CN110515100A - 复杂干扰环境下多阵元rtk接收机测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种复杂干扰环境下RTK接收机测试方法，属于卫星导航技术领域，测试时，先测试基准站接收机，再测试移动站接收机；先在测试基准站接收机时，串口数据同步采集回放模块同步采集基准站RTK接收机的RTCM原始观测数据；再在测试移动站接收机时，串口数据同步采集回放模块同步回放采集的基准站接收机的RTCM原始观测数据给移动站接收机，供其完成RTK高精度定位解算。有益效果在于，等效于移动站和基准站接收机同时接收相同的卫星信号和相同的干扰，从而获得在复杂电磁环境系统中分别测试基准站和移动站的抗干扰性能测试数据，在受干扰等环境下亦能持续提供百分百可用的高精度导航。
Description
技术领域
本发明涉及一种复杂干扰环境下多阵元RTK接收机测试方法，属于卫星导航技术领域。
背景技术
目前，RTK高精度卫星导航利用路基增强辅助信号可以实现厘米级甚至更高的导航定位性能，随着全球空间卫星及多个信号频度的丰富，特别是伴随着自动驾驶、精准农业、智能交通等市场需求的繁荣，高精度卫星导航的应用日益广泛。但是RTK高精度卫星导航非常脆弱，在复杂环境如城市峡谷等信号完全受遮挡、受干扰等环境下无法持续提供百分百可用的高精度导航，突如其来的无线电干扰可瞬间让高精度定位结果恶化到米级。
随着北斗导航抗干扰技术的发展，目前RTK接收机已经具备了一定的抗干扰能力，可以利用天线阵对多个干扰信号进行空域滤波抑制后，再进行高精度定位处理。对于此类接收机，其抗干扰性能的测试是个难题。研发测试可以用有线方式进行，但是整机的测试必须要进行无线测试。如果在外场接收真实卫星信号测试，干扰场地的选择是个问题，需要空旷场地，而且干扰角度的遍历性也不足，只能测试有限几个角度，再加上干扰实施时会对周围导航终端造成影响，所以在城市中进行外场测试具有诸多弊端，导致移动站和基准站接收机无法同时接收相同的卫星信号和相同的干扰，因此不是一个很好的方法。
目前国内不少研究所、用户机厂家已经建设了复杂电磁环境室内模拟系统，在微波暗室内布设多个导航天线和移动滑轨，利用多射频输出导航信号模拟源和多台干扰源，通过开关切换的方式实现卫星导航信号从多个方向辐射和不同来向干扰的遍历，是测试天线阵抗干扰接收机抗干扰性能的最好手段。但是目前仅用于单台多阵元接收机的抗干扰性能测试，没有用于多阵元RTK接收机测试，即用于测试移动站和基准站接收机同时接收相同的卫星信号和相同的干扰，所以本发明既无先例亦无其他技术启示。
发明内容
本发明针对复杂干扰环境下多阵元RTK接收机的抗干扰需求，提出一种在复杂电磁环境室内模拟系统下的测试方法，特别是一种复杂干扰环境下多阵元RTK接收机测试方法。
本发明的技术方案在于，包括设置在微波暗室环境中的导航天线群、移动滑轨、转台、、干扰天线群，还包括测试控制与评估系统、移动滑轨控制台、转台控制台、多射频输出导航信号源、开关矩阵、干扰源，测试控制与评估系统控制多射频输出导航信号源仿真测试场景下的导航信号，控制干扰源输出特定干扰信号，控制开关矩阵将多射频输出的卫星导航信号切换到可见卫星来向对应的导航天线群上，控制移动滑轨运动到特定的角度，控制转台模拟被测接收机的姿态角度；
还包括串口数据同步采集回放模块与被测的基准站RTK接收机、移动站RTK接收机，测试控制与评估系统控制RTK接收机上报定位数据；
测试时，先测试基准站RTK接收机，再测试移动站RTK接收机；两次测试的测试场景基本相同，仅仿真轨迹点不同和由此导致的干扰来向不同；
