CN115015976B - 一种北斗rdss闭环测试系统双向时延校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种北斗RDSS闭环测试系统双向时延的校准方法，用于校准北斗RDSS闭环测试系统双向时延的测量误差，保证北斗RDSS闭环测试系统双向时延的测量准确性，并形成完整的量值溯源链。

Description

一种北斗RDSS闭环测试系统双向时延校准方法

技术领域

本发明属于卫星导航技术领域，具体涉及一种北斗RDSS闭环测试系统双向时延校准方法。

背景技术

北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System，BDS)是我国自主建设、独立运行的卫星导航系统，已向全球提供服务。其应用范围越来越广，在交通、航空、时间频率传递等各个行业中发挥着越来越重要的作用。北斗卫星导航系统可以为用户提供定位、导航、授时及短报文通信服务。

北斗RDSS是北斗卫星导航系统的一部分。RDSS是卫星无线电定位系统(radiodetermination satellite system)的简称，指由中心地球站发信号，通过卫星与移动目标(海上、陆地、空中移动体)之间的无线电波传播时间，可测定移动目标的坐标(位置)、运动速度和方向等参数，并向移动目标传送简短信息的系统。

北斗RDSS根据几何学三个坐标可确定物体空间位置的原理完成卫星无线电定位。以两星一地(即已知两颗静止卫星的位置和地面被测移动目标海拔高度)为例，中心地球站发定时同步信号和有关电文的简短信息，经过中心地球站至一颗RDSS卫星，卫星至需定位的用户，用户响应的返回电波经两颗RDSS卫星传到中心地球站，通过两颗卫星各自至同一用户的距离可在中心计算机瞬时算出，加上用户所在地的海拔标高，并与对该地区某一个或几个有代表性的定标台测试结果迅速核对，消除可以发现的误差，确定用户的三维坐标。RDSS控制中心将用户位置信息通过RDSS卫星传给用户，在该用户的RDSS收、发信终端显示屏上显示他的所在经纬度和其它简短信息。还同时将此移动用户的信息通报该用户所属的主管部门。以上程序可在不到一秒钟内完成。中心地球站的RDSS控制中心与众多RDSS移动用户的联系，可以是定时启动或按用户请求随时启动。定位误差一般为几十米。离赤道越近的RDSS移动用户，其误差要大于百米。高纬度地区，对卫星的仰角过小或卫星无法覆盖，卫星无线电定位系统难以发挥作用。

北斗RDSS的定位精度取决于中心地球站时延测量精度和北斗RDSS用户机自身双向时延的精度。为了提高北斗RDSS定位精度，需要对北斗RDSS用户机的双向时延进行检测。北斗RDSS闭环测试系统是检测北斗RDSS用户机双向时延的关键测量仪器。北斗RDSS闭环测试系统主要由北斗RDSS出站模拟源和北斗RDSS入站接收机两部分组成，具体物理形态有北斗RDSS出站模拟源和北斗RDSS入站接收机一体化的，也有北斗RDSS出站模拟源和北斗RDSS入站接收机分体的。为保证测量精度，需要对北斗RDSS闭环测试系统的双向时延测量误差进行校准。本文所述北斗RDSS闭环测试系统双向时延就是指北斗RDSS闭环测试系统的双向时延测量误差。

目前校准北斗RDSS闭环测试系统双向时延的方法有两种。第一种方法是拿一台功能性能稳定可靠的RDSS用户机，俗称“金机”，将它在行业内经常承担用户机测量任务的北斗RDSS闭环测试系统上的测试结果作为基准，然后拿到各个不同的北斗RDSS闭环测试系统上测试，看测试结果是否与基准结果一致，以此来评判不同的北斗RDSS闭环测试系统测试结果的一致性。但是这种方法有三个问题：一是作为基准的北斗RDSS闭环测试系统的测试结果无法保证可溯源、可信；二是作为比对金机的用户机，其稳定性可靠性也存在问题；三是作为金机的用户机拿到另外用户机厂家的测试系统上比对时，也会遭到因垄断而带来的公平性方面的质疑。第二种方法是利用专用的标定校准装置对北斗RDSS闭环测试系统进行校准。该方法虽然可以方便地测量出北斗RDSS闭环测试系统双向时延的误差，但是由于标定校准装置是专用测量设备，其自身的溯源性尚不能解决，不能形成完整的溯源链，因此并没有完全解决北斗RDSS闭环测试系统的校准溯源问题。

