CN110568461A - 一种卫星定位产品性能测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种卫星定位产品性能测试系统，包括通信连接的卫星信号模拟器和测试评估系统；测向精度测试时：卫星信号模拟器与被测卫星定位产品在屏蔽环境下通信，被测卫星定位产品与测试评估系统通信；基线测量精度测试时：卫星信号模拟器与两个被测卫星定位产品在屏蔽环境下通信，两个被测卫星定位产品均与测试评估系统通信；RTK测量精度测试和RTK初始化时间测试时：卫星信号模拟器与两个被测卫星定位产品在屏蔽环境下通信，一个被测卫星定位产品作为基站，另一个被测卫星定位产品作为移动站，移动站与基站在屏蔽环境下通信，移动站与测试评估系统通信。同时也公开了相应的方法。本发明克服了测量准确度高、方便快捷、重复性好。

Description

一种卫星定位产品性能测试系统及方法

技术领域

本发明涉及一种卫星定位产品性能测试系统及方法，属于卫星定位产品性能测试领域。

背景技术

近年来，随着我国北斗卫星体系全球化提供服务，卫星定位产品的应用日益广泛，尤其是高精度卫星定位产品应用需求迫切。现在采用外场测试检测卫星定位产品的性能，检测内容包括测向精度测试、基线测量精度测试、RTK测量精度测试和RTK初始化时间测试，由于外场测试中的测试环境、条件均是不可控的，因此测试稳定性较差。

发明内容

本发明提供了一种卫星定位产品性能测试系统及方法，解决了传统外场测试稳定性较差的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种卫星定位产品性能测试系统，包括通信连接的卫星信号模拟器和测试评估系统；

测向精度测试时：

卫星信号模拟器与被测卫星定位产品在屏蔽环境下通信，被测卫星定位产品与测试评估系统通信；

基线测量精度测试时：

卫星信号模拟器与两个被测卫星定位产品在屏蔽环境下通信，两个被测卫星定位产品均与测试评估系统通信；

RTK测量精度测试和RTK初始化时间测试时：

卫星信号模拟器与两个被测卫星定位产品在屏蔽环境下通信，一个被测卫星定位产品作为基站，另一个被测卫星定位产品作为移动站，移动站与基站在屏蔽环境下通信，移动站与测试评估系统通信。