先在测试基准站RTK接收机时，串口数据同步采集回放模块同步采集基准站RTK接收机通过串口送出的符合RTCM格式的原始观测数据，包括每颗可见卫星的原始伪距观测值和原始载波相位观测值；
再在测试移动站RTK接收机时，串口数据同步采集回放模块同步回放采集的基准站RTK接收机的RTCM原始观测数据给移动站RTK接收机，供其完成RTK高精度定位解算。
所述的RTCM数据均带有周内秒时标，因此只要在测试时采集了基准站RTK接收机的RTCM原始观测数据，再回放给移动站RTK接收机，移动站RTK接收机在使用此RTCM原始观测数据时就会先对齐周内秒，再进行数据差分处理。因为两次测试仿真的卫星导航信号场景相同，干扰样式相同，干扰点位置和干扰功率相同，这等效于移动站和基准站接收机同时接收相同的卫星信号和相同的干扰，在受干扰等环境下亦能持续提供百分百可用的高精度导航，所以在复杂电磁环境系统中分别测试基准站和移动站的抗干扰性能时可行可信的。
本发明的系统由设置在微波暗室环境中的导航天线群、干扰天线群、移动滑轨、转台、被测的基准站RTK接收机、移动站RTK接收机，以及测试控制与评估系统、移动滑轨控制台、转台控制台、多射频输出导航信号源、开关矩阵、干扰源、串口数据同步采集回放模块构成；
测试控制与评估系统分别通过移动滑轨控制台与移动滑轨连接，通过转台控制台与转台连接，通过多射频输出导航信号源及开关矩阵与导航天线群连接，通过干扰源与干扰天线群连接；
测试控制与评估系统还通过串口数据同步采集回放模块与被测的基准站RTK接收机、移动站RTK接收机连接，被测的基准站RTK接收机、移动站RTK接收机将GGA数据直接反馈给测试控制与评估系统，将RTCM原始观测数据通过串口数据同步采集回放模块与测试控制与评估系统交互传输。
本发明包括以下步骤：
步骤1、在测试控制与评估系统上设置测试场景，确定仿真开始时间、仿真频点、卫星信号功率、所有的干扰源及其来向、干扰样式、干信比参数，选择基准站RTK接收机坐标和移动站RTK接收机移动轨迹，先选择被测接收机为基准站接收机进行测试；上述干扰来向、干信比均相对于基准站接收机而言的；
步骤2、测试控制与评估系统根据步骤1设置的参数，控制多射频输出导航信号源开始仿真对应的卫星导航信号，根据卫星信号功率和预存的空间衰减值设置多射频输出导航信号源的输出信号功率；
步骤3、测试控制与评估系统根据步骤1设置的参数，控制干扰源生成对应的干扰信号，根据干信比和预存的空间衰减校准值设置干扰信号功率；
步骤4、测试控制与评估系统根据当前时刻的可见卫星来向控制开关矩阵，将仿真的可见卫星信号切换到与真实来向近似的导航天线上；
步骤5、测试控制与评估系统根据各个干扰来向控制对应的干扰天线在移动滑轨上移动，使得最后干扰天线相对于放置在转台上的被测基准站RTK接收机相位中心点的方位角与测试场景设置的参数一致；
步骤6、测试控制与评估系统设置被测基准站RTK接收机通过串口输出RTCM原始观测数据、GGA定位结果；
步骤7、测试控制与评估系统记录存储基准站RTK接收机的RTCM原始观测数据，还接收GGA数据并与多射频输出导航信号源仿真的坐标进行比对，评估出基准站RTK接收机的定位精度；
步骤8、选择被测接收机为移动站RTK接收机，设置移动站RTK接收机相对于基准站RTK接收机的运动轨迹；
步骤9、测试控制与评估系统根据移动站RTK接收机的轨迹、各个干扰相对于基准站RTK接收机的仰角、方位角，计算得到各个干扰相对于移动站RTK接收机的仰角、方位角；根据相对于基准站RTK接收机的干信比和移动站RTK接收机相对于基准站RTK接收机的轨迹，计算相对于移动站RTK接收机的干信比；
