CN111025345B - Gnss信号采集回放设备伪距精度校准方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种GNSS信号采集回放设备伪距精度校准方法，包括：将GNSS卫星导航信号模拟器通过功分器与采集回放设备和GNSS接收机相连接，将采集回放设备回放输出端连接GNSS接收机；设置GNSS卫星导航信号模拟器产生伪距为0或X的卫星导航模拟信号，采集回放设备采集和存储模拟信号，GNSS接收机解算模拟信号，存储伪距和载波相位信息；采集回放设备回放存储的模拟信号，GNSS接收机解算采集回放设备回放的信号，存储伪距和载波相位信息；计算伪距为0和X时伪距均值
Figure DDA0002340188480000011
和
Figure DDA0002340188480000012
计算采集回放设备的伪距偏差EΔρ和扩展不确定度μrel，采集回放设备的伪距校准结果为Δρ＝EΔρ+μrel。本发明的技术方案弥补了现有技术对GNSS信号采集回放设备伪距精度校准方面的缺失。

Description

GNSS信号采集回放设备伪距精度校准方法及系统
技术领域
本发明涉及伪距精度校准领域，特别是涉及一种GNSS信号采集回放设备伪距精度校准方法及系统。
背景技术
目前，对于卫星信号接收机在实际卫星信号下的性能评估，多采用GNSS信号采集回放设备对接收机进行测试。采集回放设备可以采集真实的GNSS信号，包括真实环境下的电离层、对流层、多径、遮挡等效应，并在实验室中多次重放，节省了时间和成本。另一方面，国内还没有针对GNSS信号采集回放设备的校准规范，国外也未有公开文献披露。在现有领域，国内外生产采集回放设备的厂家测试方法不统一，测试结果不具有可比性，无法准确评价设备的性能。采集回放设备在信号采集和回放过程中的引入误差，对卫星导航信号伪距精度的影响是衡量采集回放设备的重要指标之一，现有技术缺乏对引入误差的评估和校准。
鉴于此，本发明的目的在于提供一种GNSS信号采集回放设备伪距精度校准方法及系统，以缓解现有技术存在的问题。
发明内容
第一方面，本发明提供了一种GNSS信号采集回放设备伪距精度校准方法，包括：将GNSS卫星导航信号模拟器通过功分器与采集回放设备和GNSS接收机相连接，将采集回放设备回放输出端连接GNSS接收机；设置GNSS卫星导航信号模拟器产生伪距为0的卫星导航模拟信号，采集回放设备采集和存储模拟信号，GNSS接收机解算模拟信号，存储伪距和载波相位信息；采集回放设备回放存储的模拟信号，GNSS接收机解算采集回放设备回放的信号，存储伪距和载波相位信息；计算伪距为0时伪距均值
Figure GDA0003205832130000011
设置GNSS卫星导航信号模拟器产生伪距为X的卫星导航模拟信号，X不等于0，采集回放设备采集和存储模拟信号，GNSS接收机解算模拟信号，存储伪距和载波相位信息；采集回放设备回放存储的模拟信号，GNSS接收机解算采集回放设备回放的信号，存储伪距和载波相位信息；计算伪距为X时伪距均值
Figure GDA0003205832130000021
采集回放设备的伪距偏差均值EΔρ的计算式为
Figure GDA0003205832130000022
进一步地，还包括：计算GNSS信号模拟器伪距精度引入的测量不确定度按B类方法评定的μ1；计算GNSS接收机伪距精度引入的测量不确定度按B类方法评定的μ2；计算伪距为0时测量值重复性引入的不确定度按A类方法评定的μA0；计算伪距为X时测量值重复性引入的不确定度按A类方法评定的μAX；计算扩展不确定度μrel，
Figure GDA0003205832130000023
采集回放设备的伪距校准结果为Δρ＝EΔρ+μrel。
第二方面，本发明还提供了一种GNSS信号采集回放设备伪距精度校准系统，包括：GNSS卫星导航信号模拟器、采集回放设备、GNSS接收机相连接和主控计算机；GNSS卫星导航信号模拟器通过功分器与采集回放设备和GNSS接收机相连接，采集回放设备回放输出端连接GNSS接收机，GNSS接收机与主控计算机连接；GNSS卫星导航信号模拟器产生伪距为0或X的卫星导航模拟信号，X不等于0；采集回放设备采集、存储和回放模拟信号；GNSS接收机解算GNSS卫星导航信号模拟器产生的模拟信号或采集回放设备回放的模拟信号，存储伪距和载波相位信息，并将信息发送至主控计算机；主控计算机，计算伪距为0时伪距均值
