CN111999749A - 一种卫星导航信号模拟器功率/时延自动校准系统与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种卫星导航信号模拟器功率/时延自动校准系统与方法，属于卫星导航信号测试检定技术领域。其包括卫星导航信号模拟器、时频信号产生器、频谱仪、高速示波器和运行于上位机的自动校准软件，自动校准软件包括频谱仪控制模块、功率校准处理模块、高速示波器控制模块、时延校准处理模块以及模拟器控制模块。本发明利用自动校准软件，完成对卫星导航信号模拟器、频谱仪和高速示波器的状态控制与测量参数设置，从而实现卫星导航信号模拟器各频点各通道的自动遍历切换与输出信号功率时延参数的自动校准。本发明可有效地节省卫星导航信号模拟器校准过程中的人力与时间投入，提高校准效率和精度。
Description
技术领域
本发明涉及卫星导航信号测试检定技术领域，特别是指一种卫星导航信号模拟器功率/时延自动校准系统与方法。
背景技术
随着卫星导航系统建设与推广，各类卫星导航芯片、模块、板卡、终端等接收设备逐步增多，在其投入到市场应用前的，不可缺少的工作环节是通过卫星导航信号模拟器对其功能性能作全面的测试检定。采用卫星导航信号模拟器对接收设备进行测试的基本原理是通过在暗室环境中发射卫星导航射频信号，模拟多种工作环境下信号接收场景，从而实现接收设备的全面测试。
目前，对卫星导航信号模拟器功率时延参数校准多采用标准仪器或定制设备手动校准的方式开展。由于卫星导航信号模拟器存在多个频点和多个通道，每个频点不同通道的功率和时延等指标参数需要单独校准，这导致校准过程相对繁琐，会花费较多的人力与时间。此外，手动校准会对参数引入人为误差，从而影响卫星导航信号模拟器功率时延测试精度。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于避免上述背景技术中的不足而提供一种卫星导航信号模拟器功率/时延自动校准系统与方法，其能够实现对卫星导航信号模拟器的各频点各通道功率和时延参数的自动校准，从而缩短校准时间，减少人员投入，并能进一步提高模拟器的校准精度。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种卫星导航信号模拟器功率自动校准系统，包括卫星导航信号模拟器、时频信号产生器、频谱仪和上位机，其中：
时频信号产生器为卫星导航信号模拟器和频谱仪提供1pps和10MHz时频信号，使之工作在同源条件下；
卫星导航信号模拟器输出的射频信号输入给频谱仪，频谱仪对该信号的功率进行测量；
上位机与卫星导航信号模拟器、时频信号产生器、频谱仪连接；
上位机用于实现如下程序模块：
频谱仪控制模块，用于向频谱仪发送控制指令，设置包括其频率、带宽、扫描时间；
功率校准处理模块，用于对功率数据进行处理，形成功率校准数据；
模拟器控制模块，用于向卫星导航信号模拟器发送控制指令和校准数据，设置其射频信号输出状态，同时调整其功率输出配置。
一种卫星导航信号模拟器时延自动校准系统，包括卫星导航信号模拟器、时频信号产生器、高速示波器和上位机，其中：
时频信号产生器为卫星导航信号模拟器和高速示波器提供1pps和10MHz时频信号，使之工作在同源条件下；
卫星导航信号模拟器输出的射频信号输入给高速示波器，高速示波器对该信号的时延进行测量；
上位机与卫星导航信号模拟器、时频信号产生器、高速示波器连接；
上位机用于实现如下程序模块：
高速示波器控制模块，用于向高速示波器发送控制指令，设置其采样率、带宽、采样时间；
时延校准处理模块，用于对时延数据进行处理，形成时延校准数据；
模拟器控制模块，用于向卫星导航信号模拟器发送控制指令和校准数据，设置其射频信号输出状态，同时调整其时延输出配置。
一种卫星导航信号模拟器功率自动校准方法，采用如上所述的功率自动校准系统进行功率的自动校准，包括以下步骤：
(101)通过模拟器控制模块控制卫星导航信号模拟器输出一个频点一个通道的固定功率导航扩频信号；