步骤10、测试控制与评估系统控制多射频输出导航信号源开始仿真移动站RTK接收机轨迹对应的卫星导航信号，仿真时刻、仿真频点和信号功率，与步骤2中的相同；
步骤11、测试控制与评估系统根据步骤9计算的干信比，控制干扰源开始生成对应的干扰信号，干扰样式与步骤3的相同，根据干信比和预存的空间衰减校准值设置干扰信号功率；
步骤12、重复步骤4；
步骤13、测试控制与评估系统根据步骤9计算得到的各个干扰仰角和方位角，控制对应的干扰天线在移动滑轨上移动，使得最后干扰天线相对于放置在转台上的被测移动站RTK接收机相位中心点的方位角与计算值一致；
步骤14、测试控制与评估系统同步回放步骤7中采集的基准站RTK接收机的RTCM原始观测数据，通过串口数据同步采集模块输出给移动站RTK接收机，移动站RTK接收机利用RTCM原始观测数据和自身的原始观测数据进行RTK差分处理，设置被测移动站RTK接收机输出经过RTK差分处理后的GGA定位结果；
步骤15、测试控制与评估系统将步骤14收到的GGA定位结果与多射频输出导航信号源仿真的坐标进行比对，评估出移动站RTK接收机的定位精度。
步骤16 如果定位精度满足指标要求，则步进1dB增加干扰信号功率，重复步骤1到步骤15，直到定位精度超出指标要求，则满足定位精度指标要求的最大干扰信号功率对应的干信比就可以用来评估RTK接收机的抗干扰能力。
本发明的有益效果在于，因为两次测试仿真的卫星导航信号场景相同，干扰样式相同，干扰点位置和干扰功率相同，这等效于移动站和基准站接收机同时接收相同的卫星信号和相同的干扰，从而获得在复杂电磁环境系统中分别测试基准站和移动站的抗干扰性能测试数据，在受干扰等环境下亦能持续提供百分百可用的高精度导航，因此证明本发明是可行可信可推广的。
附图说明
图1为本发明系统结构图。
图2为干扰来向计算示意图。
具体实施方式
下面结合附图1至2对本发明的优选实施例作进一步说明，包括设置在微波暗室环境中的导航天线群、移动滑轨、转台、干扰天线群，还包括测试控制与评估系统、移动滑轨控制台、转台控制台、多射频输出导航信号源、开关矩阵、干扰源，测试控制与评估系统控制多射频输出导航信号源仿真测试场景下的导航信号，控制干扰源输出特定干扰信号，控制开关矩阵将多射频输出的卫星导航信号切换到可见卫星来向对应的导航天线群上，控制移动滑轨运动到特定的角度，控制转台模拟被测接收机的姿态角度；
还包括串口数据同步采集回放模块与被测的基准站RTK接收机、移动站RTK接收机，测试控制与评估系统控制RTK接收机上报定位数据；
测试时，先测试基准站RTK接收机，再测试移动站RTK接收机；两次测试的测试场景基本相同，仅仿真轨迹点不同和由此导致的干扰来向不同；
先在测试基准站RTK接收机时，串口数据同步采集回放模块同步采集基准站RTK接收机的RTCM原始观测数据；
再在测试移动站RTK接收机时，串口数据同步采集回放模块同步回放采集的基准站RTK接收机的RTCM原始观测数据给移动站RTK接收机，供其完成RTK高精度定位解算。
所述的RTCM数据均带有周内秒时标，因此只要在测试时采集了基准站RTK接收机的RTCM原始观测数据，再回放给移动站RTK接收机，移动站RTK接收机在使用此RTCM原始观测数据时就会先对齐周内秒，再进行数据差分处理。因为两次测试仿真的卫星导航信号场景相同，干扰样式相同，干扰点位置和干扰功率相同，这等效于移动站和基准站接收机同时接收相同的卫星信号和相同的干扰，在受干扰等环境下亦能持续提供百分百可用的高精度导航，所以在复杂电磁环境系统中分别测试基准站和移动站的抗干扰性能时可行可信的。
