CN106125102B - 一种卫星导航多波束抗干扰测试方法 - Google Patents

一种卫星导航多波束抗干扰测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于测试方法，具体涉及一种卫星导航多波束抗干扰测试方法。一种卫星导航多波束抗干扰测试方法，其中，包括下述步骤：步骤一：设置测试环境；步骤二：固定波束测试；步骤三：波束跟踪测试。本发明的效果是：(1)实现了对卫星导航多波束指向和抗干扰两种性能测试的兼顾：在暗室进行一次场景布置，通过控制卫星星座模拟器发射卫星信号的数量，进行固定波束测试、波束跟踪测试和抗干扰性能测试，实现了对卫星导航多波束指向和抗干扰两种性能测试的兼顾。

Description

一种卫星导航多波束抗干扰测试方法
技术领域
本发明属于测试方法，具体涉及一种卫星导航多波束抗干扰测试方法。
背景技术
到达卫星用户终端的卫星导航信号及其微弱，容易受到有意或无意的干扰。为了提高卫星用户终端对复杂电磁环境的适应性，各国军方均对卫星用户终端抗干扰能力提出了明确需求。
近几年来，国内卫星导航设备在自适应调零、波束形成、惯性辅助等抗干扰技术发展迅速，关键技术已经突破，正在进行工程化应用适应性改进，多个武器型号抗干扰卫星导航设备已经进入工程研制阶段。卫星导航设备研制过程中，需要针对抗干扰技术特点，设计抗干扰性能试验方法，对终端的抗干扰性能进行测试和评定。国外对抗干扰技术及其相应的测试与评定技术起步早、技术先进，形成了行之有效的测试与评定体系。但国外军用卫星用户终端抗干扰测试与评定方法属于技术秘密，不对外公布。
目前卫星导航设备抗干扰测试方法是通用抗干扰测试方法，如专利CN103001706A公开了一种卫星抗干扰调零天线的室内测试方法，航标QJ弹载卫星导航装置抗压制式干扰性能外场测试规范，规定了弹载卫星导航装置抗压制式干扰性能外场测试的基本要求、测试项目、测试方法和评定方法等内容，主要适用于自适应调零、空时自适应等抗干扰技术。
发明内容
本发明针对现有技术的缺陷，提供一种卫星导航多波束抗干扰测试方法。
本发明是这样实现的：一种卫星导航多波束抗干扰测试方法，其中，包括下述步骤：
步骤一：设置测试环境；
步骤二：固定波束测试；
步骤三：波束跟踪测试。
如上所述的一种卫星导航多波束抗干扰测试方法，其中，所述的步骤一包括：
建立测试暗室，在暗室中间位置设置三轴旋转装置，该旋转装置用于放置卫星接收天线，该卫星接收天线还与卫星定位和导航设备连接；卫星接收天线、卫星定位和导航设备共同组成被测试设备；在暗室设置数据发射装置，该数据发射装置模拟天上的卫星，数据发射装置的数量不少于8个，PDOP值不大于4，设置时建立以卫星接收天线为基准的空间坐标，并保证赤道以北至少有1个数据发射装置，当数据发射装置模拟RNSS类型北斗卫星时，保证到达卫星接收天线口面的卫星信号功率一般不低于-130dBm；当数据发射装置模拟于RDSS类型北斗用户设备，到达卫星接收天线口面的卫星信号功率一般不低于-124.6dBm。
如上所述的一种卫星导航多波束抗干扰测试方法，其中，所述的步骤一的测试暗室还包括干扰信号发射天线，该干扰信号发射天线与卫星接收天线的距离满足远场条件。
如上所述的一种卫星导航多波束抗干扰测试方法，其中，所述的步骤二包括：
(a)将卫星接收天线安装在暗室三轴旋转装置上；
(b)暗室中的一个数据发射装置发射一个卫星信号；
(c)启动卫星导航设备；
(d)测试设备向卫星导航设备装订卫星接收天线的初始位置信息、波束指向方向和三轴旋转装水平旋转角速率；
(e)待卫星导航设备捕获并稳定跟踪到数据发射装置发射的卫星信号后，按照测试设备向卫星导航设备装订的角速率，沿三轴旋转装置水平方向旋转卫星接收天线并启用波束跟踪指令；
