CN106569236A - 一种卫星导航载体实时闭环反馈测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种卫星导航载体实时测试方法，包括以下步骤：定位步骤：卫星导航模拟系统实时生成卫星导航仿真信号，所述卫星导航载体接收卫星导航仿真信号进行定位；响应步骤：所述卫星导航载体接收并执行载体控制器下发的控制目标指令；判断处理：判断卫星导航载体的导航是否受控，并进行记录，测试回到定位步骤；依次循环测试，直到采集记录数据满足测试需求为止。通过本发明在室外进行自主卫星导航载体的实时闭环反馈测试，不受天气、环境、场地的限制，测试精度高、测试周期短、可靠性强。

Description

一种卫星导航载体实时闭环反馈测试方法

技术领域

本发明涉及导航领域，特别涉及一种卫星导航载体实时闭环反馈测试方法。

背景技术

近几年自主导航设备，特别是无人驾驶技术不断攻克与创新，如无人机、无人汽车、无人舰船、飞行器等领域呈现出爆炸式的发展，特别是在民用领域，从单纯的无人驾驶，航模和航拍，迅速扩展到植保、跟踪、救援、搜寻、安保等领域。而每一款新产品的推出，或者已有产品的升级，甚至是刚装配好的成熟产品，在进入市场之前都要进行测试和调整，以使具备导航功能的自主导航设备的软硬件都处于最佳状态。

现阶段，例如，无人机惯常测试方法采用室外试飞。在试飞过程中，通过观测无人机的飞行姿态，以及无人机中的传感器返回的相关参数，实现无人机的软硬件进行调节，直至被测无人机达到合格状态。由于现有的无人机大多是依靠卫星信号来实现精确的导航定位，而接收到的卫星信号非常微弱，在隧道、城市建筑、森林等环境中，卫星信号极易被屏蔽，因此试飞需在室外较宽阔的场地进行，才能保证接收到持续可靠的卫星信号。因此该类产品的测试极为受限，亟待一种便捷又精确高效的测试方案。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种卫星导航载体实时闭环反馈测试方法，其不受场地和外部环境的影响，测试精度高。

本发明的解决方案是这样实现的：一种卫星导航载体实时闭环反馈测试方法，包括以下步骤：

定位步骤：由卫星导航模拟系统实时生成卫星导航仿真信号，所述卫星导航载体根据卫星导航仿真信号进行定位；

响应步骤：所述卫星导航载体接收并执行载体控制器下发的控制目标指令；

判断处理：判断卫星导航载体的导航是否受控，并进行记录，测试回到定位步骤；

依次循环测试，直到采集记录数据满足测试需求为止。

进一步地，所述卫星导航模拟系统依次信号连接的仿真控制单元、数学仿真单元、信号仿真单元，所述仿真控制单元，用于控制仿真节拍和配置卫星导航载体轨迹仿真参数；数学仿真单元，根据所述仿真参数计算卫星导航的仿真数据；信号仿真单元，将所述数学仿真单元生成的仿真数据转换成卫星导航载体能接收到的射频导航信号。

进一步地，卫星导航信号模拟系统包括根据仿真参数计算导航卫星仿真数据的数学仿真单元、将数学仿真单元生成的仿真数据转换成射频导航信号的信号仿真单元、用于控制仿真节拍和配置仿真参数的仿真控制单元和用于控制输出射频导航信号的功率衰减范围的功率控制单元，数学仿真单元和仿真控制单元在控制计算机中，信号仿真单元和功率控制单元合在一个信号模拟器中，控制计算机中的数学仿真单元在仿真控制单元控制仿真节拍和配置仿真参数指令下进行导航卫星仿真数据的计算，通过数据传输，信号模拟器中的信号仿真单元将仿真数据转换成射频导航信号，功率控制单元控制射频导航信号的功率衰减范围，已适于最佳测试状态下的卫星导航信号，通过天线发射给卫星导航载体。