本发明的系统由设置在微波暗室环境中的导航天线群、干扰天线群、移动滑轨、转台、被测的基准站RTK接收机、移动站RTK接收机，以及测试控制与评估系统、移动滑轨控制台、转台控制台、多射频输出导航信号源、开关矩阵、干扰源、串口数据同步采集回放模块构成；如图1所示。
测试控制与评估系统分别通过移动滑轨控制台与移动滑轨连接，通过转台控制台与转台连接，通过多射频输出导航信号源及开关矩阵与导航天线群连接，通过干扰源与干扰天线群连接；
测试控制与评估系统还通过串口数据同步采集回放模块与被测的基准站RTK接收机、移动站RTK接收机连接，被测的基准站RTK接收机、移动站RTK接收机将GGA数据直接反馈给测试控制与评估系统，将RTCM原始观测数据通过串口数据同步采集回放模块与测试控制与评估系统交互传输。
图2是计算干扰来向实施例的一个示意图，等效于移动站和基准站接收机同时接收相同的卫星信号和相同的干扰，图中实施例只画出来干扰1的方位角，方位角A为干扰1相对于基准站RTK接收机的方位角，X轴为正东方向，Y轴为正北方向，L1为干扰1到基准站接收机之间的距离，L2为干扰1到移动站RTK接收机之间的距离。
方位角B=arcsin（L1sinA/L2）
仰角计算和其余干扰来向的计算都可以利用三角函数来算出。
测试场景中的干信比是相对于基准站RTK接收机而言的，对于移动站RTK接收机，需要考虑距离干扰源的不同引入的干扰功率变化。以图2为例，移动站的干扰功率变化为：
20log(L2)-20log(L1)；
测试移动站时，干扰功率就应该加上这个变化。
本发明包括以下步骤：
步骤1、在测试控制与评估系统上设置测试场景，确定仿真开始时间、仿真频点、卫星信号功率、所有的干扰源及其来向、干扰样式、干信比参数，选择基准站RTK接收机坐标和移动站RTK接收机移动轨迹，先选择被测接收机为基准站接收机进行测试；上述干扰来向、干信比均相对于基准站接收机而言的；
步骤2、测试控制与评估系统根据步骤1设置的参数，控制多射频输出导航信号源开始仿真对应的卫星导航信号，根据卫星信号功率和预存的空间衰减值设置多射频输出导航信号源的输出信号功率；
步骤3、测试控制与评估系统根据步骤1设置的参数，控制干扰源生成对应的干扰信号，根据干信比和预存的空间衰减校准值设置干扰信号功率；
步骤4、测试控制与评估系统根据当前时刻的可见卫星来向控制开关矩阵，将仿真的可见卫星信号切换到与真实来向近似的导航天线上；
步骤5、测试控制与评估系统根据各个干扰来向控制对应的干扰天线在移动滑轨上移动，使得最后干扰天线相对于放置在转台上的被测基准站RTK接收机相位中心点的方位角与测试场景设置的参数一致；
步骤6、测试控制与评估系统设置被测基准站RTK接收机通过串口输出RTCM原始观测数据、GGA定位结果；
步骤7、测试控制与评估系统记录存储基准站RTK接收机的RTCM原始观测数据，还接收GGA数据并与多射频输出导航信号源仿真的坐标进行比对，评估出基准站RTK接收机的定位精度；
步骤8、选择被测接收机为移动站RTK接收机，设置移动站RTK接收机相对于基准站RTK接收机的运动轨迹；
步骤9、测试控制与评估系统根据移动站RTK接收机的轨迹、各个干扰相对于基准站RTK接收机的仰角、方位角，计算得到各个干扰相对于移动站RTK接收机的仰角、方位角；根据相对于基准站RTK接收机的干信比和移动站RTK接收机相对于基准站RTK接收机的轨迹，计算相对于移动站RTK接收机的干信比；
步骤10、测试控制与评估系统控制多射频输出导航信号源开始仿真移动站RTK接收机轨迹对应的卫星导航信号，仿真时刻、仿真频点和信号功率，与步骤2中的相同；
