CN111934792A - 一种北斗卫星导航信号质量评估的服务性能测试方法 - Google Patents

一种北斗卫星导航信号质量评估的服务性能测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种北斗卫星导航信号质量评估的服务性能测试方法，包括频域、相关域、时域、调制域、能量域、一致性；频域：考察卫星在信号发射带宽外的辐射功率状态与信号在功率谱上的失真情况。相关域：考察实际信号的相关损失与不同相关间隔下S曲线过零点偏差及S曲线斜率的指标符合情况。时域：计算测量信号的正负码片与理想码片的时差，评估码片波形的失真情况。调制域：计算发射带宽内各分量信号占合路信号总功率的比值与同一频点不同信号分量载波相位，获得功率比偏差与信号分量间相对相位误差。能量域：统计分析信号功率变化范围及稳定性。一致性：评估码相位之间与载波和码之间的相对一致性。本发明的优点是，参数覆盖全面、测试准确度高。

Description

一种北斗卫星导航信号质量评估的服务性能测试方法
技术领域
本发明属于卫星导航信号质量评估技术领域，具体涉及一种北斗卫星导航信号质量评估的服务性能测试方法。
背景技术
全球卫星导航系统(GNSS)提供全球范围内的定位、导航、授时服务，其应用已经渗透到国防建设、国土资源、测绘农林、交通旅游等各个领域，涉及到人类日常生活、生命安全等多个方面。随着应用领域的拓展和需求的增长，用户对GNSS系统服务特别是高精度、完好性方面也提出了更高的要求。信号质量同系统的高精度服务和完好性紧密相关，空间信号质量评估是确保用户获得高精度、高可靠性能的重要手段。
随着卫星导航应用领域的拓展，用户对GNSS系统服务也提出了更高的要求。为满足日益增长的需求，卫星导航系统发展出了高精度星基增强、实时动态(RTK)、全球精密单点定位(GPPP)和多源融合等高精度测量模式，这些模式均以导航信号高精度观测量为必要条件，信号测量精度决定了所有模式最终的服务精度。因此卫星导航系统的空间信号质量优劣直接关系着系统的高精度服务。对卫星导航系统的空间信号质量进行监测和评估，是确保用户获得高精度、高可靠性服务的重要手段。
为使北斗系统具备高精度全球服务能力，我国建设了北斗全球(三号)卫星导航系统，该系统采用的关键技术解决办法必须通过大量试验与评估才能真正的转入工程应用，其中信号质量评估是所有测试评估工作中的重点关注项。由于北斗全球系统新型信号体制具有的宽带BOC调制、新型测距码、长周期二次编码、不同功率配比、导频与数据分离、信号恒包络多路复用技术、电文编码等诸多特点，这些新型设计促使卫星载荷采用了大量的新技术。在卫星设计、器件测试、集成测试、对接测试、在轨测试等重要检测环节，均需要信号质量评估结果作为通过测试验收的重要依据。
纵观国内外现有的导航信号质量评估方法，其对象均为BPSK信号，BPSK信号评估方法较为成熟，基本覆盖信号的所有层面。新型导航信号调制方式更为复杂，广泛采用BOC及其衍生信号，信号分量数目增多，信号的有效带宽增大，各信号分量之间的功率分配和相位关系复杂，授权信号分量数目增多，系统的军事化趋势明显。传统的评估方法无法精细评估授权信号，频域各评估参数精度低，调制域各项参数均依赖于信号的星座图，在多路复用调制下，失真信号的星座图复杂，调制域参数无法准确求解，时域参数中，波形求解方法没有顾及到电文和码多普勒漂移的影响。要想完成新型导航信号质量的精细评估，急需解决传统信号质量评估方法和参数的适用性问题。
发明内容
本发明的目的是解决上述问题，提供一种测试效率高、测试准确度高、方法简单可行的北斗卫星导航信号质量评估的服务性能测试方法。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种北斗卫星导航信号质量评估的服务性能测试方法，包括对频域、相关域、时域、调制域、能量域、一致性的测试；