(102)通过频谱仪控制模块设置频谱仪的频率、带宽、扫描时间，使频谱仪完成对卫星导航信号模拟器输出的导航扩频信号的功率测量；
(103)通过功率校准处理模块多次读取频谱仪测量功率值并求取均值，扣除线缆衰减，获得功率校准数据；
(104)通过模拟器控制模块将功率校准数据下发给卫星导航信号模拟器，卫星导航信号模拟器对功率参数进行修正；
(105)切换频点与通道，重复步骤(102)～(105)，直至完成卫星导航信号模拟器所有频点和通道的功率校准。
一种卫星导航信号模拟器时延自动校准方法，其特征在于，采用如上所述的时延自动校准系统进行时延的自动校准，包括以下步骤：
(201)通过模拟器控制模块控制卫星导航信号模拟器输出一个频点一个通道的固定伪距导航扩频信号；
(202)通过高速示波器控制模块设置高速示波器的采样率、带宽、采样时间，使高速示波器完成对卫星导航信号模拟器输出的导航扩频信号的数据采样；
(203)通过时延校准处理模块多次读取示波器采样数据并分析处理求取均值，扣除线缆延迟，获得时延校准数据；
(204)通过模拟器控制模块将时延校准数据下发给卫星导航信号模拟器，卫星导航信号模拟器对时延参数进行修正；
(205)切换频点与通道，重复步骤(202)～(205)，直至完成卫星导航信号模拟器所有频点和通道的时延校准。
本发明相比于现有技术具有如下优点：
1、本发明通过在卫星导航信号模拟器校准过程中增加自动校准软件，能够完成对卫星导航信号模拟器的输出状态控制，以及对频谱仪和高速示波器等标准测试仪器的测量参数设置。
2、本发明可实现无人参与下的功率和时延参数修正，从而完成卫星导航信号模拟器各频点各通道输出信号的功率时延自动校准，有效地节省了人力与时间投入，提高了校准效率和精度。
附图说明
图1是卫星导航信号模拟器功率/时延自动校准系统的结构示意图。
图2是自动校准软件的模块结构示意图。
图3是卫星导航信号模拟器功率自动校准的流程图。
图4是卫星导航信号模拟器时延自动校准的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。
一种卫星导航信号模拟器功率/时延自动校准系统，包括卫星导航信号模拟器、时频信号产生器、频谱仪、高速示波器和运行于上位机的自动校准软件。
其中，时频信号产生器为卫星导航信号模拟器、频谱仪和高速示波器提供1pps和10MHz时频信号，使之工作在同源条件下；功率校准时，将卫星导航信号模拟器输出的射频信号输入给频谱仪，频谱仪完成对其信号功率的测量；时延校准时，将卫星导航信号输出的射频信号输入给高速示波器，高速示波器完成对其信号时延的测量；自动校准软件通过通信网络对频谱仪、高速示波器和卫星导航信号模拟器进行控制，完成自动校准过程。
自动校准软件包括频谱仪控制模块、功率校准处理模块、高速示波器控制模块、时延校准处理模块以及模拟器控制模块。其中，频谱仪控制模块用于向频谱仪发送控制指令，设置其频率、带宽、扫描时间等测量参数；功率校准处理模块用于对功率数据进行处理，形成功率校准数据；高速示波器控制模块用于向高速示波器发送控制指令，设置其采样率、带宽、采样时间等测量参数；时延校准处理模块用于对时延数据进行处理，形成时延校准数据；模拟器控制模块用于向模拟器发送控制指令和校准数据，设置其射频信号输出状态，同时调整其功率时延输出配置。
一种卫星导航信号模拟器功率自动校准方法，包括以下步骤：
(1)搭建卫星导航信号模拟器自动校准系统，将卫星导航信号模拟器输出的射频端口通过射频线缆连接至频谱仪；
(2)通过自动校准软件，控制卫星导航信号模拟器输出一个频点一个通道的固定功率导航扩频信号；
(3)通过自动校准软件，设置频谱仪频率、带宽、扫描时间等控制参数，使之完成对卫星导航信号模拟器输出导航扩频信号的功率测量；
(4)通过自动校准软件，多次读取频谱仪测量功率值并求取均值，扣除线缆衰减获得功率校准数据；
(5)通过自动校准软件，将功率校准数据下发给卫星导航信号模拟器，卫星导航信号模拟器对功率参数进行修正；