步骤11、测试控制与评估系统根据步骤9计算的干信比，控制干扰源开始生成对应的干扰信号，干扰样式与步骤3的相同，根据干信比和预存的空间衰减校准值设置干扰信号功率；
步骤12、重复步骤4；
步骤13、测试控制与评估系统根据步骤9计算得到的各个干扰仰角和方位角，控制对应的干扰天线在移动滑轨上移动，使得最后干扰天线相对于放置在转台上的被测移动站RTK接收机相位中心点的方位角与计算值一致；
步骤14、测试控制与评估系统同步回放步骤7中采集的基准站RTK接收机的原始观测数据，通过串口数据同步采集模块输出给移动站RTK接收机，移动站RTK接收机利用RTCM原始观测数据和自身的原始观测数据进行RTK差分处理，设置被测移动站RTK接收机输出经过RTK差分处理后的GGA定位结果；
步骤15、测试控制与评估系统将步骤14收到的GGA定位结果与多射频输出导航信号源仿真的坐标进行比对，评估出移动站RTK接收机的定位精度。
步骤16 如果定位精度满足指标要求，则步进1dB增加干扰信号功率，重复步骤1到步骤15，直到定位精度超出指标要求，则满足定位精度指标要求的最大干扰信号功率对应的干信比就可以用来评估RTK接收机的抗干扰能力。
Claims (4)
1.复杂干扰环境下多阵元RTK接收机测试方法，包括设置在微波暗室环境中的导航天线群、移动滑轨、转台、干扰天线群，还包括测试控制与评估系统、移动滑轨控制台、转台控制台、多射频输出导航信号源、开关矩阵、干扰源，测试控制与评估系统控制多射频输出导航信号源仿真测试场景下的导航信号，控制干扰源输出特定干扰信号，控制开关矩阵将多射频输出的卫星导航信号切换到可见卫星来向对应的导航天线群上，控制移动滑轨运动到特定的角度，控制转台模拟被测接收机的姿态角度，其特征是：
还包括串口数据同步采集回放模块与被测的基准站RTK接收机、移动站RTK接收机，测试控制与评估系统控制RTK接收机上报定位数据；
测试时，先测试基准站RTK接收机，再测试移动站RTK接收机；
先在测试基准站RTK接收机时，串口数据同步采集回放模块同步采集基准站RTK接收机通过串口输出的符合RTCM格式的原始观测数据，包括每颗可见卫星的伪距观测值和载波相位观测值；
再在测试移动站RTK接收机时，串口数据同步采集回放模块同步回放采集的基准站RTK接收机的RTCM原始观测数据给移动站RTK接收机，供其完成RTK高精度定位解算。
2.根据权利要求1所述的复杂干扰环境下多阵元RTK接收机测试方法，其特征是：
所述的RTCM原始观测数据均带有周内秒时标，因此只要在测试时采集了基准站RTK接收机的RTCM原始观测数据，再回放给移动站RTK接收机，移动站RTK接收机在使用此RTCM原始观测数据时就会先对齐周内秒，再进行数据差分处理。
3.根据权利要求1所述的复杂干扰环境下多阵元RTK接收机测试方法，其特征包括以下系统：
由设置在微波暗室环境中的导航天线群、干扰天线群、移动滑轨、转台、被测的基准站RTK接收机、移动站RTK接收机，以及测试控制与评估系统、移动滑轨控制台、转台控制台、多射频输出导航信号源、开关矩阵、干扰源和串口数据同步采集回放模块构成；
测试控制与评估系统分别通过移动滑轨控制台与移动滑轨连接，通过转台控制台与转台连接，通过多射频输出导航信号源及开关矩阵与导航天线群连接，通过干扰源与干扰天线群连接；
测试控制与评估系统还通过串口数据同步采集回放模块与被测的基准站RTK接收机、移动站RTK接收机连接，被测的基准站RTK接收机、移动站RTK接收机将GGA数据通过串口直接反馈给测试控制与评估系统，将RTCM原始观测数据通过串口数据同步采集回放模块与测试控制与评估系统交互传输。