所述频域的评估方法为：
S1：高增益天线跟踪接收卫星信号，接收到的射频信号连接到频谱仪或相噪仪；利用高精度频谱分析设备测量B1及B3扩频信号的功率分布，考察卫星在信号发射带宽外的辐射功率状态；
S2：高增益天线跟踪接收卫星信号，接收到的射频信号连接到数据采集设备，数据采集设备完成数据采集；对采集数据进行功率谱分析，并与信号设计的标准功率谱比对，比较信号主要能量分布点处功率偏差；通过信号设计的标准功率谱与实测信号功率谱比较分析，同时通过功率谱检测载波泄漏情况，综合考察信号频谱失真程度；
所述相关域的评估方法为：
S1：对接收的导航卫星信号进行载波剥离去除，得到实测信号基带波形；
S2：计算其与本地参考码的归一化互相关，并计算相对应的实际功率值，理想的功率与实际功率的差值的即为相关损失；
S3：画出接收信号鉴相曲线锁定点偏差εbias(δ)随超前-滞后间距δ的变化曲线；
S4：在信号的发射带宽内，相关器间隔0～1码片范围内，分析100码周期的数据段内SCB曲线的过零点偏差及其斜率的变化情况；
所述时域的评估方法为：
S1：对解调后的基带信号做相干累加平均处理；
S2：观察基带波形是否存在明显畸变，统计码周期内的信号每个正负码片对应时长，并与理想码片码片宽度做差，获得正负码片与理想码片的时间差序列；
S3：分别统计两个时间序列的最大值、最小值和峰峰值，并统计标准差和均值；
所述调制域的评估方法为：
S1：采集信号经过带宽为发射带宽的理想FIR锐截止滤波器，经过解调后获得基带信号；
S2：利用本地码产生器与接收的基带信号做计算，计算各个支路的民用信号的功率值，统计各个信号功率比为：E(a):E(b):E(c)，其中a，b，c代表不同信号分量，其统计个数选择100码周期数，其表示方式为单路信号占总功率的百分比或分贝；
S3：获得上述功率比与理想信号功率比比较，获得功率比偏差；
S4：对同一组数据中不同信号分量实现跟踪，跟踪过程中分别输出信号载波相位；
S5：统计分析各分量之间载波相位差值，与ICD信号设计结果比较，获得信号分量相对的相位误差；
所述能量域的评估方法为：
S1：在卫星扩频调制信号状态下，测量下行信号功率；
S2：统计分析信号功率变化范围及稳定性；
所述一致性的评估方法为：
S1：伪码相位均值的互差
1)由卫星播发的射频信号经过天线接收，利用接收机进行观测；
2)卫星送出扩频信号，接收机连续24小时测量信号载波相位、码伪距等观测量；
S2：伪码相位互差稳定性
1)由卫星播发的射频信号经过天线接收，利用接收机进行观测；
2)卫星送出扩频信号，接收机连续24小时测量信号载波相位、码伪距等观测量；
3)考虑电离层对信号的影响。
进一步的，所述伪码相位均值的互差的测试方法中：
①频间各支路信号测距码相位相对一致性
Figure BDA0002561265490000041
在剔除接收通道误差情况下，统计分析Δρ在一段时间内的均值，均值代表两个信号分量之间的固定偏差；
②频内各支路信号测距码相位相对一致性
Δρ＝ρi1-ρi2
ρi1和ρi2分别表示相同频点两支路测距码伪距，在在剔除接收通道误差情况下，统计分析Δρ在一段时间内的均值，均值代表两个信号分量之间的固定偏差。
进一步的，所述伪码相位互差稳定性的测试方法中：
a)同频点不同支路的计算步骤为：
①PRBi＝ρBix(t)-ρBiy(t)；
②对PRBi进行画图，并计算PRBi标准差；
b)不同频点同支路，步骤如下：
①PRBij＝ρBix(t)-ρBjx(t)
②对PRBij进行画图，计算PRBij标准差；
其中：Bix表示Bi频点x支路；
Biy表示Bi频点y支路；
Bjy表示Bj频点x支路；
ρ(t)表示t时刻的伪距测量值；
φ(t)表示t时刻的以米为单位的载波相位测量值。
进一步的，所述频域主要评估参数为：带外多余辐射功率谱密度、合成功率谱偏差、载波泄露。
