CN106842241A - 一种高动态卫星导航接收机性能评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及卫星导航接收机测试评估技术，为解决高动态卫星导航接收机性能评估成本高、时间长、覆盖性不足等缺陷，本发明公开了一种高动态卫星导航接收机性能评估方法，其步骤是：针对全动态要求编辑测试场景，选择多模、多接口、有线/无线测试，进行定位精度、速度精度、伪距精度以及伪距率精度性能计算与评估，实现了经济、快速、全动态的接收机性能评估，其满足接收机研制生产过程中的性能评估要求。

Description

一种高动态卫星导航接收机性能评估方法

技术领域

本发明涉及卫星导航接收机测试评估技术，针对高动态接收机进行全动态范围的定位精度、速度精度、伪距精度以及伪距率精度计算，以实现对接收机性能的综合评价。

背景技术

卫星导航接收机是飞行器导航系统的核心部件，一般包括接收天线、信息处理机和连接电缆三部分组成。随着飞行器飞行速度、机动性能的不断提升，对接收机的动态要求也不断提高，进而对接收机的性能评估方法也有了新的要求。传统的接收机性能评估方法一般采用实际卫星信号进行测试，通过跑车实验或者飞机搭载等方式进行精度及动态性测试，但高动态接收机的飞行速度可以达到5000m/s、加速度可达1000m/s²、加加速度可达1000m/s³，传统测试方法没有办法达到如此之高的动态范围，其测试覆盖性不足。另一方面，传统测试方法无论是跑车实验还是飞机搭载，其测试准备工作繁琐、时间成本和人力成本均较高，不适合大规模生产。

此外，现有使用卫星导航信号模拟器的性能评估方法中通常针对单独某项动态要求进行性能评估，完成全部测试需多个场景重复测试，效率低下，且无法得到全动态的综合性能评估。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种经济、快速、可复现的高动态卫星导航接收机性能评估方法，使其满足接收机研制生产过程中的性能评估要求。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下的技术方案实现的，一种高动态卫星导航接收机性能评估方法，包括如下步骤：

1.全动态场景编辑

利用卫星导航信号模拟器，针对高动态卫星导航接收机的动态范围或特定测试需求，编写测试评估场景。测试场景不仅要覆盖全动态范围，而且应在空间和时间上具有足够的覆盖性以满足测试评估要求。

2.多模、多接口、有线/无线测试

针对接收机（多模型、抗干扰型、高动态型等）不同接口或者同一接口不同模式，进行针对性测试。同时根据产品组成和测试要求选择有线或者无线测试。

3.性能计算与评估

针对测试结果，选择测试场景标准数据进行对比，去除无效数据后计算定位精度、速度精度、伪距精度、伪距率精度等性能指标，并对接收机进行性能评估。

本发明方法与现有技术方法相比，其优点和有益效果是：

1）采用了卫星导航信号模拟器进行测试，最大限度的缩短了测试准备的时间、缩减测试成本；

2）全动态场景测试，采用一个场景覆盖全部动态指标要求，解决了传统测试覆盖性不足的问题，可有效的评估接收机的全动态性能；

3）使用标准测试数据进行比较，弥补了传统测试方法无标准数据的缺陷，进一步提高了性能评估的准确性。

附图说明

以下将结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明全动态场景加加速度、加速度、速度时序关系图;

图2是本发明测试系统连接框图。

具体实施方式

一种高动态卫星导航接收机性能评估方法，其步骤是：

1.全动态场景编辑

根据接收机的动态范围，按照飞行器运动模型在地球坐标系下编写动态测试场景。其中飞行器运动模型如下：

（1）

式中：——场景仿真步长；

，——飞行器第i步，第i-1步加加速度；

，——飞行器第i步，第i-1步加速度；

，——飞行器第i步，第i-1步速度；

，——飞行器第i步，第i-1步位置。

全动态场景中，加加速度、加速度、速度时序关系图如图1，同时需满足如下关系：

（2）

式中：——分别为加加速度正向最大开始时刻、正向最大结束时刻、反向最大开始时刻、反向最大结束时刻：

——最大加加速度；

——最大加速度；

——最大加速度。

通过合理设置公式（2）中的各项参数可以设计一个满足要求的全动态场景。

动态场景在空间上应分布各个方向、包含加速及减速过程，在时间上应将场景设置在具有普遍性的特征时间。

2.多模、多接口、有线/无线测试

根据图2将测试设备和被测的高动态接收机进行连接。

利用卫星导航信号模拟器选择不同的输出频点可以完成多模接收机不同模式的测试；选择不同接口连接可以完成抗干扰型接收机不同接口的测试；选择连接或不连接发送天线和接收天线可以完成有线/无线测试。