卫星信号模拟器与被测卫星定位产品在屏蔽暗室内通信，移动站与基站在屏蔽暗室内通信。

测向精度测试时：

卫星信号模拟器：向被测卫星定位产品发送两路卫星信号，这两路卫星信号为不同位置的同步卫星信号；

被测卫星定位产品：根据两路卫星信号进行自身定位，并将定位数据发送给测试评估系统；

测试评估系统：将定位数据中被测卫星定位产品两天线间的方向角与两路卫星信号间的位置方向角比对，获得被测卫星定位产品的测向精度。

基线测量精度测试时：

卫星信号模拟器：向两个被测卫星定位产品分别发送两路卫星信号，这两路卫星信号为不同位置的同步卫星信号；

被测卫星定位产品：从卫星信号中采集原始观测数据，并将原始观测数据发送给测试评估系统；

测试评估系统：解析两路原始观测数据，得出两个被测卫星定位产品所在位置的线段长度，将解析后的线段长度与已知的长度比对，获得被测卫星定位产品基线测量精度。

RTK测量精度测试时：

卫星信号模拟器：向移动站和基站分别发送两路卫星信号，发往基站侧的卫星信号位置固定，发往移动站侧的卫星信号位置自由设定，两路卫星信号同步；

基站：根据卫星信号定位自身，将已知的基站位置坐标和基站定位数据中的定位位置坐标比较，获得差分更正数据，将差分更正数据发送给移动站；

移动站：根据卫星信号定位自身，并用差分更正数据修正移动站的定位数据，将修正后的定位数据发送给测试评估系统；

测试评估系统：将修正后的定位数据与已知位置数据比对，获得RTK测量精度。

RTK初始化时间测试时：

卫星信号模拟器：向移动站和基站分别发送两路卫星信号，发往基站侧的卫星信号位置固定，发往移动站侧的卫星信号位置自由设定，两路卫星信号同步；

基站：根据卫星信号定位自身，将已知的基站位置坐标和基站定位数据中的定位位置坐标比较，获得差分更正数据，将差分更正数据发送给移动站；

移动站：根据卫星信号定位自身，并用查分差分更正数据修正移动站的定位数据，将修正后的定位数据发送给测试评估系统；

测试评估系统：记录移动站从接收到差分更正数据到输出修正后定位数据的时间，获得RTK初始化时间。

一种卫星定位产品性能测试系统的方法，包括，

测向精度测试：

卫星信号模拟器向被测卫星定位产品发送两路卫星信号，这两路卫星信号为不同位置的同步卫星信号；

被测卫星定位产品根据两路卫星信号进行自身定位，并将定位数据发送给测试评估系统；

测试评估系统将定位数据中被测卫星定位产品两天线间的方向角与两路卫星信号间的位置方向角比对，获得被测卫星定位产品的测向精度；

基线测量精度测试：

卫星信号模拟器向两个被测卫星定位产品分别发送两路卫星信号，这两路卫星信号为不同位置的同步卫星信号；

两个被测卫星定位产品被测卫星定位产品从卫星信号中采集原始观测数据，并将原始观测数据发送给测试评估系统；

测试评估系统解析两路原始观测数据，得出两个被测卫星定位产品所在位置的线段长度，将解析后的线段长度与已知的长度比对，获得被测卫星定位产品基线测量精度；

RTK测量精度测试：

卫星信号模拟器向移动站和基站分别发送两路卫星信号，发往基站侧的卫星信号位置固定，发往移动站侧的卫星信号位置自由设定，两路卫星信号同步；

基站根据卫星信号定位自身，将已知的基站位置坐标和基站定位数据中的定位位置坐标比较，获得差分更正数据，将差分更正数据发送给移动站；

移动站根据卫星信号定位自身，并用查分差分更正数据修正移动站的定位数据，将修正后的定位数据发送给测试评估系统；

测试评估系统将修正后的定位数据与已知位置数据比对，获得RTK测量精度。

RTK初始化时间测试：

卫星信号模拟器向移动站和基站分别发送两路卫星信号，发往基站侧的卫星信号位置固定，发往移动站侧的卫星信号位置自由设定，两路卫星信号同步；

基站根据卫星信号定位自身，将已知的基站位置坐标和基站定位数据中的定位位置坐标比较，获得差分更正数据，将差分更正数据发送给移动站；

移动站根据卫星信号定位自身，并用查分差分更正数据修正移动站的定位数据，将修正后的定位数据发送给测试评估系统；

测试评估系统记录移动站从接收到差分更正数据到输出修正后定位数据的时间，获得RTK初始化时间。

本发明所达到的有益效果：本发明通过卫星信号模拟器模拟卫星信号，卫星信号在屏蔽环境下传输给被测卫星定位产品，被测卫星定位产品将结果输向测试评估系统，通过测试评估系统完成测向精度测试、基线测量精度测试、RTK测量精度测试和RTK初始化时间测试；本发明克服了场外测试环境、条件不可控的缺点，测量准确度高、方便快捷、重复性好。

附图说明

图1为测向精度测试时系统的结构框图；

图2为两天线间的方向角示意图；

图3为基线测量精度测试时系统的结构框图；

图4为RTK测量精度测试和RTK初始化时间测试时系统的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

一种卫星定位产品性能测试系统，包括通信连接的卫星信号模拟器和测试评估系统。

卫星信号模拟器支持2个端口输出，每端口每频点16个通道，可以用于产生12颗卫星信号及4个多径信号，支持BD/GPS 等星座任意频点组合的信号输出，提供高稳定度的标准1PPS脉冲信号和10MHz时钟信号输出，能满足多飞行器编队飞行导航测试以及各类多终端协同导航测试的应用需求。