进一步的，所述相关域主要评估参数为：相关损失、S曲线过零点偏差、鉴相器过零点斜率。
进一步的，所述调制域主要评估参数为：信号分量有效功率比偏差、信号分量间相位偏差。
进一步的，所述能量域主要评估参数为：地面最小接收功率。
进一步的，所述一致性主要评估参数为：伪码相位均值互差、伪码相位互差稳定性、载波与伪码相干性。
进一步的，所述时域主要评估参数为：时域波形数字畸变。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
传统的信号质量评估方法主要面对BPSK信号，在功率谱上采用理想功率谱和实际功率谱的残差来评估功率谱包络，在调制域中采用基于星座图计算得到的EVM、幅度误差和相位误差等参数来评估调制性能，在时域特性中采用基于累加平均法得到的时域波形进行评估，在相关域中基于相关曲线对称性、S曲线过零点偏差(S-curve offset biases,SCB)和相关损失(Correlation Loss,CL)来评估信号质量。新型导航信号更为复杂，授权信号分量逐渐增多，已有的大部分研究成果是基于民用BPSK信号，无法直接运用到新体制导航信号之上，且部分评估参数已经失去评估效能，如眼图参数评估和EVM参数等。为了满足现代化导航信号监测与评估的需求，急需对BPSK评估参数进行改进，对部分评估参数进行剔除和升级等工作。
针对传统信号评估参数适用性问题，本发明针对传统评估方法和参数进行了优化研究，修正BPSK信号部分评估算法，使得传统的评估方法能够正确地被改进后适用于新型导航信号质量评估，提出了一套适用于北斗三号新型信号体制的完整的空间信号质量评估服务性能测试方法，涵盖了信号频域、调制域、时域、能量域、相关域和信号一致性等方面的评估参数和方法。
本发明可在一定程度上促进我国卫星导航新型信号设计以及空间信号质量评估的发展，建立了全方位、多要素的空间信号质量评估体系，能够保证北斗系统给用户提供高质量服务，可为我国北斗系统在提高国际竞争力上提供支撑，具有重要的价值和意义。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但所举实施例只作为对本发明的说明，不作为对本发明的限定。
本发明提供一种北斗卫星导航信号质量评估的服务性能测试方法，包括对频域、相关域、时域、调制域、能量域、一致性的测试，具体方案如下：
一、北斗系统信号质量评估参数定义
1、频域
1.1带外多余辐射功率谱密度
利用高精度频谱分析设备测量B1及B3扩频信号的功率分布，考察卫星在信号发射带宽外的辐射功率状态。
2、相关域
2.1相关损失
基带信号与本地产生的理想信号波形进行相关运算，得到相关曲线，与设计信号标准信号相关曲线比对，分析相关曲线形状变化，并计算相关损耗。
2.2鉴相曲线过零点偏差(S曲线过零点偏差)
在信号的发射带宽内，相关器间隔0～1码片范围内，分析100码周期的数据段内，SCB曲线过零点偏差及其变化情况。
2.3鉴相曲线斜率偏差(S曲线斜率过零点偏差)
在信号的发射带宽内，相关器间隔0～1码片范围内，分析100码周期的数据段内，SCB曲线斜率过零点偏差及其变化情况。
3、时域
3.1基带波形失真
分析采集的下行导航信号，获得基带信号的时域波形，分析100个码周期内的波形正确与否，并记录波形畸变位置，计算测量信号的正负码片与理想码片的时差，统计时差序列的均值和标准差，评估码片波形的失真情况。
4、调制域
4.1信号分量有效功率比偏差
选择100个码周期，分析各频点民用信号之间功率比的情况，单路信号占总功率的百分比或分贝；实际功率比(百分比或分贝)与理想信号功率比(百分比或分贝)比较，获得功率比偏差。
4.2信号分量间相位偏差
利用软件接收机对同一组数据中不同信号分量实现跟踪，不同信号支路跟踪过程中分别输出信号载波相位，统计分析各分量之间载波相位差值，与ICD信号设计结果比较，获得信号分量相对的相位误差。
