CN111366951A - 一种基于微波混响室的导航信号多径无线测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于微波混响室的卫星导航多径信号无线测试方法。本发明提出了利用微波混响室实现卫星导航多径信号的无线测试方法。依托微波混响室为平台，将卫星导航信号转换成无线信号，通过控制搅拌器转动的方式，改变混响室内接收天线位置的导航信号的相位、幅度、时延，并按照仿真的信号规律进行连续变化，将信号多径模拟过程变成一个随机过程，实现多径信号的无线真实模拟测试。准确量化评估卫星导航多径信号的影响。本发明的方法简单可行，具有工程推广和应用价值。

Description

一种基于微波混响室的导航信号多径无线测试方法
技术领域
本发明涉及通信、卫星导航、信号处理、天线测试等领域，特别适用于卫星导航多径信号影响的测试与评估。
背景技术
卫星导航信号的接收处理中，多径信号成为制约高精度测量的一个主要误差来源之一，如果模拟与评估多径信号多卫星导航伪距及高精度测量的影响成为卫星导航领域面临的难题。传统的测试方法采用卫星导航信号模拟器在主信号的基础上，通过调整时延、幅度、相位的方式叠加多径信号，这样的模拟测试不能够反应多径信号的慢变、随机的技术特征，该方法对于卫星导航多径信号的测试与评估存在以下局限性：
1、卫星导航信号模拟器模拟的有线多径信号的每个多径之间是非相参信号，与空间多径环境不同，属于离散多径信号模拟；
2、卫星导航多径信号的模拟测试与评估过程中忽略了多径接收与多径抑制的核心天线单元，使多径的接收与抑制测试评估失去了真实的意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于避免上述背景技术中的不足之处而提出一种基于微波混响室的卫星导航多径信号无线测试方法。
本发明采用的技术方案为：
一种基于微波混响室的导航信号多径无线测试方法，该方法首先通过微波混响室实现了多径信号的无线测试，同时通过搅拌器按照仿真模型的转动，实现卫星导航多径信号的相位、幅度、时延按照仿真的信号规律连续变化，将卫星导航信号多径模拟过程变成一个随机过程。同时通过卫星导航多径信号的无线测试，实现对接收天线抗多径能力的测试评估。最后给出卫星导航多径信号的综合影响。具体包括如下步骤：
(1)确定卫星导航信号参数与多径信号模拟参数，选择微波混响室与搅拌器；卫星导航的频段在1.1GHz～1.7GHz之间，微波混响室的需要尺寸在1立方米以内；
(2)搭建基于微波混响室的卫星导航多径信号测试环境,包括混响室、搅拌器、卫星导航信号模拟器、发射天线、接收天线、标准接收机以及测试控制/仿真与评估系统；
(3)混响室切换到暗室模式，将发射天线对准接收天线，测试控制/仿真与评估系统控制卫星导航模拟器播发导航信号，标准接收机通过接收天线接收导航信号，测试控制/仿真与评估系统测试卫星导航模拟器播发的导航信号与标准接收机接收的导航信号，得到直达信号的测试结果；
(4)测试控制/仿真与评估系统按照多径参数仿真多径模型计算多径信号的变化特征，并控制搅拌器按照指定的参数转动，同时标准接收机通过接收天线对搅拌器产生反射多径信号进行接收，测试控制/仿真与评估系统测试卫星导航模拟器播发的导航信号与标准接收机接收的反射多径信号，评估得到多径信号效能。
其中，步骤(1)中在确定混响室的体积时，按照下式进行计算，
Figure BDA0002430440100000031
其中N(f)为体积，f为频率，c为光速，h为高，w为宽，洠为长；同时依据多径信号模拟参数确定多径的路数、幅度和时延；搅拌器采用双搅拌器，搅拌器的形状采用Z形设计。
本发明相比背景技术具有如下优点：
1、该方法能够实现卫星导航多径信号的幅度、相位、时延变化的连续模拟，多径信号之间为相参信号，真实的反映了实际多径信号的随机过程，而不是简单了离散多径模拟；
2、该方法除了可以量化模拟多径信号外，可以对天线抗多径指标进行精准标定与测量，使多径的测试与校准手段涵盖了天线；
3、该方法测试系统简单，测试结果对测试环境的依赖低，可精准量化，测量重复性好；
4、本发明具有良好的推广和应用价值。
附图说明
图1为本发明基于微波混响室的导航信号多径无线测试框图；
图2为本发明基于微波混响室的导航信号多径无线测试流程图。
具体实施方式
参照图1和图2，基于微波混响室的导航信号多径无线测试环境由混响室、搅拌器、卫星导航信号模拟器、发射天线、接收天线、标准接收机和测试控制/仿真与评估系统组成。混响室是在高品质因素的金属腔体内配置机械搅拌器组成。搅拌器的转动使混响室内电磁场的边界条件不断变化，按照仿真设定的参数改变混响室内接收天线位置的导航信号的相位、幅度、时延按照仿真的信号规律进行连续变化，将信号多径模拟过程变成一个随机过程，实现多径信号的无线真实测试。
首先由多径模型测试参数确定混响室与搅拌器，然后构建测试环境，在测试环境中首先进行直达信号的测试评估，然后根据多径信号参数转动搅拌器进行多路径信号的反射产生，接收天线收到多径信号后进行处理。对处理结果进行评估，判决多径信号处理能力。
附图1和图2所示，基于微波混响室的导航信号多径无线测试环境框图与流程图。具体实施例当中，选用工作频率为1575.42MHz，模拟GPS的C/A码，选取两路多径信号，则多径信号的无线测试方法步骤如下：
第1步，依据测试工作频率，确定混响室最低测试频率为300MHz，混响室的体积大于0.5立方米即可满足要求，混响室的长宽高的比为1.58:1.258:1。搅拌器为两个；
第2步，按照图1的连接框图，搭建基于微波混响室的导航信号多径无线测试环境，导航信号模拟器、标准接收机、搅拌器均由测试控制/仿真与评估系统进行仿真、控制与数据评估。
第3步，将混响室工作在暗室模式，设定发射天线对准接收天线，测试控制/仿真与评估系统控制卫星导航模拟器播发导航信号，导航信号直接进入接收天线，标准接收机通过接收天线接收导航信号，此时搅拌器不工作，信号符合莱斯分布，测试控制/仿真与评估系统测试此时的标准接收机结果记为直达信号的测试结果；
第4步，按照
Figure BDA0002430440100000051
Figure BDA0002430440100000052
设定多径信号，其中S(t)为信号分量，N(t)为噪声分量，S(t)中ej2πft为直达信号分量，
Figure BDA0002430440100000053
为多径信号分量。同时设置多径信号的来波方向，信号衰减模型，利用测试控制/仿真与评估系统将多径信号参数转换为搅拌器转动控制参数，启动搅拌器，搅拌器反射的多路径信号模拟了真实的多径信号的路数与来波方向，反射波叠加的多径信号符合瑞利分布。控制标准接收机进行多径信号的接收，测试控制/仿真与评估系统评估多径信号下的接收机抗多径能力。
本发明工作原理如下：
本发明提出一种基于微波混响室的导航信号多径无线测试方法。该方法在测试环境中引入微波混响室，将卫星导航信号转换成无线信号，通过控制搅拌器转动的方式，改变混响室内接收天线位置的导航信号的相位、幅度、时延按照仿真的信号规律进行连续变化，将信号多径模拟过程变成一个随机过程，实现对多径信号的无线真实模拟，最终完成抗多径指标的具备可重复性的量化评估与天线抗多径能力的精确测量。