3.性能计算与评估

在剔除未定位和无效定位数据点后，定位精度是接收机使用导航信号测定的位置与其实际位置之差，速度精度是接收机量测速度与其实际速度之差。

伪距及伪距率精度理论上是接收机测定的伪距及伪距率与实际伪距及伪距率的差，但是实际测定的伪距中包含了接收机的钟差、伪距率中包含了接收机的钟差率，导致如果直接使用测定结果与实际结果做差无法得到准确的伪距及伪距率精度。针对这一问题计算过程中使用双差计算，计算公式如下：

（3）

式中：——第i号卫星实际伪距；

——第i号卫星所测定的伪距；

——第i号卫星的伪距差；

——第i号卫星与第j号卫星的伪距双差；

——第i号卫星实际伪距率；

——第i号卫星所测定的伪距率；

——第i号卫星的伪距率差；

——第i号卫星与第j号卫星的伪距率双差。

在测定值和实际值做差后再次做差以抵消由于钟差和钟差率所带来的误差，从而得到可靠的伪距及伪距率精度。

最后针对位置精度、速度精度、伪距精度、伪距率精度进行如下均方差计算：

（4）

式中：——第i个数据点的位置误差；

——位置误差的均值；

——导航接收机定位精度；

——第i个数据点的速度误差；

——速度误差的均值；

——导航接收机速度精度；

——第i个数据点的卫星j、k间的伪距双差；

——卫星j、k间的伪距双差的均值；

——卫星j、k间的伪距精度；

——第i个数据点的卫星j、k间的伪距率双差；

——卫星j、k间的伪距率双差的均值；

——卫星j、k间的伪距率双差精度；

——所有数据点的总数。

由此可以得到高动态卫星导航接收机性能综合评估指标。

本发明虽然已将实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (5)

1.一种高动态卫星导航接收机性能评估方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）全动态场景编辑；

利用卫星导航信号模拟器，针对高动态卫星导航接收机的动态范围或特定测试需求，编写测试评估场景；

2）多模、多接口、有线/无线测试；

针对接收机不同接口或者同一接口不同模式，进行针对性测试；同时根据产品组成和测试要求选择有线或者无线测试；

3）性能计算与评估；

针对测试结果，选择测试场景标准数据进行对比，去除无效数据后计算定位精度、速度精度、伪距精度、伪距率精度性能指标，并对接收机进行性能评估。

2.根据权利要求1所述的高动态卫星导航接收机性能评估方法，其特征在于：所述的步骤1）中，全动态场景中，加加速度、加速度、速度按照如下关系进行设计：

式中：——分别为加加速度正向最大开始时刻、正向最大结束时刻、反向最大开始时刻、反向最大结束时刻；——最大加加速度；——最大加速度；——最大加速度。

3.根据权利要求1所述的高动态卫星导航接收机性能评估方法，其特征在于：所述的步骤2）中，所述接收机采用多模型、抗干扰型或高动态型。

4.根据权利要求1所述的高动态卫星导航接收机性能评估方法，其特征在于：所述的步骤3）中在剔除未定位和无效定位数据点后，定位精度是接收机使用导航信号测定的位置与其实际位置之差，速度精度是接收机量测速度与其实际速度之差。

5.根据权利要求4所述的高动态卫星导航接收机性能评估方法，其特征在于：所述伪距及伪距率精度计算中采用双差计算公式：

式中：——第i号卫星实际伪距；——第i号卫星所测定的伪距；——第i号卫星的伪距差；——第i号卫星与第j号卫星的伪距双差；——第i号卫星实际伪距率；——第i号卫星所测定的伪距率；——第i号卫星的伪距率差；——第i号卫星与第j号卫星的伪距率双差。