5、能量域
5.1地面最小接收功率
各个信号分量的地面接收功率应不小于北斗ICD对导航信号地面最小接收功率的要求；
6、一致性
6.1伪码相位均值的互差
1)频间各支路信号测距码相位相对一致性
对不同频点相同测距码间一致性进行评估，评估卫星信号调制和发射过程中不同频点测距码间的相对延迟。
2)频内各支路信号测距码相位相对一致性
对相同频点不同测距码间一致性进行分析，评估卫星信号调制和发射过程中同频点不同测距码间的相对延迟。
6.2伪码相位互差稳定性
在地面测试中不考虑电离层等对信号影响，同频点不同支路相对延迟，不同频点同支路相对延迟的稳定度。
二、北斗导航卫星信号质量评估方法
1、频域
1)评估参数
频域主要评估参数为：带外多余辐射功率谱密度、合成功率谱偏差、载波泄露等。频域特性性能均在信号发射带宽内进行测试。
2)评估方法
(1)高增益天线跟踪接收卫星信号，接收到的射频信号连接到频谱仪或相噪仪。
利用仪器完成带外多余辐射功率谱密度测试；其中，频谱仪设置为RBW：1KHz。在卫星扩频调制信号状态下，利用大口径天线及高精度的仪器设备接收下行导航信号，测量B1±45MHz或B3+45MHz频点处1KHz带内通道功率，考察B1±45MHz和B3+45MHz频点的功率分布情况。测量1540～1558MHz带内信号通道功率，并利用天线增益、回退、星地距离等来参数计算最大PFD(功率通量密度)。其中PFD(功率通量密度)＝最大发射功率密度(100kHz)+发射天线最大增益-10×log10(4πd2)，其中功率密度折算至100kHz，d为卫星轨道高度，单位m。
(2)高增益天线跟踪接收卫星信号，接收到的射频信号连接到数据采集设备，数据采集设备完成数据采集。
对采集数据进行功率谱分析，并与信号设计的标准功率谱比对，比较信号主要能量分布点处功率偏差。通过信号设计的标准功率谱与实测信号功率谱比较分析，同时通过功率谱检测载波泄漏情况，综合考察信号频谱失真程度。
利用Welch方法求解采集信号功率谱，计算功率谱的分辨率，确保信号功率谱分辨率优于1KHz，由于B1频点和B2频点信号功率谱均无理论解析式，利用仿真信号功率谱作为参考标准，而B3频点理想功率谱采用闭合解析式作为标准，在和采集信号相同的功率谱分辨率情况下将两个信号的功率谱对应相减，在信号发射带宽内计算功率谱残差，求解其均值，利用均值调整理想功率谱的幅度大小，使得理想信号功率谱和采集信号功率谱在幅度上保持一致。在各信号分量指定的带宽内求解两个功率谱残差的一阶值，同时求解信号功率谱残差的均方值。
2、相关域
1)评估参数
相关域主要评估参数为：相关损失、S曲线过零点偏差、鉴相器过零点斜率等。
2)评估方法
对接收的导航卫星信号进行载波剥离去除，得到实测信号基带波形，计算其与本地参考码的归一化互相关，继而计算相对应的实际功率值，理想的功率与实际功率的差值的即为相关损失。
画出接收信号鉴相曲线锁定点偏差εbias(δ)随超前-滞后间距δ的变化曲线。在信号的发射带宽内，相关器间隔0～1码片范围内，分析100码周期的数据段内SCB曲线的过零点偏差及其斜率的变化情况。
3、时域
1)评估参数
时域主要评估参数为：时域波形数字畸变。
2)评估方法
对解调后的基带信号做相干累加平均处理，观察基带波形是否存在明显畸变，统计码周期内的信号每个正负码片对应时长，并与理想码片码片宽度做差，获得“1”和“0”码片与理想码片的时间差序列，分别统计两个时间序列的最大值、最小值和峰峰值，并统计标准差和均值。
4、调制域
1)评估参数
调制域主要评估参数为：信号分量有效功率比偏差、信号分量间相位偏差等。
2)评估方法
