指标主要包括信号功率控制、动态范围、伪距误差控制、信号频谱纯度、内部时基频率准确度和稳定度等，其中伪距精度是影响卫星导航信号模拟器特性的重要技术指标之一，卫星导航信号模拟器伪距性能直接决定接收机定位精度的测试结果。然而，由于我国卫星导航信号模拟器技术起步较晚，再加上国外技术封锁，卫星导航信号模拟器伪距精度测试方面的研究较少，现有的方法研究虽已从理论上进行分析，但缺少实用可行的检测方案及高精度测试方法。

当前检测卫星导航信号模拟器伪距精度的校准方法从理论上进行了较多的分析研究，如巴克码翻转点法、相关峰法等。巴克码翻转点法需要对导航电文码进行巴克码翻转点进行解算分析，其解算精度达到厘米级。不过尽管如此，当前检测卫星导航信号模拟器伪距精度的校准方法仍无法完全满足高精度测试需求。另外，在实际检测工作中，卫星导航信号模拟器如何设置卫星和接收机的运动场景，以及伪距相对控制精度测试如何具体实施，都缺少实用可行的测试方法。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明提供一种卫星导航信号模拟器伪距控制精度的校准系统，包括：

卫星导航信号模拟器，用于生成射频导航信号；

导航信号控制模块，连接所述卫星导航信号模拟器，用于控制所述导航信号的输出状态；

高速示波器，用于在所述卫星导航信号模拟器的不同伪距下，分别测量每种伪距时所述卫星导航信号模拟器输出时标信号与射频载波信号的相位差；以及

伪距精度分析模块，用于根据每种伪距时的所述相位差计算伪距的控制精度。

可选的，卫星导航信号模拟器伪距控制精度的校准系统还包括相位差自动采集模块，连接于示波器和所述伪距精度分析模块之间，用于获取所述相位差进行本地保存。

可选的，所述时标信号为1pps。

可选的，所述导航信号的输出状态包括导航信号的频点和功率，卫星状态和接收机运动状态。

可选的，所述卫星状态为单颗可见卫星，且该颗卫星的轨道处于地球静止轨道上。

可选的，所述接收机运动状态为静止状态。

可选的，所述射频载波信号为单载波信号。

可选的，所述高速示波器测量每种伪距时所述卫星导航信号模拟器输出时标信号与射频载波信号的相位差的方法为：

设置伪距值；

分别设置所述高速示波器中时标信号与射频载波信号对应的通道的触发电平；

标记所述高速示波器输出的射频载波信号波形的某一过零点作为触发点；以及

采集时标信号与射频载波信号的相位差。

可选的，伪距精度分析模块根据所述相位差计算伪距的控制精度Δd的方法为：

d测＝d2-d1；

Δd＝d测-d0；

上式中，d1和d2分别为设定的所述卫星导航信号模拟器的两种伪距值；其中为d1＝a×c；d2＝b×c；a和b分别为伪距d1和d2时所述卫星导航信号模拟器输出时标信号与射频载波信号的相位差；c为光速；d0为伪距差的理论值；

可选的，所述的卫星导航信号模拟器伪距控制精度的校准系统还包括用于放大所述射频导航信号的低噪放大器，连接于所述卫星导航信号模拟器和所述高速示波器之间。

本发明还提供一种卫星导航信号模拟器伪距控制精度的校准方法，包括：

卫星导航信号模拟器生成射频导航信号；

导航信号控制模块控制所述导航信号的输出状态；

高速示波器在所述卫星导航信号模拟器的不同伪距下，分别测量每种伪距时所述卫星导航信号模拟器输出时标信号与射频载波信号的相位差；以及

伪距精度分析模块根据每种伪距时的所述相位差计算伪距的控制精度。

本发明基于卫星导航信号模拟器的工作原理，提供一种卫星导航信号模拟器伪距控制精度的校准系统和方法，本方法通过载波相位法测量原理，并搭建伪距控制精度测试平台，形成具体的具有正确性、实用性和有效性的测试方案。该测试方法简便可靠，可准确检测卫星导航信号模拟器的伪距控制精度。