测试评估系统为现有的系统，该系统包括国防科技大学联合湖南矩阵电子科技有限公司提供GNSS测试评估软件（ReceiverTest）和国内主流的测量型接收机厂家（南方测绘、上海华测、上海司南、中海达）提供的基线解析软件，除了测向精度测试、基线测量精度测试、RTK测量精度测试和RTK初始化时间测试功能外，还可对卫星信号模拟器播发的卫星信号参数进行控制，还可以根据测试结果生成测试报告。

在测向精度测试时，系统结构如图1所示，具体如下：

卫星信号模拟器与被测卫星定位产品在屏蔽环境下通信，被测卫星定位产品与测试评估系统通信。

为了造成屏蔽环境，可采用含暗室天线的屏蔽暗室，该屏蔽暗室的屏蔽性能≥80dB，静区内功率一致性小于±0.5dB，可屏蔽外界干扰信息，传递有效信息作用，可以满足无线环境下对有效信号的高质量传输需求。

被测卫星定位产品的主天线放在一个屏蔽暗室1内，与屏蔽暗室1内的暗室天线通信，屏蔽暗室1内的暗室天线连接卫星信号模拟器的一个输出端口，被测卫星定位产品的从天线放在一个屏蔽暗室2内，与屏蔽暗室2内的暗室天线通信，屏蔽暗室2内的暗室天线连接卫星信号模拟器的另一个输出端口。

卫星信号模拟器用以向被测卫星定位产品发送两路卫星信号，这两路卫星信号为不同位置的同步卫星信号，即仿真出的两路卫星信号所表示的位置不同。

被测卫星定位产品用以根据两路卫星信号进行自身定位，并将定位数据发送给测试评估系统。

测试评估系统用以将定位数据中被测卫星定位产品两天线间的方向角与两路卫星信号间的位置方向角比对，获得被测卫星定位产品的测向精度。

如图2所示，测向精度公式如下：

其中，为测向精度，为第i次测量时点B指向点A向量与正北方向的实际计算夹角，为点B指向点A向量与正北方向的已知夹角，即两路卫星信号间的位置方向角，R为线段 AB的长度，n为记录的测向精度测量结果数。

在基线测量精度测试时，系统结构如图3所示，具体如下：

卫星信号模拟器与两个被测卫星定位产品在屏蔽环境下通信，两个被测卫星定位产品均与测试评估系统通信。

两个被测卫星定位产品可以是天线与主机分体式的，也可以是天线与主机一体式的，每个卫星定位产品都有自己的定位天线，根据产品不同而不同，图1中的有两个天线，而这里仅一个天线即可。一体式时，将两个被测卫星定位产品放在两个屏蔽暗室，被测卫星定位产品与所在暗室的暗室天线通信，两个暗室天线分别连接卫星信号模拟器的两个输出端口。若为分体式时，只需将被测卫星定位产品天线放入暗室即可。

卫星信号模拟器用以向两个被测卫星定位产品分别发送两路卫星信号，这两路卫星信号为不同位置的同步卫星信号。

被测卫星定位产品用以从卫星信号中采集原始观测数据，并将原始观测数据发送给测试评估系统。

测试评估系统用以解析两路原始观测数据，得出两个被测卫星定位产品所在位置的线段长度（两卫星定位产品接收到仿真信号位置点间的距离）以及不同方向分量长度（线段长度在空间坐标轴上的分量长度，即X方向、Y方向、Z方向上的分量长度），将解析后的线段长度与已知的长度（两卫星定位产品位置点间的长度是已知的）比对，获得被测卫星定位产品基线测量精度，具体公式如下：

四个时段下的基线测量精度m _s 计算公式为：

其中：s ₀为已知基线长度，单位为毫米（mm）；为第个时段解算的基线长度，单位为 毫米（mm）。

在RTK测量精度测试和RTK初始化时间测试时，系统结构如图4所示，具体如下：

卫星信号模拟器与两个被测卫星定位产品在屏蔽环境下通信，一个被测卫星定位产品作为基站，另一个被测卫星定位产品作为移动站，移动站与基站在屏蔽环境下通信，移动站与测试评估系统通信。

