阅读说明：本技术 卫星导航接收机时延测定系统 (Time delay measuring system of satellite navigation receiver ) 是由 朱江 于 2019-08-15 设计创作，主要内容包括：本发明提出了一种卫星导航接收机时延测定系统,包括：测试信号产生装置,用于产生用于测定接收机系统时延所需的微波测试信号和秒脉冲时标信号；天线暗盒,用于提供屏蔽干扰且传输稳定的测试信号传输通道,所述测试信号传输通道用于将所述微波测试信号传输到所述接收机；脉冲比对装置,用于对所述测试信号产生装置产生的秒脉冲时标信号与所述接收机基于所述微波测试信号所产生的秒脉冲时标信号进行比对,以获取脉冲信号时延；显控与数据分析装置,用于控制所述测试信号产生装置和所述脉冲比对装置的工作,并根据所述脉冲信号时延确定接收机系统时延并显示出来。本发明无须依赖昂贵测量仪器和严苛的测量环境,降低了测定成本,提高了测定效率。(The invention provides a time delay measuring system of a satellite navigation receiver, which comprises: the test signal generating device is used for generating a microwave test signal and a second pulse time scale signal which are required for measuring the time delay of the receiver system; the antenna cassette is used for providing a test signal transmission channel which is shielded from interference and stable in transmission, and the test signal transmission channel is used for transmitting the microwave test signal to the receiver; the pulse comparison device is used for comparing the second pulse time scale signal generated by the test signal generation device with the second pulse time scale signal generated by the receiver based on the microwave test signal so as to obtain pulse signal time delay; and the display control and data analysis device is used for controlling the work of the test signal generation device and the pulse comparison device, determining the system time delay of the receiver according to the pulse signal time delay and displaying the system time delay. The invention does not need to rely on expensive measuring instruments and harsh measuring environment, reduces the measuring cost and improves the measuring efficiency.)

卫星导航接收机时延测定系统

技术领域

本发明涉及延时测量技术领域，尤其涉及一种卫星导航接收机时延测定系统。

背景技术

目前卫星导航接收机时延测定采用的方案主要是利用昂贵的导航信号模拟器产生测试信号，再利用高采样率的存储示波器或者高分辨率的通用计数器对模拟器时标PPS(Pulse Per Second，秒脉冲)信号和接收机时标PPS信号进行测量，计算得出导航接收机的处理时延，再利用矢量网络分析仪测量接收机射频馈线的时延，并在微波暗室环境中利用矢量网络分析仪对接收机接收天线的时延进行测量，之后将测量得到的接收机处理时延、接收馈线时延、接收天线时延相加，计算出卫星导航接收机总的系统时延。卫星导航接收机时延的测定，主要用于对授时系统同步误差进行标定，以及对导航接收机进行检测。

目前的测定方案中，需要用到高采样率的存储示波器、高分辨率通用计数器、矢量网络分析仪、导航信号模拟器等昂贵的测试仪器，并且需要苛刻的微波暗室环境，测定成本很高。同时，测定方案集成化程度低，需要用到的测量仪器很多，测量步骤多，测定过程复杂。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种卫星导航接收机时延测定系统，克服现有测定方案中对昂贵测量仪器、测量环境的依赖。

本发明采用的技术方案是，所述卫星导航接收机时延测定系统，包括：

测试信号产生装置，用于产生用于测定接收机时延所需的微波测试信号和秒脉冲时标信号；

天线暗盒，用于提供屏蔽干扰且传输稳定的测试信号传输通道，所述测试信号传输通道用于将所述微波测试信号传输到所述接收机；

脉冲比对装置，用于对所述测试信号产生装置产生的秒脉冲时标信号与所述接收机基于所述微波测试信号所产生的秒脉冲时标信号进行比对，以获取脉冲信号时延；

显控与数据分析装置，用于控制所述测试信号产生装置和所述脉冲比对装置的工作，并根据所述脉冲信号时延确定接收机时延并显示出来。

可选的，所述测试信号产生装置，用于根据星历参数、设定的位置参数和设定的时间段参数产生基带信号，基于所述基带信号的采样频率计数产生秒脉冲时标信号。比如：以基带信号采样频率为计数时钟，每间隔一秒产生一个与该基带信号同步的秒脉冲时标信号。

可选的，所述测试信号产生装置，用于根据设定的时间段内的星历数据和设定的时间段参数产生导航电文；

根据星历数据确定可见卫星的位置，将可见卫星到设定的位置的距离转换成可见卫星到设定的位置的相位；

按照基带信号的采样频率对所述导航电文和所述可见卫星到设定的位置的相位调制产生基带信号；

对所述基带信号进行正交变频调制到载波上，再经过滤波放大和增益控制后输出所述微波测试信号。

可选的，所述测试信号产生装置，用于按照设定的第一周期定期根据星历数据确定可见卫星的位置以过滤掉不可见的卫星。

可选的，所述测试信号产生装置，还用于将所述基带信号按照设定的数据块大小写入缓存，从缓存中按照设定的第二周期读取所述基带信号进行正交变频调制到载波上，再经过滤波放大和增益控制后输出所述微波测试信号；