发明内容

针对以上不足，本发明提供了一种北斗RDSS闭环测试系统双向时延的校准方法，用于校准北斗RDSS闭环测试系统双向时延的测量误差，保证北斗RDSS闭环测试系统双向时延的测量准确性，并形成完整的量值溯源链。

本发明是通过如下技术方案实现的。一种北斗RDSS闭环测试系统双向时延校准方法，其特征在于，包括采用如下设备，脉冲信号发生器、功分器、第一电缆、第二电缆、第三电缆、第四电缆、第五电缆、第六电缆、衰减器、高速数字示波器和矢量信号发生器，所述北斗RDSS闭环测试系统双向时延校准方法包括如下步骤：

(1)将脉冲信号发生器与功分器相连，功分器通过第一电缆连接到高速数字示波器，功分器通过第二电缆及第三电缆连接到衰减器，衰减器通过第四电缆连接到高速数字示波器，其中，第一电缆所在的通路为第一通路，第二电缆、第三电缆、衰减器和第四电缆组成的通路为第二通路；脉冲信号发生器输出的方波，经过功分器分为两路，其中一路经所述第一通路连接到高速数字示波器第一通道，另一路经过所述第二通路连接到高速数字示波器第二通道；使用高速数字示波器测量两路信号的时间差，即第一通路和第二通路的时延差τ1；

(2)将北斗RDSS用户机插入通路2的第二电缆与第三电缆之间；使用矢量信号发生器生成RDSS出站信号及其同步信号，RDSS同步信号经第一通路连接到高速数字示波器的第一通道，RDSS出站信号经第二电缆连接到北斗RDSS用户机的输入口，北斗RDSS用户机的输出口接第三电缆，经过衰减器和第四电缆连接到高速数字示波器的第二通道，使用高速数字示波器通过希尔伯特变换解包络法测量第一通道和第二通道的时间差τ2，按下式计算得北斗RDSS用户机的双向时延标准值τ0，

τ0＝τ2-τ1

(3)脉冲信号发生器输出方波信号，经过功分器后，分别经过第一电缆和第二电缆连接到高速数字示波器的第一通道和第二通道，使用高速数字示波器测量第一通道和第二通道的时间差τ3；

(4)将第五电缆和第六电缆插入第二电缆与高速数字示波器的第二通道之间，再次使用高速数字示波器测量通道1和通道2的时间差τ4，通过下式计算电缆5和电缆6的总时延τ5，

τ5＝τ4-τ3

(5)使用第五电缆和第六电缆连接北斗RDSS用户机与北斗RDSS闭环测试系统，使用北斗RDSS闭环测试系统测量双向时延τ6，通过下式计算北斗RDSS闭环测试系统的测量误差Δτ，

Δτ＝τ6-τ0-τ5。

通过上述技术方案，本发明的优点在于双向时延的准确性由通用测量仪器确定，而这些通用测量仪器的量值均可以溯源到国家计量标准，从而解决了北斗RDSS闭环测试系统双向时延的校准和量值溯源问题。

附图说明

图1为北斗RDSS闭环测试系统双向时延的校准方法的通路时延差测量连接图；

图2为北斗RDSS闭环测试系统双向时延的校准方法的北斗RDSS用户机双向设备时延标准值测量连接图；

图3为北斗RDSS闭环测试系统双向时延的校准方法的总时延测量连接图；

图4为北斗RDSS闭环测试系统双向时延的校准方法的双向设备时延校准连接图。

具体实施方式

本发明的一种北斗RDSS闭环测试系统双向时延校准方法的具体实施过程如下：

如图1所示，连接脉冲信号发生器、功分器、电缆1～电缆4、衰减器和高速数字示波器，其中脉冲信号发生器与功分器相连，功分器通过电缆1连接到高速数字示波器，功分器通过电缆2及电缆3连接到衰减器，衰减器通过电缆4连接到高速数字示波器。其中，电缆1为通路1，电缆2、电缆3、衰减器和电缆4组成的通路为通路2。脉冲信号发生器输出的方波，经过功分器分为两路，其中一路经通路1连接到高速数字示波器通道1，另一路经过通路2连接到高速数字示波器通道2。高速数字示波器测量两路信号的时间差为通路1和通路2的时延差τ1。

北斗RDSS用户机的双向时延标准值测量方法如图2所示，连接矢量信号发生器、电缆1～电缆4、衰减器、北斗RDSS用户机和高速数字示波器，其中，电缆1为通路1，电缆2、北斗RDSS用户机、电缆3、衰减器和电缆4组成的通路为通路3。矢量信号发生器生成RDSS出站信号及其同步信号，RDSS出站信号中帧标志段13位巴克码的下降沿与同步信号的上升沿对齐。矢量信号发生器输出的同步信号经通路1连接到高速数字示波器的通道1，矢量信号发生器输出的RDSS出站信号经通路3连接到高速数字示波器通道2。高速数字示波器通过希尔伯特变换解包络法测量通道1和通道2的时间差τ2。可按式(1)计算得北斗RDSS用户机的双向时延标准值τ0。