(1)采集信号经过带宽为发射带宽的理想FIR锐截止滤波器，经过解调后获得基带信号。利用本地码产生器与接收的基带信号做相关计算，计算各个支路的民用信号的功率值，统计各个信号功率比为：E(a):E(b):E(c)，其中a，b，c代表不同信号分量，其统计个数可选择100码周期数，其表示方式为单路信号占总功率的百分比或分贝。获得该功率比(百分比或分贝)与理想信号功率比(百分比或分贝)比较，获得功率比偏差。
(2)利用软件接收机对同一组数据中不同信号分量实现跟踪，不同信号支路跟踪过程中分别输出信号载波相位，统计分析各分量之间载波相位差值，与ICD信号设计结果比较，获得信号分量相对的相位误差。
5、能量域
1)评估参数
能量域主要评估参数为：地面最小接收功率
2)评估方法
在卫星扩频调制信号状态下，测量下行信号功率，统计分析信号功率变化范围及稳定性。
6、一致性
(1)评估参数
1)评估参数
一致性主要评估参数为：伪码相位均值互差、伪码相位互差稳定性、载波与伪码相干性等。
2)评估方法
(1)伪码相位均值的互差
服务性能测试过程中，由卫星播发的射频信号经过天线接收，利用接收机进行观测。卫星送出扩频信号，在接收机正常工作条件下，连续24小时测量信号载波相位、码伪距等观测量。
①频间各支路信号测距码相位相对一致性
Figure BDA0002561265490000101
本标准在剔除接收通道误差情况下，统计分析Δρ在一段时间内的均值，均值代表两个信号分量之间的固定偏差。
②频内各支路信号测距码相位相对一致性
Δρ＝ρi1-ρi2
ρi1和ρi2分别表示相同频点两支路测距码伪距。本标准在在剔除接收通道误差情况下，统计分析Δρ在一段时间内的均值，均值代表两个信号分量之间的固定偏差。
(2)伪码相位互差稳定性
服务性能测试过程中，由卫星播发的射频信号经过天线接收，利用接收机进行观测。卫星送出扩频信号，在接收机正常工作条件下，连续24小时测量信号载波相位、码伪距等观测量。考虑电离层等对信号影响。
a)同频点不同支路，步骤如下：
①PRBi＝ρBix(t)-ρBiy(t)；
②对PRBi进行画图，并计算PRBi标准差。
b)不同频点同支路，步骤如下：
①PRBij＝ρBix(t)-ρBjx(t)
②对PRBij进行画图，计算PRBij标准差。
其中：Bix表示Bi频点x支路；
Biy表示Bi频点y支路；
Bjy表示Bj频点x支路；
ρ(t)表示t时刻的伪距测量值；
φ(t)表示t时刻的以米为单位的载波相位测量值。
本发明服务性能测试的具体实施步骤：
(1)周边电磁环境同步监测
利用电磁环境监测设备同步开展观测站周边的干扰监测与采集，记录观测站周边电磁环境数据，为异常状态分析提供参考。
(2)卫星导航信号的数据采集
大口径天线分别连接高速数据采集设备、射频仪器、监测接收机等高精度设备，实现下行信号原始射频信号与伪距、载波相位等观测量数据的采集。数据采集主要分为三个方面：
1)利用大天线接收信号，高速数据采集设备采集卫星下行信号数据；
2)利用大天线接收信号，监测接收机连接到大天线的射频通道内，实时监测采集卫星信号的伪距、载波相位等观测量；
3)利用大天线接收信号，信号分析仪和频谱仪等测量仪器连接到大天线的射频通道内，并实时测量并采集卫星信号的频谱、功率、带宽等信号特征数据。
(3)数据处理
利用高精度频谱仪监测下行信号的功率与功率谱，验证卫星信号的地面接收功率、带宽、发射带宽外的辐射功率谱、功率谱偏差是否满足ICD指标要求。
采集射频信号剥离载波后获得基带信号，分析各民用信号分量的功率比关系。获得该有效功率比与理想信号功率比比较，获得功率比偏差。基带信号与本地产生的理想信号波形进行相关运算，得到相关曲线，与设计信号标准信号相关曲线比对，分析相关曲线形状变化，并计算相关损耗。在评价标准中相关器间隔范围内，过零点偏差及S曲线斜率及其变化情况。统计码周期内的基带信号每个正负码片对应时长，并与理想码片码片长度做差，获得“1”和“0”码片与理想码片的时间差序列，分别统计两个时间序列的标准差和均值，获得波形畸变参数。
