CN109633700A - 一种多gps接收机授时精度测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多GPS接收机授时精度测试方法，涉及导航系统技术领域。本发明提供了一种多GPS接收机授时精度测试方法，实现了单个GPS接收机的授时误差和秒脉冲精度分析，以及多GPS接收机的授时精度测试与分析。

Description

一种多GPS接收机授时精度测试方法
技术领域
本发明涉及导航系统技术领域，具体涉及一种多GPS接收机授时精度测试方法。
背景技术
GPS接收机是接收全球定位系统卫星信号并确定地面空间位置的仪器。GPS卫星发送的授时和导航定位信号，是一种可供无数用户共享的信息资源。对于陆地、海洋和空间的广大用户，只要能够拥有接收、跟踪、变换和测量GPS信号的接收设备，即GPS信号接收机。目前，国内外研发的GPS信号接收机厂家包括Novtel、Trimble、北斗星通、华丽创通、蓝天星空、北京航宇等厂家，不同厂家的性能指标均有差异，目前我公司使用GPS接收机进行授时功能，作为系统的时间基准，为了保证GPS时间连续性和准确定，需要同时对不同厂家的多个GPS接收机授时精度进行测试和对比分析。
在GPS信号接收机模块使用过程中，出现了GPS时间不连续以及时间倒退的现象。因此急需研制一套GPS接收机授时连续性和准确性分析的测试系统，实现单个导航模块和多个导航模块授时连续性和准确性分析，完成导航模块授时性能评价。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何有效评估GPS接收机模块授时性能指标，避免产品缺陷在装机后出现。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种多GPS接收机授时精度测试方法，包括以下步骤：
步骤1：将9个GPS天线分别接入1分9的隔直功分器的输入端，将被测的GPS接收机接入GPS数据采集模块并将GPS天线接到各GPS接收机的端口；
步骤2：GPS数据采集模块通过RS-232串口和I/O端口，获取每个GPS接收机输出的GPS时间、PV信号和PPS秒脉冲信号，GPS接收机定位后，也即PV信号有效时，GPS数据采集模块判断PPS秒脉冲信号时间间隔误差，若相邻的秒脉冲信号时间间隔不在995ms～1005ms之间，则判定为PPS秒脉冲信号合格并继续执行下一步骤，否则认为不合格然后结束；
步骤3、GPS数据采集模块将PPS秒脉冲信号合格信息、秒脉冲信号时间间隔信息、GPS接收机定位数据和GPS接收机编号进行组包，并发送给计算机模块；
步骤4：计算机模块接收来自GPS数据采集模块的信息，一方面将原始数据存储在硬盘模块中；另一方面按照协议对信息进行解析，得到GPS时间，并比较同一GPS接收机的GPS时间间隔，若时间间隔大于50ms，则输出GPS时间错误数据，判定GPS时间不连续，打印GPS时间间隔以及GPS接收机编号，否则继续比较下一个GPS接收机的GPS时间间隔直至比较完毕；
步骤5、计算机模块比较多个GPS接收机的定位时间：时间同步的起点为GPS接收机均定位的时刻，按照协议解析GPS时间，并比较不同GPS接收机相同数据包编号的时间信息，如果GPS时间差大于50ns，则输出GPS接收机编号以及异常GPS时间信息，认为对应GPS接收机的授时同步性差。
优选地，步骤5之后还包括：计算机模块通过RS-232串口将GPS接收机编号以及对应的授时精度评价结果输出。
优选地，所述GPS数据采集模块将组包信息通过LBE总线发送给计算机模块。
优选地，所述GPS数据采集模块采用FPGA实现，为每路RS-232的发送和接收各提供1K数据缓存，采用乒乓结构实现数据的无缝对接。
优选地，所述FPGA为赛灵思2V1000系列芯片，实现9路RS-232串口、18路I/O输入以及LBE通讯接口电路。
优选地，所述隔直功分器、GPS接收机、GPS数据采集模块均位于一机箱内。
(三)有益效果
本发明提供了一种多GPS接收机授时精度测试方法，实现了单个GPS接收机的授时误差和秒脉冲精度分析，以及多GPS接收机的授时精度测试与分析。
附图说明
图1是本发明一种多GPS接收机授时精度测试方法中GPS接收机测试系统原理框图；
图2是本发明一种多GPS接收机授时精度测试方法中GPS数据采集模块原理框图；
图3是本发明一种多GPS接收机授时精度测试方法中GPS授时数据分析与记录流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本发明提供的一种多GPS接收机授时精度测试方法基于一种测试系统硬件平台实现，系统框图具体见图1。测试系统组成包括总线底板、信号转接板、计算机模块、GPS数据采集模块、GPS功分器、GPS天线、硬盘模块、电源模块和笔记本电脑。GPS信号经过功分器接入GPS接收机(被测产品)中，GPS接收机将GPS数据、定位状态和秒脉冲信号，通过串口和IO端口接入GPS数据采集板，GPS数据采集板将定位信息处理、组包后发送给计算机模块，计算机模块一方面对原始数据进行存储在硬盘模块中；另一方面对数据进行解析和处理，获取多个接收机的GPS时间授时精度信息，通过计算机模块实时打印输出至显示器。
其次，研制的GPS数据采集模块，模块框图具体见图2。该模块基于赛灵思2V1000系列芯片，实现9路RS-232串口、18路I/O输入以及LBE通讯接口电路。GPS接收机安装在GPS数据采集模块上，通过RS-232进行定位数据的采集，FPGA为每路RS-232的发送和接收各提供1K数据缓存，采用乒乓结构实现数据的无缝对接；GPS模块的定位成功标志信号和秒脉冲信号接入FPGA的I/O引脚，实现对GPS模块定位状态和秒脉冲信号的采集，并对数据进行编号、组包，通过LBE接口发送给计算机模块。