Figure GDA0003205832130000024
计算伪距为X时伪距均值
Figure GDA0003205832130000025
计算采集回放设备的伪距偏差均值
Figure GDA0003205832130000026
Figure GDA0003205832130000027
进一步地，主控计算机，还包括：计算GNSS信号模拟器伪距精度引入的测量不确定度按B类方法评定的μ1；计算GNSS接收机伪距精度引入的测量不确定度按B类方法评定的μ2；计算伪距为0时测量值重复性引入的不确定度按A类方法评定的μA0；计算伪距为X时测量值重复性引入的不确定度按A类方法评定的μAX；计算扩展不确定度μrel，
Figure GDA0003205832130000031
采集回放设备的伪距校准结果为Δρ＝EΔρ+μrel。
本发明的有益效果如下：
本发明提供的技术方案可以包括以下有益效果：本发明提供的技术方案弥补了现有技术对GNSS信号采集回放设备伪距精度校准方面的缺失，引入了校准过程中测量不确定度的计算，进一步提高了伪距精度校准的准确度。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一种实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明第一实施例的一种GNSS信号采集回放设备伪距精度校准方法流程示意图；
图2是本发明第二实施例的一种GNSS信号采集回放设备伪距精度校准系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例一：
图1是本发明第一实施例的一种GNSS信号采集回放设备伪距精度校准方法流程示意图，如图1所示，该方法包括如下四个步骤。
步骤S101：将采集回放设备接入校准相关设备。具体地，将GNSS卫星导航信号模拟器通过功分器与采集回放设备和GNSS接收机相连接，将采集回放设备回放输出端连接GNSS接收机。
步骤S102：采集回放设备处理伪距为0时信号。具体地，设置GNSS卫星导航信号模拟器产生伪距为0的卫星导航模拟信号，采集回放设备采集和存储模拟信号，GNSS接收机解算模拟信号，存储伪距和载波相位信息；采集回放设备回放存储的模拟信号，GNSS接收机解算采集回放设备回放的信号，存储伪距和载波相位信息。
在一个具体的实施例中，将GNSS卫星导航信号模拟器的输出信号设置为不包含星钟误差、电离层、对流层、多径等误差项；同时，为了避免由于接收机与卫星的相对运动带来多普勒误差影响，将接收机与卫星均设置为静止状态，并将伪距设置为0伪距。
需要进行说明的是，正常伪距PR的计算表达式为PR＝R+c·(Δtr-Δtsat+biasr+biassat+TtC+n)+riono+rtropo+rm。式中，R是卫星到接收机的真实距离，c是光的速度，Δtr是接收机钟差，Δtsat是卫星钟差，biasr是接收机时延，biassat是卫星时延，TtC(Time to Code)是模拟器1PPS和伪码初始码相位之间的延迟偏差，n是噪声，riono是电离层误差，rtropo是对流层误差，rm是多径误差。在GNSS卫星导航信号模拟器设置中关闭各接收机钟差、卫星钟延迟、卫星时延、电离层及对流层误差、多径等误差项的仿真。则模拟器输出的信号伪距表达式为PRs0＝c·(biasr+TtC)。式中，c是光的速度，biasr是接收机时延，TtC是模拟器1PPS和伪码初始码相位之间的延迟偏差，biasr和TtC可以通过计量校准得到准确的数值。
将GNSS卫星导航信号模拟器的模拟信号送入采集回放设备的采集端口，设置采集回放设备为采集信号状态，设定单通道采集，采样率设置为设备最大采样率，量化比特设置为设备最大量化比特。可选地，连续采集并存储10min。
将GNSS信号采集回放设备设置为回放信号状态，回放功率设置为-100dBm～-120dBm范围内合适的功率值，将回放信号送入GNSS接收机进行解算，对应的在接收机中关闭各电离层、对流层、多径等误差项的修正，避免因误差修正对伪距解算引入额外偏差，接收机在信号解算过程中存储伪距、载波相位等信息。此时，接收机解算的伪距表达式为PRr0＝c·(biasr+TtC)+Δρ，其中，Δρ为采集回放设备引入的伪距偏差。