τ0＝τ2-τ1 (1)

如图3所示，脉冲信号发生器输出方波信号，经过功分器后，分别再经过电缆1和电缆2连接到高速数字示波器的通道1和通道2，高速数字示波器测量通道1和通道2的时间差τ3；

将电缆5和电缆6插入电缆2和高速数字示波器通道2之间，高速数字示波器测量此时通道1和通道2的时间差τ4，则可通过式(2)计算电缆5和电缆6的总时延τ5.

τ5＝τ4-τ3 (2)

如图4所示，连接北斗RDSS用户机、北斗RDSS闭环测试系统，北斗RDSS闭环测试系统测量得此时的双向时延为τ6，则北斗RDSS闭环测试系统的误差Δτ可按式(3)计算。

Δτ＝τ6-τ0-τ5 (3)

本发明实现北斗RDSS闭环测试系统双向时延校准的步骤包括：

1、使用脉冲信号发生器、功分器和高速数字示波器测量通路1和通路2的时延差；

2、使用矢量信号发生器和高速数字示波器测量通路1和通路3的时延差，计算得到北斗RDSS用户机的双向时延标准值；

3、使用脉冲信号发生器、功分器和高速数字示波器测量电缆5和电缆6的总时延；

4、将北斗RDSS用户机通过电缆5和电缆6与北斗RDSS闭环测试系统相连，北斗RDSS闭环测试系统测得的双向时延扣除电缆5和电缆6的总时延后，与北斗RDSS用户机的标准值相减，得到其双向时延测量误差。

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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种北斗RDSS闭环测试系统双向时延校准方法，其特征在于，包括采用如下设备，脉冲信号发生器、功分器、第一电缆(1)、第二电缆(2)、第三电缆(3)、第四电缆(4)、第五电缆(5)、第六电缆(6)、衰减器、高速数字示波器和矢量信号发生器，所述北斗RDSS闭环测试系统双向时延校准方法包括如下步骤：

(a)使用脉冲信号发生器与功分器相连，功分器通过第一电缆(1)连接到高速数字示波器，功分器通过第二电缆(2)及第三电缆(3)连接到衰减器，衰减器通过第四电缆(4)连接到高速数字示波器，其中，第一电缆(1)所在的通路为第一通路，第二电缆(2)、第三电缆(3)、衰减器和第四电缆(4)组成的通路为第二通路；脉冲信号发生器输出的方波，经过功分器分为两路，其中一路经所述第一通路连接到高速数字示波器第一通道，另一路经过所述第二通路连接到高速数字示波器第二通道；使用高速数字示波器测量两路信号的时间差，即第一通路和第二通路的时延差τ1；

(b)将北斗RDSS用户机插入通路2的第二电缆(2)与第三电缆(3)之间；使用矢量信号发生器生成RDSS出站信号及其同步信号，RDSS同步信号经第一通路连接到高速数字示波器的第一通道，RDSS出站信号经第二电缆(2)连接到北斗RDSS用户机的输入口，北斗RDSS用户机的输出口接第三电缆(3)，经过衰减器和第四电缆(4)连接到高速数字示波器的第二通道，使用高速数字示波器通过希尔伯特变换解包络法测量第一通道和第二通道的时间差τ2，按下式计算得北斗RDSS用户机的双向时延标准值τ0，

τ0＝τ2-τ1

(c)脉冲信号发生器输出方波信号，经过功分器后，分别经过第一电缆(1)和第二电缆(2)连接到高速数字示波器的第一通道和第二通道，使用高速数字示波器测量第一通道和第二通道的时间差τ3；

(d)将第五电缆(5)和第六电缆(6)插入第二电缆(2)与高速数字示波器的第二通道之间，再次使用高速数字示波器测量第一 通道和第二 通道的时间差τ4，通过下式计算第五电缆( 5) 和第六 电缆( 6) 的总时延τ5，

τ5＝τ4-τ3

(e)使用第五电缆(5)和第六电缆(6)连接北斗RDSS用户机与北斗RDSS闭环测试系统，使用北斗RDSS闭环测试系统测量双向时延τ6，通过下式计算北斗RDSS闭环测试系统的测量误差Δτ，

Δτ＝τ6-τ0-τ5。

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