最后，设计GPS授时数据分析与记录流程，该流程在计算机模块中实现，流程图见图3。GPS数据分析与记录过程是通过LBE总线接收数据采集模块获取的GPS接收机信息，将数据存入硬盘模块中，便于事后分析；另外，GPS数据分析与记录过程实时对多个GPS接收机信息进行解析、数据处理，一方面获取同一接收机模块的GPS时间间隔和秒脉冲时间间隔，通过串口进行对外打印，判断GPS时间连续性和秒脉冲时间准确性；另一方面通过获取不同GPS接收机的相同编号的GPS时间，判断不同接收机的GPS时间同步性。
基于上述测试系统实现的多GPS接收机授时精度测试方法包括以下步骤：
实施步骤1：按照图1进行测试系统搭建，将外部的GPS天线接入1分9的隔直功分器的输入端，将被测的GPS接收机接入GPS数据采集板并将天线接到1-9端口，完成被测GPS接收机接入测试系统；
实施步骤2：系统加电，GPS数据采集模块通过RS-232串口和I/O端口，获取每个接收机输出的GPS时间、PV信号和PPS秒脉冲信号。GPS接收机定位后，也即PV信号有效，GPS数据采集模块判断PPS秒脉冲时间间隔误差，若相邻的秒脉冲时间间隔不在995ms～1005ms之间，判定为PPS秒脉冲合格。将PPS秒脉冲合格信息、秒脉冲时间间隔信息、GPS接收机定位数据和GPS接收机编号进行组包，并通过LBE总线发送给计算机模块。
实施步骤3：计算机模块接收GPS数据采集模块的信息，一方面将原始数据存储在硬盘模块中，便于事后分析；另一方面按照协议对数据进行解析出GPS时间，并比较同一GPS接收机的GPS时间间隔，时间间隔大于50ms，计算机模块输出GPS时间错误数据，判定GPS时间不连续，打印GPS时间间隔以及GPS接收机编号；比较多个GPS接收模块的定位时间，时间同步的起点为GPS接收机均定位(PV有效)，计算机模块按照协议解析GPS时间，并比较不同模块相同数据包编号的时间信息，如果GPS时间差大于50ns，输出GPS模块编号以及异常GPS时间信息，认定该GPS模块授时同步性差。
实施步骤4：计算机模块通过步骤3的数据处理，获取了同一接收机授时连续性和秒脉冲精度评价结果；获取多个GPS接收机的授时精度评价结果，通过RS-232串口将GPS编号以及评价结果输出至计算机中。
通过测试，完成了9个GPS接收机模块的授时精度评估，发现1个厂家的GPS接收机出现时间倒退4s问题，发现1个厂家的GPS接收机出现了GPS时间丢35s，经过厂家修正软件后，两个厂家的GPS时间倒退和丢失问题解决，GPS接收机授时精度满足要求，在后续的飞行试验验证中，GPS接收机授时精度验证一次成功。
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，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种多GPS接收机授时精度测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将9个GPS天线分别接入1分9的隔直功分器的输入端，将被测的GPS接收机接入GPS数据采集模块并将GPS天线接到各GPS接收机的端口；
步骤2：GPS数据采集模块通过RS-232串口和I/O端口，获取每个GPS接收机输出的GPS时间、PV信号和PPS秒脉冲信号，GPS接收机定位后，也即PV信号有效时，GPS数据采集模块判断PPS秒脉冲信号时间间隔误差，若相邻的秒脉冲信号时间间隔不在995ms～1005ms之间，则判定为PPS秒脉冲信号合格并继续执行下一步骤，否则认为不合格然后结束；
步骤3、GPS数据采集模块将PPS秒脉冲信号合格信息、秒脉冲信号时间间隔信息、GPS接收机定位数据和GPS接收机编号进行组包，并发送给计算机模块；
步骤4：计算机模块接收来自GPS数据采集模块的信息，一方面将原始数据存储在硬盘模块中；另一方面按照协议对信息进行解析，得到GPS时间，并比较同一GPS接收机的GPS时间间隔，若时间间隔大于50ms，则输出GPS时间错误数据，判定GPS时间不连续，打印GPS时间间隔以及GPS接收机编号，否则继续比较下一个GPS接收机的GPS时间间隔直至比较完毕；
步骤5、计算机模块比较多个GPS接收机的定位时间：时间同步的起点为GPS接收机均定位的时刻，按照协议解析GPS时间，并比较不同GPS接收机相同数据包编号的时间信息，如果GPS时间差大于50ns，则输出GPS接收机编号以及异常GPS时间信息，认为对应GPS接收机的授时同步性差。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤5之后还包括：计算机模块通过RS-232串口将GPS接收机编号以及对应的授时精度评价结果输出。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述GPS数据采集模块将组包信息通过LBE总线发送给计算机模块。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述GPS数据采集模块采用FPGA实现，为每路RS-232的发送和接收各提供1K数据缓存，采用乒乓结构实现数据的无缝对接。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述FPGA为赛灵思2V1000系列芯片，实现9路RS-232串口、18路I/O输入以及LBE通讯接口电路。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述隔直功分器、GPS接收机、GPS数据采集模块均位于一机箱内。
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