基站和移动站的天线分别放置在两个屏蔽暗室中，并且与所在屏蔽暗室的暗室天线通信，两个暗室天线分别连接卫星信号模拟器的两个输出端口，基站的主机连接电台天线1，移动站的主机连接电台天线2，电台天线1和电台天线2通信，并且也放置在两个屏蔽暗室中。

RTK测量精度测试时：

卫星信号模拟器用以向移动站和基站分别发送两路卫星信号，发往基站侧的卫星信号位置固定，发往移动站侧的卫星信号位置自由设定，两路卫星信号同步。

基站用以根据卫星信号定位自身，将已知的基站位置坐标和基站定位数据中的定位位置坐标比较，获得差分更正数据，将差分更正数据发送给移动站。

移动站用以根据卫星信号定位自身，并用查分差分更正数据修正移动站的定位数据，将修正后的定位数据发送给测试评估系统；

测试评估系统用以将修正后的定位数据与已知位置数据（向移动站播发的卫星信号包含已知位置点所处卫星导航电文数据和星历数据）比对，获得RTK测量精度。

测试评估系统将修正后定位数据（该数据一般为WGS-84坐标系下的大地坐标数据）利用以下公式转化为空间直角坐标；

其中，（X，Y，Z）为单点定位的空间直角坐标，（B，L，H）为单点定位的大地坐标，即纬度、经度和大地高，其中大地高是海拔高和大地水准面高之和，N为单点定位的卯酉圈曲率半径；

其中，a=6378137m为地球长半径，为椭球偏心率，b= 6356752.3m为地球短半径；

RTK测量精度计算公式为：

其中，为RTK测量精度，为第i1次测量时点的空间直角坐标，为已知点的空间直角坐标，n1为RTK测量精度结果数。

RTK初始化时间测试时，卫星信号模拟器、基站和移动站的功能与RTK测量精度测试时一致；RTK初始化时间测试时，测试评估系统用以记录移动站从接收到差分更正数据到输出修正后定位数据的时间，获得RTK初始化时间。

上述系统的方法包括测向精度测试、基线测量精度测试、RTK测量精度测试和RTK初始化时间测试。

测向精度测试过程如下：

11）卫星信号模拟器向被测卫星定位产品发送两路卫星信号，这两路卫星信号为不同位置的同步卫星信号；

12）被测卫星定位产品根据两路卫星信号进行自身定位，并将定位数据发送给测试评估系统；

13）测试评估系统将定位数据中被测卫星定位产品两天线间的方向角与两路卫星信号间的位置方向角比对，获得被测卫星定位产品的测向精度。

将上述系统测向精度测试结果，如表1所示。

在外场测试中，需要对测向天线间的夹角进行精确测量，而精确测量的难点在于：（1）确定天线的相位中心难度较大，不同产品相位中心不同，然而，测量夹角需要测量天线的相位中心夹角；（2）测试夹角的设备本身的测量精度要求较高，分辨率至少需达到0.001°，测试设备很难找到；（3）测向精度是计算被测产品上报的方向角与已知方向角进行比较得出测向精度，但是实际外场测试中很难确定已知方向角；（4）对于不同产品测向天线间的距离要求不固定，搭建外场标准测试装置难度较大。因此在外场测向精度测试，比较困难，而从表1可看出，上述系统测试方便快捷准确的切换主从站的距离，测试条件一致性好。