步骤S103：采集回放设备处理伪距为X时信号。具体地，设置GNSS卫星导航信号模拟器产生伪距为S的卫星导航模拟信号，X不等于0，采集回放设备采集和存储模拟信号，GNSS接收机解算模拟信号，存储伪距和载波相位信息；采集回放设备回放存储的模拟信号，GNSS接收机解算采集回放设备回放的信号，存储伪距和载波相位信息。
在一个具体的实施例中，在GNSS卫星导航信号模拟器仿真设置中关闭各接收机钟差、卫星钟延迟、卫星时延、电离层及对流层误差、多径等误差项的仿真，伪距设为固定伪距X。模拟器输出的信号伪距表达式为：PRs＝X+c·(biasr+TtC)，式中，X是为固定伪距距离。
重复步骤S102中的采集回放设备的采集和回放过程，此时，接收机解算的伪距表达式为：PRr＝X+c·(biasr+TtC)+Δρ，其中，Δρ为采集回放设备引入的伪距偏差。
步骤S104：计算采集回放设备的伪距校准结果。具体地，计算伪距为0时伪距均值
Figure GDA0003205832130000051
计算伪距为X时伪距均值
Figure GDA0003205832130000052
采集回放设备的伪距偏差均值EΔρ的计算式为
Figure GDA0003205832130000053
计算GNSS信号模拟器伪距精度引入的测量不确定度按B类方法评定的μ1；计算GNSS接收机伪距精度引入的测量不确定度按B类方法评定的μ2；计算伪距为0时测量值重复性引入的不确定度按A类方法评定的μA0；计算伪距为X时测量值重复性引入的不确定度按A类方法评定的μAX；计算扩展不确定度μrel，
Figure GDA0003205832130000054
采集回放设备的伪距校准结果为Δρ＝EΔρ+μrel。
在一个具体的实施例中，利用GNSS接收机存储的伪距和载波相位对伪距进行平滑滤波处理，得到高精度的伪距数据，用于伪距偏差处理。伪距为0时伪距均值
Figure GDA0003205832130000055
的计算式为
Figure GDA0003205832130000056
伪距为X时伪距均值
Figure GDA0003205832130000057
n为伪距偏差数据记录个数。采集回放设备的伪距偏差均值EΔρ的计算式为
Figure GDA0003205832130000058
Figure GDA0003205832130000059
GNSS信号模拟器伪距精度引入的测量不确定度按B类方法评定的μ1的计算式为
Figure GDA0003205832130000061
X1为GNSS信号模拟器的伪距精度。GNSS接收机伪距精度引入的测量不确定度按B类方法评定的μ2的计算式为
Figure GDA0003205832130000062
X2为GNSS信号模拟器的伪距精度。伪距为0时测量值重复性引入的不确定度按A类方法评定的μA0的计算式为
Figure GDA0003205832130000063
Figure GDA0003205832130000064
伪距为X时测量值重复性引入的不确定度按A类方法评定的μAX的计算式为
Figure GDA0003205832130000065
扩展不确定度μrel的计算式为
Figure GDA0003205832130000066
可选地，k＝2，采集回放设备的伪距校准结果为Δρ＝EΔρ+μrel。
实施例二：
本发明实施例提供了一种GNSS信号采集回放设备伪距精度校准系统，该系统主要用于执行本发明实施例上述内容所提供的GNSS信号采集回放设备伪距精度校准方法，以下对本发明实施例提供的GNSS信号采集回放设备伪距精度校准系统做具体介绍。
图2是本发明第二实施例的一种GNSS信号采集回放设备伪距精度校准系统的结构示意图。如图2所示，一种GNSS信号采集回放设备伪距精度校准系统，包括GNSS卫星导航信号模拟器、采集回放设备、GNSS接收机相连接和主控计算机。
GNSS卫星导航信号模拟器通过功分器与采集回放设备和GNSS接收机相连接，采集回放设备回放输出端连接GNSS接收机，GNSS接收机与主控计算机连接。
GNSS卫星导航信号模拟器产生伪距为0或X的卫星导航模拟信号，X不等于0。
采集回放设备采集、存储和回放模拟信号。
GNSS接收机解算GNSS卫星导航信号模拟器产生的模拟信号或采集回放设备回放的模拟信号，存储伪距和载波相位信息，并将信息发送至主控计算机。
主控计算机，根据伪距和载波相位信息，计算伪距为0时伪距均值
Figure GDA0003205832130000071