进一步地，通常该数学仿真单元包括时空系统模型、卫星轨道及钟差计算模型、用户仿真、基本观测数据生成模型、空间环境模型、多径模型和导航电文生成模型。其中，用户仿真包括用户轨迹姿态技术模型、外部输入轨迹和惯导参数；所述基本观测数据生成模型包括相对论效应改正和地球自转效应改正；所述空间环境模型包括电离层模型、对流层模型和大气衰减模型；所述电文生成模型包括轨道拟合、钟差拟合、电离层拟合和导航电文编排模型。数学仿真单元的主要功能是完成中国BDS、美国GPS、欧洲Galileo、俄罗斯GlONASS中任一种卫星导航系统的卫星轨道、用户轨迹以及空间环境，实时计算用户天线口面接收到的全部可视卫星的导航信号特性，包括卫星相对用户的伪距、多普勒、多普勒变化率和多普勒变化率的变化率等数据，用于驱动信号发生单元生成用户天线口面接收的导航信号和天线后端的导航信号。进一步地，信号仿真单元包括基带信号仿真模块和上变频单元，基带信号仿真模块根据导航卫星观测数据产生基带导航信号，上变频单元负责将基带导航信号上变频为射频导航信号。

进一步地，信号仿真单元可以包括基带信号仿真和上变频单元两个部分，基带信号仿真模块通过系统总线来的导航卫星观测数据产生基带导航信号，基带单元采用数字信号处理技术完成，结构上基带FPGA和基带DA组成，共同完成数字基带信号的精密延迟控制和码、载波相位控制，上变频单元负责将基带导航信号上变频为射频导航信号。仿真控制单元负责对整个设备仿真节拍控制、仿真参数配置以及仿真状态实时监测显示。仿真控制单元包括显示仿真状态的实时监测单元。仿真控制单元还包括用户界面、可视化、场景配置与管理单元，用户轨迹参数配置单元，仿真控制与参数设置单元，天线阵列参数配置单元。仿真控制单元还包括自校准单元控制单元，用于完成时延、功率参数的自动校准。仿真控制单元是操作控制中心，运行于仿真控制计算机中，实现导航信号仿真的协同管理，以保证各组成部分之间的协调性和同步性。本实施例中，数学仿真单元在测试中构建了一个良好的测试环境条件。

进一步地，用户轨迹参数配置单元包括静止、车载、舰船、飞机和导弹中至少一个运动模型，也就是说自主卫星导航载体可以为带卫星导航系统的无人机、无人汽车、无人舰船，甚至是导弹等。

进一步地，功率控制单元可以包括数字信号功率控制和可程控衰减器功率控制，其中数字信号功率控制，为在数字基带部分对卫星信号功率进行控制。导航信号模拟器要求输出的射频信号的功率范围为-60dBm～-150dBm，功率分辨率为0.1dB，功率准确度为0.2dB。因此需要将输出的射频信号进行分级处理。信号功率控制单元完成输出射频信号的功率衰减控制，包括数字信号功率控制和可程控衰减器功率控制两部分。数字信号功率控制主要是在数字基带部分完成卫星信号功率的控制，从而满足用户对卫星功率0.1dB分辨率的测试需求。可程控衰减器功率控制主要任务是完成对合路输出的导航信号进行整体的0～90dB大范围的功率衰减控制。

进一步地，控制目标指令包括运动指令，卫星导航载体根据运动指令到达目的地时，卫星导航载体发送当前坐标。

进一步地，控制目标指令包括制动指令，卫星导航载体根据制动指令进行制动，执行制动时间，并实时发送当前坐标。

在响应步骤中，卫星导航载体发送执行所述控制目标指令后的当前坐标，在判断处理中：判断卫星导航载体的当前坐标与所述控制目标指令中的目的地坐标是否一致。

进一步地，在所述判断处理步骤中，若当前坐标与控制目标指令中的目的地坐标一致，则记录为0，根据测试总次数与记录0的次数进行合格率统计，根据合格率与预设值比较判断卫星导航载体是否合格；或者在所述判断处理步骤中，若当前坐标与控制目标指令中的目的地坐标存在偏离，则记录为1，根据测试总次数与记录1的次数进行不良率统计，根据不良率与预设值比较判断卫星导航载体是否合格。