基线测量精度测试过程如下：

21）卫星信号模拟器向两个被测卫星定位产品分别发送两路卫星信号，这两路卫星信号为不同位置的同步卫星信号；

22）两个被测卫星定位产品被测卫星定位产品从卫星信号中采集原始观测数据，并将原始观测数据发送给测试评估系统；

23）测试评估系统解析两路原始观测数据，得出两个被测卫星定位产品所在位置的线段长度，将解析后的线段长度与已知的长度比对，获得被测卫星定位产品基线测量精度；

将上述系统基线测量精度测试结果与外场测试结果进行比较，如表2所示。

从表2中可以看出，上述系统的基线测量精度较高，仿真时间对上述系统测试结果影响不明显，而外场测试因很难保证测试条件的可控性，致使测试结果受到有较大的影响。

RTK测量精度测试过程如下：

31）卫星信号模拟器向移动站和基站分别发送两路卫星信号，发往基站侧的卫星信号位置固定，发往移动站侧的卫星信号位置自由设定，两路卫星信号同步；

32）基站根据卫星信号定位自身，将已知的基站位置坐标和基站定位数据中的定位位置坐标比较，获得差分更正数据，将差分更正数据发送给移动站；

33）移动站根据卫星信号定位自身，并用查分差分更正数据修正移动站的定位数据，将修正后的定位数据发送给测试评估系统；

34）测试评估系统将修正后的定位数据与已知位置数据比对，获得RTK测量精度。

将上述系统RTK测量精度测试结果与外场测试结果进行比较，如表3和4所示。

从表3可以看出，上述系统测试结果精度较高，从表4可以看出，上述系统测试受电台的功率影响不明显，而外场测试受电台功率影响明显；可见外场测试条件会受到各种不可控因素影响，对结果造成较大的不确定性，而上述系统测试结果较为稳定。

RTK初始化时间测试过程如下：

41）卫星信号模拟器向移动站和基站分别发送两路卫星信号，发往基站侧的卫星信号位置固定，发往移动站侧的卫星信号位置自由设定，两路卫星信号同步；

42）基站根据卫星信号定位自身，将已知的基站位置坐标和基站定位数据中的定位位置坐标比较，获得差分更正数据，将差分更正数据发送给移动站；

43）移动站根据卫星信号定位自身，并用查分差分更正数据修正移动站的定位数据，将修正后的定位数据发送给测试评估系统；

44）测试评估系统记录移动站从接收到差分更正数据到输出修正后定位数据的时间，获得RTK初始化时间。

将上述系统RTK初始化时间测试结果与外场测试结果进行比较，如表5和6所示。

从表5和表6中可以看出上述系统测试结果比较稳定，精度较高，而外场测试，受测试环境等限制，很难实时得出准确的测试结果。

本发明通过卫星信号模拟器模拟卫星信号，卫星信号在屏蔽环境下传输给被测卫星定位产品，被测卫星定位产品将结果输向测试评估系统，通过测试评估系统完成测向精度测试、基线测量精度测试、RTK测量精度测试和RTK初始化时间测试；本发明克服了场外测试环境、条件不可控的缺点，测量准确度高、方便快捷、重复性好。

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 (7)

1.一种卫星定位产品性能测试系统，其特征在于：包括通信连接的卫星信号模拟器和测试评估系统；

测向精度测试时：

卫星信号模拟器与被测卫星定位产品在屏蔽环境下通信，被测卫星定位产品与测试评估系统通信；

基线测量精度测试时：

卫星信号模拟器与两个被测卫星定位产品在屏蔽环境下通信，两个被测卫星定位产品均与测试评估系统通信；

RTK测量精度测试和RTK初始化时间测试时：

卫星信号模拟器与两个被测卫星定位产品在屏蔽环境下通信，一个被测卫星定位产品作为基站，另一个被测卫星定位产品作为移动站，移动站与基站在屏蔽环境下通信，移动站与测试评估系统通信。

