導(dǎo)航接收機(jī)指標(biāo)分析及測試

1、1 測試目的1) 檢測衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)的功能是否滿足技術(shù)要求，功能測試主要包括：具備B3、B1、L1單頻點(diǎn)定位功能；具備B1B3雙頻定位功能；具備B3L1兼容定位功能；可接收INS等速度信息；具備定位、測速、原始電文及觀測量等信息輸出功能。2) 檢測衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)的性能指標(biāo)是否滿足技術(shù)要求，性能測試主要包括：動態(tài)性能、定位測速精度、捕獲定位時間、捕獲跟蹤通道數(shù)、信號動態(tài)范圍、靈敏度、數(shù)據(jù)跟新率、供電電壓、功耗等。3) 檢測衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)的接口是否滿足技術(shù)要求，接口測試主要包括：射頻接口、數(shù)據(jù)接口、與慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（INS）接口、1PPS秒脈沖輸出接口。2 測試要求測試要求主要包括：場地要求、環(huán)境要

2、求、輔助測試設(shè)備要求。a) 場地要求：工作臺干凈、平整，具有良好的防靜電功能，同時確保測試場地周邊沒有其他干擾信號。測試分為室內(nèi)對衛(wèi)星信號模擬源測試和室外對天（真實(shí)信號）測試兩種測試方式。b) 環(huán)境要求：溫度1535、相對濕度20%80%、室內(nèi)照度>500cd/c。c) 設(shè)備要求：萬用表、專用線纜、計(jì)算機(jī)串口工作正常、直流穩(wěn)壓電源、示波器、模擬源。測試所用儀器、儀表、高頻線纜等必須滿足測試所需的電磁兼容性和測試精度要求，并在標(biāo)定有效期內(nèi)使用。所選用的通用測試儀器必須符合國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)并經(jīng)計(jì)量部門檢定合格，測試設(shè)備必須經(jīng)過嚴(yán)格標(biāo)定。3 測試儀器及系統(tǒng)連接1) 測試所需儀器、儀表等物品如下表所

3、示：表3-1 測試儀器物品清單表設(shè)備名稱數(shù)量說明多頻點(diǎn)衛(wèi)星信號模擬源1包括B3、B1、L1頻點(diǎn)信號示波器1頻譜儀1直流穩(wěn)壓電源1監(jiān)控記錄計(jì)算機(jī)1數(shù)字萬用表1秒表1電子稱1卡尺12) 系統(tǒng)連接測試項(xiàng)目分為兩種連接方式：室內(nèi)對衛(wèi)星信號模擬源測試和室外對天信號測試a) 室內(nèi)對衛(wèi)星信號模擬源測試連接圖圖3-1 室內(nèi)對衛(wèi)星信號模擬源測試連接圖b) 室外對天信號測試連接圖圖3-2 室外對天信號測試連接圖4 測試方法及判別依據(jù)4.1 外觀檢驗(yàn)板卡：外表無劃傷、裂紋、絕緣物破裂現(xiàn)象；標(biāo)識：序列號、硬件版本號、PCB板號；標(biāo)識應(yīng)清晰、正確；射頻針頭：齊全，無變形；芯片管腳：用放大鏡仔細(xì)看，無翹起，焊點(diǎn)光滑。4.

4、2 測試前連線1) 將測試板卡上焊接好的電源線對應(yīng)連接到10V直流穩(wěn)壓電源上（紅線接正、黑線接負(fù)）；2) 將模擬源接出來的線纜連接低噪放后接到測試板卡的射頻接口上；3) 將測試板卡上焊接好的串口線連接到計(jì)算機(jī)串口上，1PPS的輸出端連接到示波器上。4.3 常溫功能指標(biāo)測試4.3.1 兼容性測試指標(biāo)要求：兼容接收GPS L1、BD-2 B1 I、BD-2 B3 I衛(wèi)星信號，具備進(jìn)行單系統(tǒng)及多系統(tǒng)聯(lián)合定位功能。測試方法：按照圖3-2方式連接設(shè)備，將天線、接收架設(shè)在設(shè)置好的場地中，加電開機(jī)，通過串口指令控制按B1 I單頻、B3 I單頻、L1單頻、B1B3 I雙頻、B3L1兼容方式分別進(jìn)行定位，查看是