进一步地，在所述判断处理步骤中，还包括判断响应时间，判断控制目标指令发送时间，与卫星导航载体第一次返回当前坐标的时间差，如所述时间差大于预设的响应时间，则该卫星导航载体不合格。当然，还可以通过对卫星导航载体的速度或加速度的测试，来判断卫星导航载体是否合格。如通过控制目标指令发射一个卫星导航载体的运行速度或加速度，然后测试卫星导航载体的速度或加速度与控制目标指令中的速度或加速度是否在预设范围内，若一致或偏差在预设范围内则卫星导航载体合格，否则不合格。

进一步地，若当前坐标与控制目标指令中的目的地坐标有偏离，则发送修正指令，卫星导航载体执行修正指令，并再发送修正后的当前坐标，比较修正后的当前坐标与目标坐标是否一致，该单次测试结束，进行下一次测试。

进一步地，卫星导航载体通过2.4G、5.8G、Zigbee、蓝牙、Wifi、红外、3G、4G、5G、UWB中的任意一种无线方式与载体控制器通信。

进一步地，卫星导航模拟系统生成BDS、GPS、GLONASS、GALILEO中的至少任意一种卫星导航仿真信号。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

本测试方法测试信号不受外界障碍物影响，可以在本地进行全球各地各环境各坐标的模拟，及多卫星信号的模拟，能保障自主卫星导航载体测试的稳定性、可靠性和全面性，通过模拟卫星导航载体的卫星导航仿真信号进行的导航闭环反馈测试，不受严寒酷暑、风速、温度等天气的影响，也不受室外场地的大小、布局、障碍物等外部环境限制，随时随地可以在室外进行多次重复性测试，提高测试精度，甚至自动测评，减少人工误判，提高测试效率，来评价卫星导航载体的导航性能指标。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明一种实施例测试方法的流程图；

图2是本发明一种实施例测试系统的工作原理图；

图3是图2中所示测试系统中的卫星导航信号模拟系统的示意图；

图4是图3中所示卫星导航信号模拟系统中的数学仿真单元的结构框图；

图5是图3中所示卫星导航信号模拟系统中的信号仿真单元的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。此外，本领域技术人员根据本文件的描述，可以对本文件中实施例中以及不同实施例中的特征进行相应组合。

实施例一，结合图1至5所示，一种卫星导航载体实时闭环反馈测试方法，包括以下步骤：

S1，定位步骤：由卫星导航模拟系统实时生成卫星导航仿真信号，所述卫星导航载体根据卫星导航仿真信号进行定位；

S2，响应步骤：所述卫星导航载体接收并执行载体控制器下发的控制目标指令；

S3，判断处理步骤：判断卫星导航载体的导航是否受控，并进行记录，测试回到定位步骤；

依次循环测试，直到采集记录数据满足测试需求为止。通过卫星导航模拟系统实时生成卫星导航仿真信号，搭建一个卫星导航载体在任何环境、任何时刻、任何场地都可以测试的环境体系。

进一步地，如图3所示，所述卫星导航模拟系统依次信号连接的仿真控制单元、数学仿真单元、信号仿真单元，所述仿真控制单元，用于控制仿真节拍和配置卫星导航载体轨迹仿真参数；数学仿真单元，根据所述仿真参数计算卫星导航的仿真数据；信号仿真单元，将所述数学仿真单元生成的仿真数据转换成卫星导航载体能接收到的射频导航信号。

进一步地，如图3所示，所述卫星导航模拟系统还包括信号功率控制单元，用于控制射频导航信号的输出功率衰减范围，所述信号功率控制单元包括数字信号功率控制模块和可程控衰减器功率控制模块，所述数字信号功率控制模块，在数字基带部分对卫星导航仿真信号功率进行控制。所述可程控衰减器功率控制模块，用于对合路输出的卫星导航仿真信号进行整体的0～90dB范围的功率衰减控制。其中，如图4所示，所述数学仿真单元，包括时空系统模型、卫星轨道及钟差计算模型、用户仿真、基本观测数据生成模型、空间环境模型、多径模型、电文生成模型。如图5所示，所述信号仿真单元包括基带信号仿真模块和上变频模块，所述基带信号仿真模块根据导航卫星观测数据产生基带导航信号，上变频模块将基带导航信号上变频为射频导航信号。所述基带信号仿真模块采用数字信号处理技术完成，由FPGA和DAC组成，共同完成数字基带信号的精密延迟控制和码、载波相位控制。所述仿真控制单元还包括实时显示仿真状态的监测模块。所述仿真控制单元还包括相互连接的用户界面、可视化、场景配置与管理模块，无人机参数配置模块，仿真控制与参数设置模块和天线阵列参数配置模块。所述仿真控制单元还包括自校准模块，用于完成时延、功率参数的自动校准。仿真控制单元是操作控制中心，运行于仿真控制计算机中，实现导航信号仿真的协同管理，以保证各组成部分之间的协调性和同步性。本实施例中，数学仿真单元在测试中构建了一个良好的测试条件。