利用软件接收机对同一组数据中不同信号分量实现跟踪，统计分析各分量之间载波相位差值，与ICD信号设计结果比较，获得信号分量相对的相位误差。
利用大口径天线与监测接收机，测量下行导航信号的伪距、载波相位等观测量，比较同频点各支路测距码伪距差，评估同频点码相位的相干性，利用双频码伪距与载波相位去除电离层影响后，评估不同频点间测距码相位的相干性。利用码伪距与载波相位分析载波与伪码相干性。
(4)结果分析
依据数据处理结果，结合评价准则给出卫星下行导航信号的信号质量评估结果，考察评估结果与ICD的符合情况。依据各颗卫星不同时间阶段的信号质量评估结果给出单颗卫星的服务性能测试结果。
本发明中未做详细描述的内容均为现有技术。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种北斗卫星导航信号质量评估的服务性能测试方法，其特征在于，包括对频域、相关域、时域、调制域、能量域、一致性的测试；
所述频域的评估方法为：
S1：高增益天线跟踪接收卫星信号，接收到的射频信号连接到频谱仪或相噪仪；利用高精度频谱分析设备测量B1及B3扩频信号的功率分布，考察卫星在信号发射带宽外的辐射功率状态；
S2：高增益天线跟踪接收卫星信号，接收到的射频信号连接到数据采集设备，数据采集设备完成数据采集；对采集数据进行功率谱分析，并与信号设计的标准功率谱比对，比较信号主要能量分布点处功率偏差；通过信号设计的标准功率谱与实测信号功率谱比较分析，同时通过功率谱检测载波泄漏情况，综合考察信号频谱失真程度；
所述相关域的评估方法为：
S1：对接收的导航卫星信号进行载波剥离去除，得到实测信号基带波形；
S2：计算其与本地参考码的归一化互相关，并计算相对应的实际功率值，理想的功率与实际功率的差值的即为相关损失；
S3：画出接收信号鉴相曲线锁定点偏差εbias(δ)随超前-滞后间距δ的变化曲线；
S4：在信号的发射带宽内，相关器间隔0～1码片范围内，分析100码周期的数据段内SCB曲线的过零点偏差及其斜率的变化情况；
所述时域的评估方法为：
S1：对解调后的基带信号做相干累加平均处理；
S2：观察基带波形是否存在明显畸变，统计码周期内的信号每个正负码片对应时长，并与理想码片码片宽度做差，获得正负码片与理想码片的时间差序列；
S3：分别统计两个时间序列的最大值、最小值和峰峰值，并统计标准差和均值；
所述调制域的评估方法为：
S1：采集信号经过带宽为发射带宽的理想FIR锐截止滤波器，经过解调后获得基带信号；
S2：利用本地码产生器与接收的基带信号做计算，计算各个支路的民用信号的功率值，统计各个信号功率比；
S3：获得上述功率比与理想信号功率比比较，获得功率比偏差；
S4：对同一组数据中不同信号分量实现跟踪，跟踪过程中分别输出信号载波相位；
S5：统计分析各分量之间载波相位差值，与ICD信号设计结果比较，获得信号分量相对的相位误差；
所述能量域的评估方法为：
S1：在卫星扩频调制信号状态下，测量下行信号功率；
S2：统计分析信号功率变化范围及稳定性；
所述一致性的评估方法为：
S1：伪码相位均值的互差
1)由卫星播发的射频信号经过天线接收，利用接收机进行观测；
2)卫星送出扩频信号，接收机连续24小时测量信号载波相位、码伪距等观测量；
S2：伪码相位互差稳定性
1)由卫星播发的射频信号经过天线接收，利用接收机进行观测；
2)卫星送出扩频信号，接收机连续24小时测量信号载波相位、码伪距等观测量；
3)考虑电离层对信号的影响。
2.根据权利要求1所述的一种北斗卫星导航信号质量评估的服务性能测试方法，其特征在于，所述伪码相位均值的互差的测试方法中：
①频间各支路信号测距码相位相对一致性
Figure FDA0002561265480000021
在剔除接收通道误差情况下，统计分析Δρ在一段时间内的均值，均值代表两个信号分量之间的固定偏差；