附图说明

图1为本发明一实施例所诉卫星导航信号模拟器伪距控制精度的校准系统的结构示意图；

图2为本发明一实施例所诉卫星导航信号模拟器伪距控制精度的校准方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本发明提供一种卫星导航信号模拟器伪距控制精度的校准系统，如图1所示，包括：

卫星导航信号模拟器100，用于生成射频导航信号；

导航信号控制模块200，连接所述卫星导航信号模拟器100，用于控制所述导航信号的输出状态；

高速示波器300，用于在所述卫星导航信号模拟器100的不同伪距下，分别测量每种伪距时所述卫星导航信号模拟器100输出时标信号与射频载波信号的相位差；以及

伪距精度分析模块400，用于根据每种伪距时的所述相位差计算伪距的控制精度。

优选方案中，导航信号控制模块200能够控制卫星导航信号模拟器200并能自由配置伪距控制精度检测场景，伪距值的变化单一反映在运动径向方向变化，并能直观进行显示。

在本实施例中，如图1所示，卫星导航信号模拟器伪距控制精度的校准系统还包括相位差自动采集模块500和低噪放大器600。自动采集模块500连接于高速示波器300和所述伪距精度分析模块400之间，用于获取所述相位差进行本地保存，即采集至本地文本中。低噪放大器600用于放大所述射频导航信号，连接于所述卫星导航信号模拟器100和所述高速示波器300之间。

本实施例中的上述时标信号为1pps，射频载波信号为单载波信号。导航信号的输出状态包括导航信号的频点和功率，卫星状态和接收机运动状态。其中，卫星状态为单颗可见卫星，且该颗卫星的轨道处于地球静止轨道上。接收机运动状态为静止状态。

本发明还提供一种卫星导航信号模拟器伪距控制精度的校准系统，如图2所示，包括：

卫星导航信号模拟器生成射频导航信号；

导航信号控制模块控制所述导航信号的输出状态；

高速示波器在所述卫星导航信号模拟器的不同伪距下，分别测量每种伪距时所述卫星导航信号模拟器输出时标信号与射频载波信号的相位差；以及

伪距精度分析模块根据每种伪距时的所述相位差计算伪距的控制精度。

上述方法的一个具体实施例包括以下步骤：

1.打开卫星导航信号模拟器，并预热30min以上；

2.模拟器、高速示波器外接高精度参考频标，如图1所示；

3.调用伪距控制精度测试场景，该场景具备如下特点：

a)关闭大气延迟模型；

b)选择卫星定位系统，并设置卫星信号频点；

c)模拟器仿真场景选择单颗可见卫星，编辑该颗卫星轨道参数使其处于地球静止轨道上，并设置卫星与地球中心连线在球面的交点(称为星下点)的经度值B(若模拟器支持BDS系统，由于BDS系统中有五颗地球静止轨道卫星，可选择其中一颗可见卫星)；

d)关闭可见卫星扩频码和导航数据，使其只发送单载波信号；

e)设置可见卫星信号功率为最大值；若模拟器信号输出信号功率较小，可采用所有输出卫星设置同一通道输出，从而进一步提高输出信号功率；

f)设置卫星信号模拟器伪距值为d1；

g)设置接收机运动模型为静止模型；

4.运行该场景开始仿真；

5.设置高速示波器CH2通道输入信号1PPS(卫星信号模拟器输出)触发电平；设置高速示波器CH1通道触发电平，标记示波器模拟器输出的载波信号波形的某一过零点作为触发点；利用相位差自动采集软件记录采集的载波实时采集CH1和CH2的相位差a；