进一步地，在其他实施例中，用户轨迹参数配置单元包括静止、车载、舰船、飞机和导弹中至少一个运动模型，也就是说自主卫星导航载体可以为带卫星导航系统的无人机、无人汽车、无人舰船，甚至是导弹等。具体地，载体控制器发送的控制目标指令包括运动指令，卫星导航载体根据运动指令到达目的地时，卫星导航载体发送当前坐标。

具体地，控制目标指令包括制动指令，卫星导航载体根据制动指令进行制动，执行制动时间，并实时发送当前坐标，比如进行悬停状态，看卫星导航载体的执行状态，来判断他的导航受控情况。

另一实施例中，还可以进行卫星导航载体的自动测评，更优化的，在响应步骤中，卫星导航载体发送执行所述控制目标指令后的当前坐标，在判断处理中：判断卫星导航载体的当前坐标与所述控制目标指令中的目的地坐标是否一致，以此来提高测试精度。在该测试方法中，加入一个控制计算机，可同步接收载体控制器发送的控制目标指令，和卫星导航载体的当前坐标，如此，在所述判断处理步骤中，若当前坐标与控制目标指令中的目的地坐标一致，则记录为0，根据测试总次数与记录0的次数进行合格率统计，根据合格率与预设值比较判断卫星导航载体是否合格；或者在所述判断处理中，若当前坐标与控制目标指令中的目的地坐标存在偏离，则记录为1，根据测试总次数与记录1的次数进行不良率统计，根据不良率与预设值比较判断卫星导航载体是否合格。

进一步地，所述判断处理步骤中，还包括判断响应时间，判断控制目标指令发送时间，与卫星导航载体第一次返回当前坐标的时间差，如所述时间差大于预设的响应时间，则该卫星导航载体不合格。当然，还可以通过对卫星导航载体的速度或加速度的测试，来判断卫星导航载体是否合格。如通过控制目标指令发射一个卫星导航载体的运行速度或加速度，然后测试卫星导航载体的速度或加速度与控制目标指令中的速度或加速度是否在预设范围内，若一致或偏差在预设范围内则卫星导航载体合格，否则不合格。

更进一步地，所述判断处理步骤中，若有偏离，则发送修正指令，卫星导航载体执行修正指令，并再发送修正后的当前坐标，比较修正后的当前坐标与目标坐标是否一致，该单次测试结束，进行下一次测试。

进一步地，卫星导航载体通过2.4G、5.8G、Zigbee、蓝牙、Wifi、红外、3G、4G、5G、UWB中的任意一种无线方式与控制器通信。

进一步地，卫星导航模拟系统生成BDS、GPS、GLONASS、GALILEO中的至少任意一种卫星导航仿真信号。

本实施例中开启卫星导航载体的工作状态，通过卫星导航模拟系统实时生成持续的卫星导航仿真信号，卫星导航载体接收卫星导航仿真信号进行定位，即接收的卫星导航仿真信号比真实卫星导航信号要稳定，信号强；载体控制器，即各类遥控设备，对卫星导航载体发送遥控控制目标指令，卫星导航载体在卫星导航仿真信号下执行控制目标指令，从而判断卫星导航载体的导航是否受控情况，并进行记录，测试回到定位步骤；依次循环测试，直到采集记录数据满足测试需求为止。还可以设置自动测评系统，卫星导航载体实时上报它的当前坐标，控制计算机同步接收可同步接收载体控制器发送的控制目标指令和卫星导航载体的当前坐标，如此，在卫星导航载体的导航是否受控的判断处理步骤中，可进一步判断当前坐标与控制目标指令中的目的地坐标一致，提高测试精度，与测试准确度，减少人工误判。