(f)通过卫星导航设备输出信号的载噪比变化情况，分析波束跟踪性能是否正常，当波束跟踪正常时，增加水平旋转角速率，重复步骤d)～f)，直到当前卫星信号无波束增益；当波束跟踪不正常时，降低水平旋转角速率，重复步骤d)～f)，直到当前卫星信号波束增益正常。
如上所述的一种卫星导航多波束抗干扰测试方法，其中，所述的步骤三包括：
(a)按照具体的测试要求，设置干扰信号发射天线的位置和数量；
(b)完成干扰信号来向的信号衰减标定，多干扰测试时，每个干扰信号来向的信号衰减单独标定；
(c)关闭干扰机；
(d)多个数据发射装置发射多个卫星信号；
(e)开启三轴旋转装置上的卫星导航装置；
(f)装订卫星接收天线的初始位置信息和三轴旋转装水平旋转角速率；
(g)待首次定位时间到达后，按照测试设备向卫星导航设备装订的角速率，沿三轴旋转装置水平方向旋转卫星接收天线并启用波束跟踪指令；
(h)开启干扰机，将预设的抗干扰技术指标换算为等效的干扰功率，并通过干扰信号发射天线发射；
(i)实时记录被测试设备输出结果，并观察导航精度是否满足技术指标要求，若卫星导航装置导航精度不满足技术指标要求，执行步骤(j)，若卫星导航装置导航精度能够满足技术指标要求，执行步骤(k)；
(j)关闭干扰机，逐步降低干扰信号功率，重复执行步骤(h)～步骤(j)，进行再次测试，记录卫星导航装置导航精度能够满足技术指标时能够承受的最大干扰信号功率为Pgi；
(k)逐步增强干扰信号功率，重复执行步骤(h)～步骤(k)，进行再次测试，再次测试，记录卫星导航装置导航精度能够满足技术指标时能够承受的最大干扰信号功率为Pgi。
本发明的效果是：
(1)实现了对卫星导航多波束指向和抗干扰两种性能测试的兼顾：在暗室进行一次场景布置，通过控制卫星星座模拟器发射卫星信号的数量，进行固定波束测试、波束跟踪测试和抗干扰性能测试，实现了对卫星导航多波束指向和抗干扰两种性能测试的兼顾。
(2)实现了对卫星导航多波束抗干扰测试覆盖率与测试时长的兼顾：在干扰场景设计方面，干扰相对被测终端的入射方位角、俯仰角有多种不同的组合，组成不同的干扰场景，依据《弹载卫星定位装置抗压制式干扰性能外场测试规范》需要设计几百种干扰场景，本发明先对固定波束和波束跟踪性能进行测试，在干扰场景设计可以依据这两个性能选择干扰入射方位角、俯仰角和旋转装置旋转角速率，将干扰场景减少一个数量级。
(3)提高了卫星导航多波束抗干扰测试的科学合理性：卫星导航设备安装载体工作过程中往往处于运动状态，干扰距离、干扰方向同时处于连续变化状态，对卫星接收天线施加一定速率的角运动，模拟载体姿态变化，考核角运动对于抗干扰性能的影响，综合考虑被测设备载体运动轨迹、多波束宽度、施加干扰方式等因素，确保了测试结果的科学合理性。
(4)实现了卫星导航多波束抗干扰测试的可重复性和可对比性：由于室外真实情况不同时间段卫星分布不同，卫星导航装置在不同场景、不同时间表现出的抗干扰性能不一致，在暗室布置某一时刻典型星况，确保了卫星导航多波束抗干扰测试的真实性，实现了卫星导航多波束抗干扰测试的可重复性和可对比性。
附图说明
图1模拟星源布局位置示意图；
图2固定波束和波束跟踪图测试示意图；
图3三干扰场景示意图。
具体实施方式
一种卫星导航多波束抗干扰测试方法，包括下述步骤：
步骤一：设置测试环境
建立测试暗室，在暗室中间位置设置三轴旋转装置，该旋转装置用于放置卫星接收天线，该卫星接收天线还与卫星定位和导航设备连接；卫星接收天线、卫星定位和导航设备共同组成被测试设备；在暗室设置数据发射装置，该数据发射装置模拟天上的卫星，数据发射装置的数量不少于8个，PDOP值不大于4，设置时建立以卫星接收天线为基准的空间坐标，并保证赤道以北至少有1个数据发射装置，当数据发射装置模拟RNSS类型北斗卫星时，保证到达卫星接收天线口面的卫星信号功率一般不低于-130dBm；当数据发射装置模拟于RDSS类型北斗用户设备，到达卫星接收天线口面的卫星信号功率一般不低于-124.6dBm。