6.改变卫星信号模拟器伪距值d2，重复步骤5，得到相位差b，利用伪距精度分析软件计算伪距控制精度：

d_测＝d2-d1

Δd＝d_测-d0

上式中，d1＝a×c；d2＝b×c；c为光速；d0为伪距差的理论值。

本发明基于卫星导航信号模拟器工作原理本方法提出卫星导航信号模拟器伪距控制精度测试方法，通过载波相位法测量原理，并搭建伪距控制精度测试平台，形成具体的具有正确性、实用性和有效性的测试方案。该测试方法简便可靠，可准确检测卫星导航信号模拟器的伪距控制精度。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (11)

1.一种卫星导航信号模拟器伪距控制精度的校准系统，其特征在于，包括：

卫星导航信号模拟器，用于生成射频导航信号；

导航信号控制模块，连接所述卫星导航信号模拟器，用于控制所述导航信号的输出状态；

高速示波器，用于在所述卫星导航信号模拟器的不同伪距下，分别测量每种伪距时所述卫星导航信号模拟器输出时标信号与射频载波信号的相位差；以及

伪距精度分析模块，用于根据每种伪距时的所述相位差计算伪距的控制精度。

2.如权利要求1所述的卫星导航信号模拟器伪距控制精度的校准系统，其特征在于，还包括相位差自动采集模块，连接于示波器和所述伪距精度分析模块之间，用于获取所述相位差进行本地保存。

3.如权利要求1所述的卫星导航信号模拟器伪距控制精度的校准系统，其特征在于，所述时标信号为1pps。

4.如权利要求1所述的卫星导航信号模拟器伪距控制精度的校准系统，其特征在于，所述导航信号的输出状态包括导航信号的频点和功率，卫星状态和接收机运动状态。

5.如权利要求4所述的卫星导航信号模拟器伪距控制精度的校准系统，其特征在于，所述卫星状态为单颗可见卫星，且该颗卫星的轨道处于地球静止轨道上。

6.如权利要求4所述的卫星导航信号模拟器伪距控制精度的校准系统，其特征在于，所述接收机运动状态为静止状态。

7.如权利要求1所述的卫星导航信号模拟器伪距控制精度的校准系统，其特征在于，所述射频载波信号为单载波信号。

8.如权利要求1所述的卫星导航信号模拟器伪距控制精度的校准系统，其特征在于，所述高速示波器测量每种伪距时所述卫星导航信号模拟器输出时标信号与射频载波信号的相位差的方法为：

设置伪距值；

分别设置所述高速示波器中时标信号与射频载波信号对应的通道的触发电平；

标记所述高速示波器输出的射频载波信号波形的某一过零点作为触发点；以及

采集时标信号与射频载波信号的相位差。

9.如权利要求1所述的卫星导航信号模拟器伪距控制精度的校准系统，其特征在于，伪距精度分析模块根据所述相位差计算伪距的控制精度Δd的方法为：

d_测＝d2-d1；

Δd＝d_测-d0；

上式中，d1和d2分别为设定的所述卫星导航信号模拟器的两种伪距值；其中为d1＝a×c；d2＝b×c；a和b分别为伪距d1和d2时所述卫星导航信号模拟器输出时标信号与射频载波信号的相位差；c为光速；d0为伪距差的理论值；

10.如权利要求1所述的卫星导航信号模拟器伪距控制精度的校准系统，其特征在于，还包括用于放大所述射频导航信号的低噪放大器，连接于所述卫星导航信号模拟器和所述高速示波器之间。

11.一种卫星导航信号模拟器伪距控制精度的校准方法，其特征在于，包括：

卫星导航信号模拟器生成射频导航信号；

导航信号控制模块控制所述导航信号的输出状态；

高速示波器在所述卫星导航信号模拟器的不同伪距下，分别测量每种伪距时所述卫星导航信号模拟器输出时标信号与射频载波信号的相位差；以及

伪距精度分析模块根据每种伪距时的所述相位差计算伪距的控制精度。