导航信号采集回放测试系统设计与实现

时间：2024-06-19

黄建生，李超，李宇宏，李瑶

( 1.中国电子科技集团公司第五十四研究所,河北石家庄 050081;2.北京卫星导航中心,北京 100094; 3.西安卫星测控中心,陕西西安 710000)

0 引言

作为国家信息化基础建设的重要组成部分，卫星导航系统在交通运输、基础测绘、打捞搜救、金融、通信、电力、工程勘测、农业、资源调查、地震监测、公共安全、应急救灾和国防等领域提供位置、导航和授时服务。特别是随着北斗三号卫星导航系统的运行，卫星导航终端在各行各业的应用出现了井喷式的发展，并由此带来了对卫星导航终端测试评估的迫切需求，急需大量的功能齐全、性能稳定、运行高效的卫星导航装备测试系统[1]。导航终端测试主要分为实验室模拟环境下的仿真测试和真实卫星环境下的实星测试两种。由于真实卫星环境下的一些干扰因素无法量化和仿真，导致两种测试下的结果并不一致，这是仿真测试的不足之处。而实星测试受测试条件的约束，便捷性和可重复性差。本文论述的基于采集回放仪的导航终端测试系统解决了以上两种测试所遇到的问题。

1 导航终端测试系统

导航终端的测试系统主要分为两类，一类是在实验室内进行卫星导航仿真测试，另一类是在室外进行实星测试。

1.1 室内测试系统

实验室内卫星导航仿真测试主要是在实验室内建设微波暗室测试环境，通过数学模型仿真BDS、GPS、GLONASS以及Galileo卫星星座、卫星运动特性、导航信号空间传输环境以及被测终端典型运动特性等。模拟产生卫星导航系统的工作环境，生成被测导航终端天线口面接收到的卫星导航信号，对卫星导航终端的功能性能进行测试和评估。这类测试系统精度高、灵活性和可重复性好，适用于导航终端临界性能的测试评估。

1.2 室外测试系统

室外实星测试是将卫星导航终端安装在已知固定基准点或者安装在汽车、飞机或轮船上接收真实卫星导航信号，并安装一台RTK高精度接收机同时工作作为评估基准，对卫星导航终端性能进行测试。这类测试系统可以考核导航终端在实际应用条件下的性能评估，反映导航终端的实战性能，但是这类测试一般是临时性的，受测试时环境因素影响较大，可重复性差。

1.3 室内/外测试系统优缺点

室内/外测试系统各有优缺点，详见表1。室内仿真测试系统的缺点和局限性包括：(1)与真实卫星导航信号环境测试结果不一致，实验室仿真测试系统定位精度误差一般小于1m，而真实卫星导航信号环境下定位精度误差一般在2m～6m；(2)卫星导航系统特殊信号(授权信号)的测试不具备条件。室外实星测试系统的缺点和局限性包括：(1)受当时试验环境的影响较大；(2)测试过程较复杂，成本过高，测试的可重复性较差。

表1 室内、室外测试系统优缺点分析表

2 导航信号采集回放测试系统

本文设计的导航信号采集回放测试系统结合了两种类型测试系统的优点，避免了两种测试系统的不足。针对不同的应用模式采集回放测试系统既可以采集实验室仿真信号，通过回放方式对导航终端进行测试评估。也可以采集室外实星环境的导航信号，通过回放方式对导航终端进行测试评估[2]。

2.1 应用模式

实星环境导航信号采集回放测试系统如图1所示。采集回放仪采集实星环境中的卫星导航信号，在实验室微波暗室中对被测导航终端进行实星信号测试。用于考察导航终端的实战性能指标和特殊信号性能指标。

图1 实星环境导航信号采集回放测试系统

仿真环境导航信号采集回放测试系统如图2所示。采集回放仪采集仿真环境中的卫星导航信号，在实验室微波暗室中对被测导航终端进行仿真信号测试，用于考察导航终端临界性能指标[3-4]。

图2 仿真环境导航信号采集回放测试系统

图3 信号和数据采集工作原理图

2.2 工作原理

采集回放导航终端测试系统工作包括两个过程。(1)卫星导航信号和观测数据采集。实星采集环境中采集真实卫星导航信号，通过RTK高精度接收机采集观测数据，并进行存储。实验室仿真采集环境中采集卫星导航信号模拟器的信号和观测数据。信号和数据采集工作原理如图3所示。(2)卫星导航信号回放和测试评估。在实验室微波暗室的仿真测试环境中将所存储的卫星导航信号进行回放，按照测试流程控制被测导航终端接收信号，采集测试数据，按照数据处理和评估方法对数据进行处理，获取导航终端性能指标评价结果。信号回放和测试评估工作原理如图4所示。

图4 信号回放和测试评估工作原理图