该测试暗室中还设置干扰信号发射天线，该干扰信号发射天线与卫星接收天线的距离满足远场条件。
内场测试在暗室中进行，暗室中多颗卫星信号应通过多个发射天线独立发射，相对被测北斗用户设备的卫星信号分布应与某一时刻典型空域的真实外场场景基本一致，并保证赤道以北至少有1颗卫星，卫星总个数不少于8颗，PDOP值不大于4，如图1所示，卫星星座模拟器可根据北斗用户设备实际应用时的动态条件，对模拟卫星信号施加适当的动态，对于RNSS类型北斗用户设备，到达卫星接收天线口面的卫星信号功率一般不低于-130dBm；对于RDSS类型北斗用户设备，到达卫星接收天线口面的卫星信号功率一般不低于-124.6dBm。抗干扰测试过程中，干扰信号发射天线、卫星信号发射天线距离被测北斗用户设备的距离需满足远场条件。
步骤二：固定波束测试
固定波束测试包括下述步骤：
(a)将卫星接收天线安装在暗室三轴旋转装置上；
(b)暗室中的一个数据发射装置发射一个卫星信号；
(c)启动卫星导航设备；
(d)测试设备向卫星导航设备装订卫星接收天线的初始位置信息、波束指向方向和三轴旋转装水平旋转角速率；
(e)待卫星导航设备捕获并稳定跟踪到数据发射装置发射的卫星信号后，按照测试设备向卫星导航设备装订的角速率，沿三轴旋转装置水平方向旋转卫星接收天线并启用波束跟踪指令；
(f)通过卫星导航设备输出信号的载噪比变化情况，分析波束跟踪性能是否正常，当波束跟踪正常时，增加水平旋转角速率，重复步骤d)～f)，直到当前卫星信号无波束增益；当波束跟踪不正常时，降低水平旋转角速率，重复步骤d)～f)，直到当前卫星信号波束增益正常。
记录上述过程产生的全部数据；
步骤三：波束跟踪测试
波束跟踪测试包括下述步骤：
(a)按照具体的测试要求，设置干扰信号发射天线的位置和数量；
(b)完成干扰信号来向的信号衰减标定，多干扰测试时，每个干扰信号来向的信号衰减单独标定；
(c)关闭干扰机；
(d)多个数据发射装置发射多个卫星信号；
(e)开启三轴旋转装置上的卫星导航装置；
(f)装订卫星接收天线的初始位置信息和三轴旋转装水平旋转角速率；
(g)待首次定位时间到达后，按照测试设备向卫星导航设备装订的角速率，沿三轴旋转装置水平方向旋转卫星接收天线并启用波束跟踪指令；
(h)开启干扰机，将预设的抗干扰技术指标换算为等效的干扰功率，并通过干扰信号发射天线发射；
(i)实时记录被测试设备输出结果，并观察导航精度是否满足技术指标要求，若卫星导航装置导航精度不满足技术指标要求，执行步骤(j)，若卫星导航装置导航精度能够满足技术指标要求，执行步骤(k)；
(j)关闭干扰机，逐步降低干扰信号功率，重复执行步骤(h)～步骤(j)，进行再次测试，记录卫星导航装置导航精度能够满足技术指标时能够承受的最大干扰信号功率为Pgi；
(k)逐步增强干扰信号功率，重复执行步骤(h)～步骤(k)，进行再次测试，再次测试，记录卫星导航装置导航精度能够满足技术指标时能够承受的最大干扰信号功率为Pgi；
(l)按公式(1)计算卫星导航装置跟踪状态下的抗干扰容限，指标用干信比(J/S)表示。
(J/S)gij＝Pgi-ΔPsi-Pwx……………………………………(1)
式中：
(J/S)gij——卫星导航装置跟踪阶段的抗压制式干扰容限，单位为分贝(dB)；
Pgi——卫星导航装置导航精度能够满足技术指标时能够承受的最大干扰信号功率，单位为分贝毫瓦(dBm)，该数据由测试获得；
ΔPsi干扰信号空间链路衰减，外部直接给定，
Pwx卫星信号功率，标准值为-130dBm。

Claims (3)

1.一种卫星导航设备多波束抗干扰测试方法，其特征在于，包括下述步骤：
步骤一：设置测试环境；