(6)切换频点与通道，重复以上步骤(2)～(6)，直至完成卫星导航信号模拟器所有频点和通道的功率校准。
一种卫星导航信号模拟器时延自动校准方法，包括以下步骤：
(1)搭建卫星导航信号模拟器自动校准系统，将卫星导航信号模拟器输出的射频端口通过射频线缆连接至高速示波器；
(2)通过自动校准软件，控制卫星导航信号模拟器输出一个频点一个通道的固定伪距导航扩频信号；
(3)通过自动校准软件，设置高速示波器采样率、带宽、采样时间等控制参数，使之完成对卫星导航信号模拟器输出导航扩频信号的数据采样；
(4)通过自动校准软件，多次读取示波器采样数据并分析处理求取均值，扣除线缆延迟获得时延校准数据；
(5)通过自动校准软件，将时延校准数据下发给卫星导航信号模拟器，卫星导航信号模拟器对时延参数进行修正；
(6)切换频点与通道，重复以上步骤(2)～(6)，直至完成卫星导航信号模拟器所有频点和通道的时延校准。
以下为一个更具体的例子：
如图1所示，一种卫星导航信号模拟器功率/时延自动校准系统101，其中包括运行于上位机的自动校准软件102，以及频谱仪103和高速示波器104两种标准测试仪器，还包括被校准卫星导航信号模拟器105、时频信号产生器106。其中：
时频信号产生器106为卫星导航信号模拟器、频谱仪和高速示波器提供1pps和10MHz时频信号，使之工作在同源条件下；
功率校准时，将卫星导航信号模拟器105输出的射频信号输入给频谱仪103，频谱仪103完成对其信号功率的测量；
时延校准时，将卫星导航信号模拟器105输出的射频信号输入给高速示波器104，高速示波器104完成对其信号时延的测量；
自动校准软件102通过通信网络对频谱仪103、高速示波器104和卫星导航信号模拟器105进行控制，完成自动校准过程。
图2是自动校准软件201的模块结构示意图，其中包括模拟器控制模块202、功率校准处理模块203、频谱仪控制模块204、高速示波器控制模块205和时延校准处理模块206。其中：
模拟器控制模块202用于向模拟器发送控制指令和校准数据，设置其射频信号输出状态，同时调整其功率时延输出配置；
功率校准处理模块203用于对功率数据进行处理，形成功率校准数据；
频谱仪控制模块204用于向频谱仪发送控制指令，设置其频率、带宽、扫描时间等测量参数；
高速示波器控制模块205用于向高速示波器发送控制指令，设置其采样率、带宽、采样时间等测量参数；
时延校准处理模块206用于对时延数据进行处理，形成时延校准数据。
图3是功率自动校准的流程图，包括以下步骤：
(301)搭建卫星导航信号模拟器自动校准系统，将卫星导航信号模拟器输出的射频端口通过射频线缆连接至频谱仪，设射频线缆衰减为ACable；
(302)通过自动校准软件，控制卫星导航信号模拟器输出一个频点一个通道的固定功率导航扩频信号；
(303)通过自动校准软件，设置频谱仪频率、带宽、扫描时间等控制参数，使之完成对卫星导航信号模拟器输出导航扩频信号的功率测量Power；
(304)通过自动校准软件，读取N次频谱仪测量功率值并求取均值MPower，扣除线缆衰减ACable获得功率校准数据CPower：
CPower＝MPower-ACable
(305)通过自动校准软件，将功率校准数据CPower下发给卫星导航信号模拟器，卫星导航信号模拟器对功率参数进行修正；
(306)切换频点与通道，重复以上步骤(302)～(306)，直至完成卫星导航信号模拟器所有频点和通道的功率校准。
图4是时延自动校准的流程图，包括以下步骤：
(401)搭建卫星导航信号模拟器自动校准系统，将卫星导航信号模拟器输出的射频端口通过射频线缆连接至高速示波器，设射频线缆时延为DCable；
(402)通过自动校准软件，控制卫星导航信号模拟器输出一个频点一个通道的固定伪距导航扩频信号；
(403)通过自动校准软件，设置高速示波器采样率、带宽、采样时间等控制参数，使之完成对卫星导航信号模拟器输出导航扩频信号的数据采样，单次数据采样获得的时延校准结果记为Delay；