4.根据权利要求1至3任一项所述的复杂干扰环境下多阵元RTK接收机测试方法，其特征包括以下步骤：
步骤1、在测试控制与评估系统上设置测试场景，确定仿真开始时间、仿真频点、卫星信号功率、所有的干扰源及其来向、干扰样式、干信比参数，选择基准站RTK接收机坐标和移动站RTK接收机移动轨迹，先选择被测接收机为基准站RTK接收机进行测试；
步骤2、测试控制与评估系统根据步骤1设置的参数，控制多射频输出导航信号源开始仿真对应的卫星导航信号，根据卫星信号功率和预存的空间衰减值设置多射频输出导航信号源的输出信号功率；
步骤3、测试控制与评估系统根据步骤1设置的参数，控制干扰源生成对应的干扰信号，根据干信比和预存的空间衰减校准值设置干扰信号功率；
步骤4、测试控制与评估系统根据当前时刻的可见卫星来向控制开关矩阵，将仿真的可见卫星信号切换到与真实来向近似的导航天线上；
步骤5、测试控制与评估系统根据各个干扰来向控制对应的干扰天线在移动滑轨上移动，使得最后干扰天线相对于放置在转台上的被测基准站RTK接收机相位中心点的方位角与测试场景设置的参数一致；
步骤6、测试控制与评估系统设置被测基准站RTK接收机通过串口输出RTCM原始观测数据、GGA定位结果；
步骤7、测试控制与评估系统记录通过串口数据同步采集回放模块采集存储基准站RTK接收机输出的RTCM原始观测数据，另外接收GGA数据并与多射频输出导航信号源仿真的坐标进行比对，评估出基准站RTK接收机的定位精度；
步骤8、选择被测接收机为移动站RTK接收机，设置移动站RTK接收机相对于基准站RTK接收机的运动轨迹；
步骤9、测试控制与评估系统根据移动站RTK接收机的轨迹、各个干扰相对于基准站RTK接收机的仰角、方位角，计算得到各个干扰相对于移动站RTK接收机的仰角、方位角；根据相对于基准站RTK接收机的干信比和移动站RTK接收机相对于基准站RTK接收机的轨迹，计算相对于移动站RTK接收机的干信比；
步骤10、测试控制与评估系统控制多射频输出导航信号源开始仿真移动站RTK接收机轨迹对应的卫星导航信号，仿真时刻、仿真频点和信号功率，与步骤2中的相同；
步骤11、测试控制与评估系统根据步骤9计算的干信比，控制干扰源开始生成对应的干扰信号，干扰样式与步骤3的相同，根据干信比和预存的空间衰减校准值设置干扰信号功率；
步骤12、重复步骤4；
步骤13、测试控制与评估系统根据步骤9计算得到的各个干扰仰角和方位角，控制对应的干扰天线在移动滑轨上移动，使得最后干扰天线相对于放置在转台上的被测移动站RTK接收机相位中心点的方位角与计算值一致；
步骤14、测试控制与评估系统同步回放步骤7中采集的基准站RTK接收机的RTCM原始观测数据，通过串口数据同步采集回放模块输出给移动站RTK接收机，移动站RTK接收机利用RTCM原始观测数据和自身的原始观测数据进行RTK差分处理，设置被测移动站RTK接收机输出经过RTK差分处理后的GGA定位结果；
步骤15、测试控制与评估系统将步骤14收到的GGA定位结果与多射频输出导航信号源仿真的轨迹坐标进行比对，评估出移动站RTK接收机的定位精度；
步骤16、 如果定位精度满足指标要求，则步进1dB增加干扰信号功率，重复步骤1到步骤15，直到定位精度超出指标要求，则满足定位精度指标要求的最大干扰信号功率对应的干信比就可以用来评估RTK接收机的抗干扰能力。
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