5、否分別能夠得到準(zhǔn)確的定位結(jié)果。合格判據(jù)：若各模式均能得到準(zhǔn)確的定位結(jié)果，則該指標(biāo)測試合格。4.3.2 數(shù)據(jù)輸出內(nèi)容檢測指標(biāo)要求：數(shù)據(jù)輸出內(nèi)容：接收機(jī)時間、接收機(jī)日期、捕獲跟蹤衛(wèi)星號、接收機(jī)位置速度信息、捕獲跟蹤衛(wèi)星的測量信息（偽距、載波相位、多普勒、載噪比）、通道跟蹤狀態(tài)（載波鎖定、碼鎖定、幀同步、位同步）、定位精度因子PDOP值、捕獲跟蹤衛(wèi)星的導(dǎo)航電文。測試方法：按照圖3-1方式連接設(shè)備，加電工作。設(shè)置衛(wèi)星信號模擬源播發(fā)B1、B3、L1三頻點(diǎn)各12顆衛(wèi)星信號，接收機(jī)接收信號并且定位成功后，設(shè)置輸出各種數(shù)據(jù)信息，檢測是否滿足技術(shù)要求。合格判據(jù)：檢測數(shù)據(jù)接口輸出的數(shù)據(jù)信息，若是包含所有的技術(shù)要求

6、列出的數(shù)據(jù)信息，則該項(xiàng)檢測合格。4.4 常溫性能測試4.4.1 動態(tài)性能測試指標(biāo)要求：相對速度：012km/s、相對加速度：0120m/s2、相對加加速度：040m/s3指標(biāo)說明：相對速度、相對加速度、相對加加速度都是指的衛(wèi)星與接收機(jī)之間的相對運(yùn)動。相對速度與多普勒頻率相對應(yīng)，它們之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系為：是與信號發(fā)射頻率相對應(yīng)的信號波長，為光速，為信號入射角，對于靜態(tài)信號發(fā)射源來說，信號入射角指的是從接收機(jī)的運(yùn)動方向到信號入射方向的夾角，多普勒頻率也有正負(fù)之分，當(dāng)接收機(jī)接收到的衛(wèi)星載波頻率小于其發(fā)射的頻率其為負(fù)，相反為正。相對加速度是速度的一階導(dǎo)數(shù)，加加速度為速度的二階導(dǎo)數(shù)。測試方法：由于接收機(jī)動態(tài)

7、范圍過大，在實(shí)際中無法進(jìn)行具體測試，因此利用高動態(tài)信號源，首先將信號源場景根據(jù)指標(biāo)進(jìn)行設(shè)置，信號源穩(wěn)定后分別將定位模式切為相應(yīng)系統(tǒng)、頻點(diǎn)進(jìn)行接收信號并輸出定位結(jié)果，最后將定位結(jié)果與模擬源中真值比較衡量接收機(jī)定位結(jié)果。注：(1)當(dāng)加加速度在逐步變大時間中確保加速度最大值不超過加速度指標(biāo)，加速度最大值在逐步變大時間中確保速度最大值不超過速度指標(biāo)。(2)在對高動態(tài)性能測試時需要分系統(tǒng)、分頻點(diǎn)單獨(dú)測試以及多系統(tǒng)多頻點(diǎn)聯(lián)合測試。合格判據(jù)：若設(shè)備能夠正常的捕獲衛(wèi)星信號并且能夠進(jìn)行定位測速解算，則該項(xiàng)指標(biāo)測試合格。4.4.2 定位測速精度測試指標(biāo)要求：a) 靜態(tài)工作時，定位精度10m，測速精度0.1m/s（