本发明技术方案通过模拟卫星导航载体的卫星导航仿真信号进行的导航闭环反馈测试，不受室外严寒酷暑、风速、温度等天气的影响，也不受室外场地的大小、布局、障碍物等外部环境限制，随时随地可以在室外进行多次重复性测试，提高测试精度，甚至自动测评，减少人工误判，提高测试效率，来评价卫星导航载体的导航性能指标。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种卫星导航载体实时闭环反馈测试方法，其特征在于：包括以下步骤：

定位步骤：卫星导航模拟系统实时生成卫星导航仿真信号，所述卫星导航载体接收卫星导航仿真信号进行定位；

响应步骤：所述卫星导航载体接收并执行载体控制器下发的控制目标指令；

判断处理：判断卫星导航载体的导航是否受控，并进行记录，测试回到定位步骤；

依次循环测试，直到采集记录数据满足测试需求为止。

2.根据权利要求1所述的卫星导航载体实时闭环反馈测试方法，其特征在于：所述卫星导航模拟系统依次信号连接的仿真控制单元、数学仿真单元、信号仿真单元，

所述仿真控制单元，用于控制仿真节拍和配置卫星导航载体轨迹仿真参数；

数学仿真单元，根据所述仿真参数计算卫星导航的仿真数据；

信号仿真单元，将所述数学仿真单元生成的仿真数据转换成卫星导航载体能接收到的射频导航信号。

3.根据权利要求2所述的卫星导航载体实时闭环反馈测试方法，其特征在于：所述卫星导航载体轨迹仿真参数包括车载、舰船、飞行器、无人机、飞机和导弹中至少一个运动模型。

4.根据权利要求1所述的卫星导航载体实时闭环反馈测试方法，其特征在于：在响应步骤中，卫星导航载体发送执行所述控制目标指令后的当前坐标，在判断处理中：判断卫星导航载体的当前坐标与所述控制目标指令中的目的地坐标是否一致。

5.根据权利要求4所述的卫星导航载体实时闭环反馈测试方法，其特征在于：控制目标指令包括运动指令，卫星导航载体根据运动指令到达目的地时，卫星导航载体发送当前坐标；或者控制目标指令包括制动指令，卫星导航载体根据制动指令进行制动，执行制动时间，并实时发送当前坐标。

6.根据权利要求5所述的卫星导航载体实时闭环反馈测试方法，其特征在于：在所述判断处理步骤中，若当前坐标与控制目标指令中的目的地坐标一致，则记录为0，根据测试总次数与记录0的次数进行合格率统计，根据合格率与预设值比较判断卫星导航载体是否合格；或者在所述判断处理步骤中，若当前坐标与控制目标指令中的目的地坐标存在偏离，则记录为1，根据测试总次数与记录1的次数进行不良率统计，根据不良率与预设值比较判断卫星导航载体是否合格。

7.根据权利要求4所述的卫星导航载体实时闭环反馈测试方法，其特征在于：在所述判断处理步骤中，还包括判断响应时间，判断控制目标指令发送时间，与卫星导航载体第一次返回当前坐标的时间差，如所述时间差大于预设的响应时间，则该卫星导航载体不合格。

8.根据权利要求6所述的卫星导航载体实时闭环反馈测试方法，其特征在于：若当前坐标与控制目标指令中的目的地坐标有偏离，则发送修正指令，卫星导航载体执行修正指令，并再发送修正后的当前坐标，比较修正后的当前坐标与目标坐标是否一致，该单次测试结束，进行下一次测试。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的卫星导航载体实时闭环反馈测试方法，其特征在于：卫星导航载体通过2.4G、5.8G、Zigbee、蓝牙、Wifi、红外、3G、4G、5G、UWB中的任意一种无线方式与载体控制器通信。

10.根据权利要求9所述的卫星导航载体实时闭环反馈测试方法，其特征在于：卫星导航模拟系统生成BDS、GPS、GLONASS、GALILEO中的至少一种卫星导航仿真信号。