Claims (2)

1.一种基于微波混响室的导航信号多径无线测试方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)确定卫星导航信号参数与多径信号模拟参数，选择微波混响室与搅拌器；
(2)搭建基于微波混响室的卫星导航多径信号测试环境,包括混响室、搅拌器、卫星导航信号模拟器、发射天线、接收天线、标准接收机以及测试控制/仿真与评估系统；
(3)混响室切换到暗室模式，将发射天线对准接收天线，测试控制/仿真与评估系统控制卫星导航模拟器播发导航信号，标准接收机通过接收天线接收导航信号，测试控制/仿真与评估系统测试卫星导航模拟器播发的导航信号与标准接收机接收的导航信号，得到直达信号的测试结果；
(4)测试控制/仿真与评估系统按照多径参数仿真多径模型计算多径信号的变化特征，并控制搅拌器按照指定的参数转动，同时标准接收机通过接收天线对搅拌器产生反射多径信号进行接收，测试控制/仿真与评估系统测试卫星导航模拟器播发的导航信号与标准接收机接收的反射多径信号，评估得到多径信号效能。
2.根据权利要求1所述的一种基于微波混响室的导航信号多径无线测试方法，其特征在于：步骤(1)中在确定混响室的体积时，按照下式进行计算，
Figure FDA0002430440090000011
其中N(f)为体积，f为频率，c为光速，h为高，w为宽，l为长；同时依据多径信号模拟参数确定多径的路数、幅度和时延；搅拌器采用双搅拌器，搅拌器的形状采用Z形设计。
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