8、PDOP3，1，每軸）;b) 在以上動態(tài)范圍工作時，定位精度10m，測速精度0.3m/s（PDOP3，1，每軸）。指標(biāo)說明：定位解的精度=精度因子（DOP）*測量誤差測量誤差：是指與定位相關(guān)的所有誤差，其都可以歸結(jié)到各個衛(wèi)星的偽距中，看成偽距的等效誤差，在一定的假設(shè)條件下，偽距誤差因子就是衛(wèi)星的用戶等效距離誤差（UERE），UERE是與該衛(wèi)星相關(guān)聯(lián)的每個誤差源所產(chǎn)生的影響的和，各個衛(wèi)星之間，這些UERE是相互獨(dú)立的，并且分布相同。精度因子：與衛(wèi)星的空間幾何分布有關(guān)，在一定的測量誤差條件下，衛(wèi)星空間幾何分布越好（各顆衛(wèi)星和接收機(jī)為頂點(diǎn)組成的錐形多面體體積越大稱衛(wèi)星空間幾何分布越好），衛(wèi)星精度因子

9、（DOP）值越小，定位精度越高。測試方法：按圖3-1方式連接設(shè)備，加電工作。設(shè)置衛(wèi)星信號模擬源為靜態(tài)場景，同時播發(fā)B1、B3、L1頻點(diǎn)衛(wèi)星信號，場景保證PDOP3。通過指令分別切換定位模式為B3、B1、L1單頻點(diǎn)定位，B1B3雙頻定位，B3L1兼容定位模式，評估系統(tǒng)分別對幾種模式的定位結(jié)果進(jìn)行評估，看是否符合技術(shù)要求。設(shè)置衛(wèi)星信號模擬源為以上動態(tài)場景，同時播發(fā)B1、B3、L1頻點(diǎn)衛(wèi)星信號，場景保證PDOP3。通過指令分別切換定位模式為B3、B1、L1單頻點(diǎn)定位，B1B3雙頻定位，B3L1兼容定位模式，評估系統(tǒng)分別對幾種模式的定位結(jié)果進(jìn)行評估，看是否符合技術(shù)要求。每種場景下每種定位模式采集10個

10、樣本點(diǎn)分別進(jìn)行評估。合格判據(jù)：評估系統(tǒng)中將用戶機(jī)解算上報(bào)的各時刻位置、速度分別與相應(yīng)的已知位置、速度進(jìn)行對比，分別計(jì)算出X、Y、Z三軸的定位、測速精度。坐標(biāo)系統(tǒng)采用空間直角坐標(biāo)。a) 每軸的位置誤差為：、分別為接收機(jī)X、Y、Z軸坐標(biāo)第i次位置數(shù)據(jù)的解算結(jié)果；、分別為第i次位置數(shù)據(jù)的已知值；n為測量次數(shù)。b) 每軸的速度誤差為：、分別為接收機(jī)X、Y、Z軸第i次速度數(shù)據(jù)的解算結(jié)果；、分別為第i次速度數(shù)據(jù)的已知值；n為測量次數(shù)。按照上述公式計(jì)算出的每軸位置、速度誤差均在指標(biāo)要求范圍內(nèi)，則該項(xiàng)指標(biāo)測試合格。4.4.3 捕獲定位時間測試指標(biāo)要求：a) 冷啟動（盲捕）首次定位時間：60s；b) 熱啟動首次

11、定位時間：10s；c) 瞬時失鎖5s，重捕定位時間：5s。d) 在靜態(tài)和動態(tài)下捕獲定位時間均應(yīng)滿足上述要求指標(biāo)說明：冷啟：是指接收機(jī)不知道當(dāng)前的時間及其所處的位置，并且在它的存儲器上也沒有保存有任何有效的衛(wèi)星星歷與歷書。暖啟：也稱為溫啟是指接收機(jī)沒有有效星歷但卻掌握著誤差小于5分鐘的當(dāng)前時間、誤差小于100Km的當(dāng)?shù)匚恢靡约坝行v書情況下的啟動。熱啟：接收機(jī)不但具備暖啟動的條件，而且還保存著有效星歷。失鎖重捕：是指接收機(jī)在衛(wèi)星信號跟蹤期間，由于衛(wèi)星信號遭到阻礙物阻擋或者由于接收機(jī)受到過大的動態(tài)應(yīng)力而短暫地對信號失鎖后再試圖重新捕獲該信號的過程。測試方法：按圖3-1方式連接設(shè)備，設(shè)置衛(wèi)星信號模擬