②频内各支路信号测距码相位相对一致性
Δρ＝ρi1-ρi2
ρi1和ρi2分别表示相同频点两支路测距码伪距，在在剔除接收通道误差情况下，统计分析Δρ在一段时间内的均值，均值代表两个信号分量之间的固定偏差。
3.根据权利要求1所述的一种北斗卫星导航信号质量评估的服务性能测试方法，其特征在于，所述伪码相位互差稳定性的测试方法中：
a)同频点不同支路的计算步骤为：
①PRBi＝ρBix(t)-ρBiy(t)；
②对PRBi进行画图，并计算PRBi标准差；
b)不同频点同支路，步骤如下：
①PRBij＝ρBix(t)-ρBjx(t)
②对PRBij进行画图，计算PRBij标准差；
其中：Bix表示Bi频点x支路；
Biy表示Bi频点y支路；
Bjy表示Bj频点x支路；
ρ(t)表示t时刻的伪距测量值；
φ(t)表示t时刻的以米为单位的载波相位测量值。
4.根据权利要求1所述的一种北斗卫星导航信号质量评估的服务性能测试方法，其特征在于，所述调制域的评估方法中，统计各个信号功率比为：E(a):E(b):E(c)，其中a，b，c代表不同信号分量，其统计个数选择100码周期数，其表示方式为单路信号占总功率的百分比或分贝。
5.根据权利要求1所述的一种北斗卫星导航信号质量评估的服务性能测试方法，其特征在于，所述频域主要评估参数为：带外多余辐射功率谱密度、合成功率谱偏差、载波泄露。
6.根据权利要求1所述的一种北斗卫星导航信号质量评估的服务性能测试方法，其特征在于，所述相关域主要评估参数为：相关损失、S曲线过零点偏差、鉴相器过零点斜率。
7.根据权利要求1所述的一种北斗卫星导航信号质量评估的服务性能测试方法，其特征在于，所述调制域主要评估参数为：信号分量有效功率比偏差、信号分量间相位偏差。
8.根据权利要求1所述的一种北斗卫星导航信号质量评估的服务性能测试方法，其特征在于，所述能量域主要评估参数为：地面最小接收功率。
9.根据权利要求1所述的一种北斗卫星导航信号质量评估的服务性能测试方法，其特征在于，所述一致性主要评估参数为：伪码相位均值互差、伪码相位互差稳定性、载波与伪码相干性。
10.根据权利要求1所述的一种北斗卫星导航信号质量评估的服务性能测试方法，其特征在于，所述时域主要评估参数为：时域波形数字畸变。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113391329A (zh) * 2021-06-07 2021-09-14 中国科学院国家授时中心 一种北斗卫星导航信号畸变自适应补偿方法
CN113420452A (zh) * 2021-06-30 2021-09-21 中国工程物理研究院总体工程研究所 地基微振动设计载荷确定方法
CN116719059A (zh) * 2023-08-09 2023-09-08 北京北斗星通导航技术股份有限公司 一种基于北斗信号的指挥控制方法、系统及存储介质

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012042371A (ja) * 2010-08-20 2012-03-01 Electronic Navigation Research Institute 衛星航法システムにおける電離圏異常を検出する方法及びその装置。
CN103278825A (zh) * 2013-05-02 2013-09-04 西安空间无线电技术研究所 一种卫星导航信号质量评估参数的确定方法
US20170359132A1 (en) * 2013-09-17 2017-12-14 Huazhong University Of Science And Technology A method for evaluating quality of radio frequency signals for stellite navigation system