(404)通过自动校准软件，读N次取示波器采样数据并分析处理求取均值MDelay，扣除线缆延迟DCable获得时延校准数据CDelay：
CDelay＝MDelay-DCable
(405)通过自动校准软件，将时延校准数据CDelay下发给卫星导航信号模拟器，卫星导航信号模拟器对时延参数进行修正；
(406)切换频点与通道，重复以上步骤(402)～(406)，直至完成卫星导航信号模拟器所有频点和通道的时延校准。
总之，本发明利用自动校准软件，完成对卫星导航信号模拟器、频谱仪和高速示波器的状态控制与测量参数设置，从而实现卫星导航信号模拟器各频点各通道的自动遍历切换与输出信号功率时延参数的自动校准。本发明可有效地节省卫星导航信号模拟器校准过程中的人力与时间投入，提高校准效率和精度。
Claims (4)
1.一种卫星导航信号模拟器功率自动校准系统，其特征在于，包括卫星导航信号模拟器、时频信号产生器、频谱仪和上位机， 其中：
时频信号产生器为卫星导航信号模拟器和频谱仪提供1pps和10MHz时频信号，使之工作在同源条件下；
卫星导航信号模拟器输出的射频信号输入给频谱仪，频谱仪对该信号的功率进行测量；
上位机与卫星导航信号模拟器、时频信号产生器、频谱仪连接；
上位机用于实现如下程序模块：
频谱仪控制模块，用于向频谱仪发送控制指令，设置包括其频率、带宽、扫描时间；
功率校准处理模块，用于对功率数据进行处理，形成功率校准数据；
模拟器控制模块，用于向卫星导航信号模拟器发送控制指令和校准数据，设置其射频信号输出状态，同时调整其功率输出配置。
2.一种卫星导航信号模拟器时延自动校准系统，其特征在于，包括卫星导航信号模拟器、时频信号产生器、高速示波器和上位机， 其中：
时频信号产生器为卫星导航信号模拟器和高速示波器提供1pps和10MHz时频信号，使之工作在同源条件下；
卫星导航信号模拟器输出的射频信号输入给高速示波器，高速示波器对该信号的时延进行测量；
上位机与卫星导航信号模拟器、时频信号产生器、高速示波器连接；
上位机用于实现如下程序模块：
高速示波器控制模块，用于向高速示波器发送控制指令，设置其采样率、带宽、采样时间；
时延校准处理模块，用于对时延数据进行处理，形成时延校准数据；
模拟器控制模块，用于向卫星导航信号模拟器发送控制指令和校准数据，设置其射频信号输出状态，同时调整其时延输出配置。
3.一种卫星导航信号模拟器功率自动校准方法，其特征在于，采用如权利要求1所述的系统进行功率的自动校准，包括以下步骤：
（101）通过模拟器控制模块控制卫星导航信号模拟器输出一个频点一个通道的固定功率导航扩频信号；
（102）通过频谱仪控制模块设置频谱仪的频率、带宽、扫描时间，使频谱仪完成对卫星导航信号模拟器输出的导航扩频信号的功率测量；
（103）通过功率校准处理模块多次读取频谱仪测量功率值并求取均值，扣除线缆衰减，获得功率校准数据；
（104）通过模拟器控制模块将功率校准数据下发给卫星导航信号模拟器，卫星导航信号模拟器对功率参数进行修正；
（105）切换频点与通道，重复步骤（102）～（105），直至完成卫星导航信号模拟器所有频点和通道的功率校准。
4.一种卫星导航信号模拟器时延自动校准方法，其特征在于，采用如权利要求2所述的系统进行时延的自动校准，包括以下步骤：
（201）通过模拟器控制模块控制卫星导航信号模拟器输出一个频点一个通道的固定伪距导航扩频信号；
（202）通过高速示波器控制模块设置高速示波器的采样率、带宽、采样时间，使高速示波器完成对卫星导航信号模拟器输出的导航扩频信号的数据采样；
（203）通过时延校准处理模块多次读取示波器采样数据并分析处理求取均值，扣除线缆延迟，获得时延校准数据；
（204）通过模拟器控制模块将时延校准数据下发给卫星导航信号模拟器，卫星导航信号模拟器对时延参数进行修正；
（205）切换频点与通道，重复步骤（202）～（205），直至完成卫星导航信号模拟器所有频点和通道的时延校准。
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