12、源為靜態(tài)場景，播發(fā)B1、B3、L1三個頻點(diǎn)信號，每個頻點(diǎn)12顆衛(wèi)星。冷啟動：首先清空設(shè)備flash保存的星歷數(shù)據(jù)，設(shè)備重新加電同時，用秒表記下當(dāng)前時刻T1，等輸出定位結(jié)果后記下時刻T2，T2-T1即為冷啟動定位時間。熱啟動：設(shè)備加電后接收模擬源信號，定位穩(wěn)定后設(shè)備重新加電，用秒表記錄下當(dāng)前時刻T1，等輸出定位結(jié)果后記下時刻T2，T2-T1即為熱啟動定位時間。失鎖重捕：設(shè)備加電后接收模擬源信號，定位穩(wěn)定后，控制信號模擬源關(guān)閉信號，5s后打開信號，用秒表記錄當(dāng)前時刻T1，等輸出定位結(jié)果后記下時刻T2，T2-T1即為失鎖重捕定位時間。將衛(wèi)星信號模擬源設(shè)置為以上動態(tài)場景，播發(fā)B1、B3、L1三個頻點(diǎn)信

13、號，每個頻點(diǎn)12顆衛(wèi)星。重復(fù)上述a、b、c過程。4.4.4 靈敏度測試指標(biāo)要求：靈敏度（含低噪放）：優(yōu)于-160dBW(可定位)；其中低噪放噪聲系數(shù)2dB，增益3035dB。指標(biāo)說明：靈敏度是指接收機(jī)能夠接受最弱信號的功率值。在實(shí)際測試中經(jīng)常采用信號載噪比來衡量信號的強(qiáng)弱，接收信號功率值與接收信號載噪比的關(guān)系可表示為：式中SS為信號強(qiáng)度，為噪聲功率密度，衛(wèi)星在接近熱力學(xué)溫度為0K下發(fā)射產(chǎn)生發(fā)射信號，根據(jù)計(jì)算尺得到的為-204，因此當(dāng)接收信號功率強(qiáng)度為-160dBW時，對應(yīng)的接收信號載噪比為44dB.Hz。測試方法：按圖3-1方式連接設(shè)備，加電工作。設(shè)置衛(wèi)星信號模擬源播發(fā)B1、B3、L1頻點(diǎn)各1

14、2顆衛(wèi)星信號，所有衛(wèi)星信號模擬源產(chǎn)生的衛(wèi)星信號至天線口面的信號功率調(diào)至-160dBW，接收機(jī)設(shè)置為B3L1兼容定位模式，檢測接收機(jī)是否能夠正確的實(shí)現(xiàn)定位測速。合格判據(jù)：能夠正常輸出定位測速結(jié)果，則認(rèn)為該項(xiàng)指標(biāo)測試合格。4.4.5 信號動態(tài)范圍測試指標(biāo)要求：信號動態(tài)范圍25dB指標(biāo)說明：信號動態(tài)范圍是指接收機(jī)能夠正常捕獲到信號最高信噪比與最低信噪比的差，動態(tài)范圍越寬說明接收機(jī)的適應(yīng)范圍越廣。低信噪比考驗(yàn)的是接收機(jī)接收弱信號的能力，高信噪比考驗(yàn)的是接收機(jī)硬件AGC的調(diào)控能力。測試方法：信號源發(fā)射1顆固定衛(wèi)星，將至接收機(jī)天線口面的信號功率調(diào)至-160dBw（靈敏度）當(dāng)接收機(jī)對該衛(wèi)星捕獲成功后，將信號