计算伪距为X时伪距均值
Figure GDA0003205832130000072
计算采集回放设备的伪距偏差均值EΔρ，
Figure GDA0003205832130000073
计算GNSS信号模拟器伪距精度引入的测量不确定度按B类方法评定的μ1；计算GNSS接收机伪距精度引入的测量不确定度按B类方法评定的μ2；计算伪距为0时测量值重复性引入的不确定度按A类方法评定的μA0；计算伪距为X时测量值重复性引入的不确定度按A类方法评定的μAX；计算扩展不确定度μrel，
Figure GDA0003205832130000074
采集回放设备的伪距校准结果为Δρ＝EΔρ+μrel。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种GNSS信号采集回放设备伪距精度校准方法，其特征在于，包括：
将GNSS卫星导航信号模拟器通过功分器与采集回放设备和GNSS接收机相连接，将所述采集回放设备回放输出端连接GNSS接收机；
设置所述GNSS卫星导航信号模拟器产生伪距为0的卫星导航模拟信号，所述采集回放设备采集和存储所述模拟信号，所述GNSS接收机解算所述模拟信号，存储伪距和载波相位信息；所述采集回放设备回放存储的所述模拟信号，所述GNSS接收机解算采集回放设备回放的信号，存储伪距和载波相位信息；计算所述的伪距为0时伪距均值
Figure FDA0003205832120000011
设置所述GNSS卫星导航信号模拟器产生伪距为X的卫星导航模拟信号，所述X不等于0，所述采集回放设备采集和存储所述模拟信号，所述GNSS接收机解算所述模拟信号，存储伪距和载波相位信息；所述采集回放设备回放存储的所述模拟信号，所述GNSS接收机解算采集回放设备回放的信号，存储伪距和载波相位信息；计算所述的伪距为X时伪距均值
Figure FDA0003205832120000012
所述采集回放设备的伪距偏差均值EΔρ的计算式为
Figure FDA0003205832120000013
2.根据权利要求1所述的校准方法，其特征在于，还包括：
计算所述GNSS信号模拟器伪距精度引入的测量不确定度按B类方法评定的μ1；
计算所述GNSS接收机伪距精度引入的测量不确定度按B类方法评定的μ2；
计算所述伪距为0时测量值重复性引入的不确定度按A类方法评定的μA0；
计算所述伪距为X时测量值重复性引入的不确定度按A类方法评定的μAX；
计算扩展不确定度μrel，
Figure FDA0003205832120000014
所述采集回放设备的伪距校准结果为Δρ＝EΔρ+μrel。
3.一种GNSS信号采集回放设备伪距精度校准系统，其特征在于，包括：
GNSS卫星导航信号模拟器、采集回放设备、GNSS接收机相连接和主控计算机；GNSS卫星导航信号模拟器通过功分器与采集回放设备和GNSS接收机相连接，所述采集回放设备回放输出端连接GNSS接收机，所述GNSS接收机与主控计算机连接；
所述GNSS卫星导航信号模拟器产生伪距为0或X的卫星导航模拟信号，所述X不等于0；
所述采集回放设备采集、存储和回放所述模拟信号；
所述GNSS接收机解算GNSS卫星导航信号模拟器产生的模拟信号或采集回放设备回放的模拟信号，存储伪距和载波相位信息，并将所述信息发送至主控计算机；
所述主控计算机，计算所述的伪距为0时伪距均值
Figure FDA0003205832120000021
计算所述的伪距为X时伪距均值
Figure FDA0003205832120000022
计算所述采集回放设备的伪距偏差均值EΔρ，所述
Figure FDA0003205832120000023
4.根据权利要求3所述的校准系统，其特征在于，所述主控计算机，还包括：
计算所述GNSS信号模拟器伪距精度引入的测量不确定度按B类方法评定的μ1；
计算所述GNSS接收机伪距精度引入的测量不确定度按B类方法评定的μ2；
计算所述伪距为0时测量值重复性引入的不确定度按A类方法评定的μA0；
计算所述伪距为X时测量值重复性引入的不确定度按A类方法评定的μAX；
计算扩展不确定度μrel，
Figure FDA0003205832120000024
所述采集回放设备的伪距校准结果为Δρ＝EΔρ+μrel。
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