步骤二：固定波束测试；
步骤三：波束跟踪测试；
所述的步骤一包括：
建立测试暗室，在暗室中间位置设置三轴旋转装置，该旋转装置用于放置卫星接收天线，该卫星接收天线还与卫星定位和导航设备连接；卫星接收天线、卫星定位和导航设备共同组成被测试设备；在暗室设置数据发射装置，该数据发射装置模拟天上的卫星，数据发射装置的数量不少于8个，PDOP值不大于4，设置时建立以卫星接收天线为基准的空间坐标，并保证赤道以北至少有1个数据发射装置，当数据发射装置模拟RNSS类型北斗卫星时，保证到达卫星接收天线口面的卫星信号功率不低于-130dBm；当数据发射装置模拟于RDSS类型北斗用户设备，到达卫星接收天线口面的卫星信号功率不低于-124.6dBm；
所述的步骤一的测试暗室还包括干扰信号发射天线，该干扰信号发射天线与卫星接收天线的距离满足远场条件；
所述的步骤二包括：
(a)将卫星接收天线安装在暗室三轴旋转装置上；
(b)暗室中的一个数据发射装置发射一个卫星信号；
(c)启动卫星导航设备；
(d)测试设备向卫星导航设备装订卫星接收天线的初始位置信息、波束指向方向和三轴旋转装水平旋转角速率；
(e)待卫星导航设备捕获并稳定跟踪到数据发射装置发射的卫星信号后，按照测试设备向卫星导航设备装订的角速率，沿三轴旋转装置水平方向旋转卫星接收天线并启用波束跟踪指令；
(f)通过卫星导航设备输出信号的载噪比变化情况，分析波束跟踪性能是否正常，当波束跟踪正常时，增加水平旋转角速率，重复步骤(d)～(f)，直到当前卫星信号无波束增益；当波束跟踪不正常时，降低水平旋转角速率，重复步骤(d)～(f)，直到当前卫星信号波束增益正常。
2.如权利要求1所述的一种卫星导航设备多波束抗干扰测试方法，其特征在于：所述的步骤三包括：
(a)按照具体的测试要求，设置干扰信号发射天线的位置和数量；
(b)完成干扰信号来向的信号衰减标定，多干扰测试时，每个干扰信号来向的信号衰减单独标定；
(c)关闭干扰机；
(d)多个数据发射装置发射多个卫星信号；
(e)开启三轴旋转装置上的卫星导航装置；
(f)装订卫星接收天线的初始位置信息和三轴旋转装水平旋转角速率；
(g)待首次定位时间到达后，按照测试设备向卫星导航设备装订的角速率，沿三轴旋转装置水平方向旋转卫星接收天线并启用波束跟踪指令；
(h)开启干扰机，将预设的抗干扰技术指标换算为等效的干扰功率，并通过干扰信号发射天线发射；
(i)实时记录被测试设备输出结果，并观察导航精度是否满足技术指标要求，若卫星导航装置导航精度不满足技术指标要求，执行步骤(j)，若卫星导航装置导航精度能够满足技术指标要求，执行步骤(k)；
(j)关闭干扰机，逐步降低干扰信号功率，重复执行步骤(h)～步骤(j)，进行再次测试，记录卫星导航装置导航精度能够满足技术指标时能够承受的最大干扰信号功率为Pgi；
(k)逐步增强干扰信号功率，重复执行步骤(h)～步骤(k)，进行再次测试，再次测试，记录卫星导航装置导航精度能够满足技术指标时能够承受的最大干扰信号功率为Pgi。
3.如权利要求2所述的一种卫星导航设备多波束抗干扰测试方法，其特征在于：所述的步骤三还包括：按公式(1)计算卫星导航装置跟踪状态下的抗干扰容限，指标用干信比(J/S)表示，
(J/S)gij＝Pgi-ΔPsi-Pwx……………………………………(1)
式中：
(J/S)gij——卫星导航装置跟踪阶段的抗压制式干扰容限，单位为分贝(dB)；
Pgi——卫星导航装置导航精度能够满足技术指标时能够承受的最大干扰信号功率，单位为分贝毫瓦(dBm)，该数据由测试获得；
ΔPsi干扰信号空间链路衰减，外部直接给定，
Pwx卫星信号功率，标准值为-130dBm。
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