2.根据权利要求1所述的一种卫星定位产品性能测试系统，其特征在于：卫星信号模拟器与被测卫星定位产品在屏蔽暗室内通信，移动站与基站在屏蔽暗室内通信。

3.根据权利要求1所述的一种卫星定位产品性能测试系统，其特征在于：测向精度测试时：

卫星信号模拟器：向被测卫星定位产品发送两路卫星信号，这两路卫星信号为不同位置的同步卫星信号；

被测卫星定位产品：根据两路卫星信号进行自身定位，并将定位数据发送给测试评估系统；

测试评估系统：将定位数据中被测卫星定位产品两天线间的方向角与两路卫星信号间的位置方向角比对，获得被测卫星定位产品的测向精度。

4.根据权利要求1所述的一种卫星定位产品性能测试系统，其特征在于：基线测量精度测试时：

卫星信号模拟器：向两个被测卫星定位产品分别发送两路卫星信号，这两路卫星信号为不同位置的同步卫星信号；

被测卫星定位产品：从卫星信号中采集原始观测数据，并将原始观测数据发送给测试评估系统；

测试评估系统：解析两路原始观测数据，得出两个被测卫星定位产品所在位置的线段长度，将解析后的线段长度与已知的长度比对，获得被测卫星定位产品基线测量精度。

5.根据权利要求1所述的一种卫星定位产品性能测试系统，其特征在于：RTK测量精度测试时：

卫星信号模拟器：向移动站和基站分别发送两路卫星信号，发往基站侧的卫星信号位置固定，发往移动站侧的卫星信号位置自由设定，两路卫星信号同步；

基站：根据卫星信号定位自身，将已知的基站位置坐标和基站定位数据中的定位位置坐标比较，获得差分更正数据，将差分更正数据发送给移动站；

移动站：根据卫星信号定位自身，并用查分差分更正数据修正移动站的定位数据，将修正后的定位数据发送给测试评估系统；

测试评估系统：将修正后的定位数据与已知位置数据比对，获得RTK测量精度。

6.根据权利要求1所述的一种卫星定位产品性能测试系统，其特征在于： RTK初始化时间测试时：

卫星信号模拟器：向移动站和基站分别发送两路卫星信号，发往基站侧的卫星信号位置固定，发往移动站侧的卫星信号位置自由设定，两路卫星信号同步；

基站：根据卫星信号定位自身，将已知的基站位置坐标和基站定位数据中的定位位置坐标比较，获得差分更正数据，将差分更正数据发送给移动站；

移动站：根据卫星信号定位自身，并用查分差分更正数据修正移动站的定位数据，将修正后的定位数据发送给测试评估系统；

测试评估系统：记录移动站从接收到差分更正数据到输出修正后定位数据的时间，获得RTK初始化时间。

7.基于权利要求1所述的一种卫星定位产品性能测试系统的方法，其特征在于：包括，

测向精度测试：

卫星信号模拟器向被测卫星定位产品发送两路卫星信号，这两路卫星信号为不同位置的同步卫星信号；

被测卫星定位产品根据两路卫星信号进行自身定位，并将定位数据发送给测试评估系统；

测试评估系统将定位数据中被测卫星定位产品两天线间的方向角与两路卫星信号间的位置方向角比对，获得被测卫星定位产品的测向精度；

基线测量精度测试：

卫星信号模拟器向两个被测卫星定位产品分别发送两路卫星信号，这两路卫星信号为不同位置的同步卫星信号；

两个被测卫星定位产品被测卫星定位产品从卫星信号中采集原始观测数据，并将原始观测数据发送给测试评估系统；

测试评估系统解析两路原始观测数据，得出两个被测卫星定位产品所在位置的线段长度，将解析后的线段长度与已知的长度比对，获得被测卫星定位产品基线测量精度；

RTK测量精度测试：

卫星信号模拟器向移动站和基站分别发送两路卫星信号，发往基站侧的卫星信号位置固定，发往移动站侧的卫星信号位置自由设定，两路卫星信号同步；

基站根据卫星信号定位自身，将已知的基站位置坐标和基站定位数据中的定位位置坐标比较，获得差分更正数据，将差分更正数据发送给移动站；

移动站根据卫星信号定位自身，并用查分差分更正数据修正移动站的定位数据，将修正后的定位数据发送给测试评估系统；

测试评估系统将修正后的定位数据与已知位置数据比对，获得RTK测量精度；

RTK初始化时间测试：

卫星信号模拟器向移动站和基站分别发送两路卫星信号，发往基站侧的卫星信号位置固定，发往移动站侧的卫星信号位置自由设定，两路卫星信号同步；

基站根据卫星信号定位自身，将已知的基站位置坐标和基站定位数据中的定位位置坐标比较，获得差分更正数据，将差分更正数据发送给移动站；

移动站根据卫星信号定位自身，并用差分更正数据修正移动站的定位数据，将修正后的定位数据发送给测试评估系统；

测试评估系统记录移动站从接收到差分更正数据到输出修正后定位数据的时间，获得RTK初始化时间。