15、功率依次調(diào)低進(jìn)行捕獲，直到接收機(jī)捕獲失敗記錄此功率值為接收機(jī)接收的最弱信號功率。得到最弱功率值后，再將信號功率調(diào)至靈敏度，依次將信號功率調(diào)高，直到接收捕獲失敗，記錄此功率值為接收所接收的最強(qiáng)信號功率，則最強(qiáng)信號與最弱信號差為接收機(jī)信號動態(tài)范圍。合格判據(jù)：若在信號動態(tài)范圍25dB時，接收機(jī)對該顆衛(wèi)星能夠正常捕獲、跟蹤，則該項(xiàng)指標(biāo)測試合格。4.4.6 數(shù)據(jù)更新率測試指標(biāo)要求：數(shù)據(jù)更新率不低于10Hz指標(biāo)說明：數(shù)據(jù)跟新率指的是定位結(jié)果迭代計(jì)算的頻度，10Hz等效于定位、測速結(jié)果100ms輸出一次。測試方法：按圖3-2方式連接設(shè)備，加電工作。接收機(jī)切為相應(yīng)定位模式，等定位后查看輸出的定位結(jié)果頻度是否滿

16、足指標(biāo)要求。合格判據(jù)：若定位、測速結(jié)果輸出頻度不小于10HZ，則該指標(biāo)測試合格。4.4.7 供電電壓測試指標(biāo)要求：供電電壓530V測試方法：按照圖3-2方式連接設(shè)備，將直流穩(wěn)壓源調(diào)至5V輸出，接收機(jī)加電，檢測是否能夠正常輸出定位測速結(jié)果；然后接收機(jī)斷電，將直流穩(wěn)壓源調(diào)至30V輸出，接收機(jī)加電，檢測是否能夠正常輸出定位測速結(jié)果。合格判據(jù)：若接收機(jī)加5V、30V直流電均能正常實(shí)現(xiàn)定位測速輸出，則認(rèn)為該項(xiàng)指標(biāo)測試合格。4.4.8 功耗測試指標(biāo)要求：功耗15W測試方法：按照圖3-2方式連接設(shè)備，將直流穩(wěn)壓源調(diào)至5V輸出，接收機(jī)加電，等接收機(jī)正常輸出定位測速結(jié)果后記錄穩(wěn)壓源電流值；然后接收機(jī)斷電，將直流

17、穩(wěn)壓源調(diào)至30V輸出，接收機(jī)加電，等接收機(jī)正常輸出定位測速結(jié)果后記錄穩(wěn)壓源電流值。合格判據(jù)：分別將5V、30V乘以對應(yīng)記錄的電流值，若結(jié)果均小于15W，則該項(xiàng)指標(biāo)測試合格。4.5 接口測試4.5.1 射頻接口檢測指標(biāo)要求：接口型號：SSMA射頻饋電輸出：電壓（5±0.3）V，電流200mA測試方法：檢查射頻接口是否為SSMA接口；設(shè)備加電工作，用萬用表測量射頻饋電輸出端口電壓是否為（5±0.3）V。按照圖3-2方式連接設(shè)備，加電查看能否正常接收衛(wèi)星信號。合格判據(jù)：射頻接口為SSMA接口，射頻饋電輸出端口電壓為（5±0.3）V，且接上天線、低噪放能正常接收衛(wèi)星信號，則該接口檢測合格。4.5.2 數(shù)據(jù)接口檢測指標(biāo)要求：數(shù)據(jù)接口：RS232異步串口，波特率115200bps，可選230400bps、460800bps，8位數(shù)據(jù)位、1位停止位、無校驗(yàn)。測試方法：設(shè)備數(shù)據(jù)接口與計(jì)算機(jī)相連，加電工作后，通過計(jì)算機(jī)串口工具（如SSCOM工具）分別設(shè)置波特率115200bps、230400bps、460800bps，8位數(shù)據(jù)位、1位停止位、無校驗(yàn)，計(jì)算機(jī)串口工具也改為相應(yīng)的設(shè)置，查看收發(fā)數(shù)據(jù)是否正常。合格判據(jù)：若三種波特率下均能正常收發(fā)數(shù)據(jù)，則該接口檢測合格。4.5.3 慣導(dǎo)接口檢測指標(biāo)要求：預(yù)留與慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（INS）的接口，可接收INS等速度