CN109100757A (zh) * 2018-09-26 2018-12-28 中国科学院国家授时中心 一种新型卫星导航信号的质量评估方法
CN109239746A (zh) * 2018-10-15 2019-01-18 西安空间无线电技术研究所 一种空间gnss信号相关功率损失简易实时监测方法及系统

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012042371A (ja) * 2010-08-20 2012-03-01 Electronic Navigation Research Institute 衛星航法システムにおける電離圏異常を検出する方法及びその装置。
CN103278825A (zh) * 2013-05-02 2013-09-04 西安空间无线电技术研究所 一种卫星导航信号质量评估参数的确定方法
US20170359132A1 (en) * 2013-09-17 2017-12-14 Huazhong University Of Science And Technology A method for evaluating quality of radio frequency signals for stellite navigation system
CN109100757A (zh) * 2018-09-26 2018-12-28 中国科学院国家授时中心 一种新型卫星导航信号的质量评估方法
CN109239746A (zh) * 2018-10-15 2019-01-18 西安空间无线电技术研究所 一种空间gnss信号相关功率损失简易实时监测方法及系统

Non-Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
卢晓春等: "卫星导航信号评估系统设计及信号性能评估", 《时间频率学报》 *
康立等: "基于高增益接收系统的Galileo E1信号质量评估方法研究", 《电子学报》 *
徐成涛等: "北斗系统新体制信号质量监测指标及测试方法", 《中南大学学报（自然科学版）》 *
杨德进等: "Galileo E1导航信号质量分析与评估", 《时间频率学报》 *
贺成艳等: "北斗卫星导航系统B1信号伪距偏差问题研究", 《电子与信息学报》 *
饶永南等: "基于监测接收机数据的GNSS空间信号质量评估方法", 《第四届中国卫星导航学术年会论文集-S6 北斗/GNSS测试评估技术》 *
马辰: "北斗卫星导航空间信号质量监测评估关键技术与实践", 《信息科技辑》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113391329A (zh) * 2021-06-07 2021-09-14 中国科学院国家授时中心 一种北斗卫星导航信号畸变自适应补偿方法
CN113420452A (zh) * 2021-06-30 2021-09-21 中国工程物理研究院总体工程研究所 地基微振动设计载荷确定方法
CN113420452B (zh) * 2021-06-30 2022-04-01 中国工程物理研究院总体工程研究所 地基微振动设计载荷确定方法
CN116719059A (zh) * 2023-08-09 2023-09-08 北京北斗星通导航技术股份有限公司 一种基于北斗信号的指挥控制方法、系统及存储介质
CN116719059B (zh) * 2023-08-09 2023-11-17 北京北斗星通导航技术股份有限公司 一种基于北斗信号的指挥控制方法、系统及存储介质

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