所述设定的第二周期等于所述设定的数据块大小对应的时长。

可选的，所述天线暗盒，包括：喇叭形的盒体、同轴波导转换器和天线安装支架，其中，

所述同轴波导转换器位于所述喇叭形的盒体的顶部，用于接收所述微波测试信号并传送到所述喇叭形的盒体内部；

所述天线安装支架位于所述喇叭形的盒体的底部，用于安装所述接收机的接收天线。

可选的，所述天线暗盒，还包括：

吸波材料，贴附于所述喇叭形的盒体底部内侧，用于吸收经所述喇叭形的盒体反射的微波测试信号的能量。在所述接收天线接收由所述同轴波导转换器传送到所述喇叭形的盒体内部的微波测试信号时，降低所述喇叭形的盒体内各处反射的微波测试信号的影响。

可选的，设所述测试信号产生装置产生的秒脉冲时标信号为第一路秒脉冲时标信号，所述接收机基于所述微波测试信号所产生的秒脉冲时标信号为第二路秒脉冲时标信号；

所述脉冲比对装置，用于按照设定的信号幅度阈值对输入的第一路秒脉冲时标信号和第二路秒脉冲时标信号分别触发进行脉冲整形，再对经过脉冲整形后的第一路秒脉冲时标信号和第二路秒脉冲时标信号进行比对得到脉冲信号时延。进一步的，对输入的任一路秒脉冲时标信号触发进行脉冲整形的过程是：当输入的任一路秒脉冲时标信号的幅度超过设定的信号幅度阈值时，触发对该路秒脉冲时标信号进行脉冲宽度调整，以便于后续基于相同上升沿的信号位置对两路秒脉冲时标信号进行比对以得到脉冲时间间隔即脉冲信号时延。

可选的，对经过脉冲整形后的第一路秒脉冲时标信号和第二路秒脉冲时标信号进行比对时所使用的参考时钟信号来自于本地恒温晶振或者外部时钟。

可选的，所述显控与数据分析装置，用于将所述脉冲信号时延减去所述卫星导航接收机时延测定系统的固有时延得到所述接收机时延。

采用上述技术方案，本发明至少具有下列优点：

本发明所述卫星导航接收机时延测定系统，无须依赖昂贵测量仪器和严苛的测量环境，简化了卫星导航接收机时延测量过程，降低了测定成本，提高了测定效率。本发明能够实现包括接收机天线、射频馈线在内的完整卫星导航接收机时延的高精度测定，便于后续实现时延平均值、方差等统计计算，时延测定精度优于100ps。

附图说明

图1为本发明实施例的卫星导航接收机时延测定系统组成示意图；

图2为本发明实施例的测定系统的测定原理及时延参数的相互关系示意图；

图3为本发明实施例的测试信号产生装置原理组成示意图；

图4为本发明实施例的脉冲比对装置原理组成示意图；

图5为本发明实施例的显控与数据分析软件流程示意图；

图6为本发明实施例的测试信号数字基带产生流程示意图；

图7为本发明实施例的天线暗盒的组成示意图。

图8为本发明实施例的测试系统的组成示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本发明进行详细说明如后。

本发明实施例提供一种卫星导航接收机时延测定系统，如图1所示，该测定系统包括：测试信号产生装置，产生用于测定接收机时延的微波测试信号；天线暗盒，提供干扰屏蔽的、传输稳定的测试信号传输通道；脉冲比对装置，比对时标信号脉冲，获取脉冲信号时延；显控与数据分析软件，控制测定系统的工作流程，计算统计测定数据，显示输出测试结果。

测试信号产生装置在显控与数据分析软件的控制下产生测试信号“A”和PPS 时标信号“B”；测试信号“A”通过射频电缆传输给天线暗盒；PPS时标信号B传输给脉冲比对装置；天线暗盒底部的支架上安装被测接收机的接收天线，并连接被测接收机接收馈线；被测接收机接收到测设信号“A”，产生PPS时标信号“C”；脉冲比对装置对比PPS时标信号“B”和“C”，测量出脉冲时延“E”；显控与数据分析软件对“E”进行计算，剔除测定系统固有时延，并进行统计分析，最终计算出被测接收机时延。

本发明实施例所述测定系统的测定原理及时延参数的相互关系如图2所示。

图2中构建的测量系统中，构建了完整的导航信号发射接收通道，其中t_tx表示测试信号产生装置测试信号的发射时刻，t_rx表示被测接收机PPS时标信号输出的时刻，td_tc表示测试信号产生装置产生的测试信号与PPS时标信号之间的时延， td_tl表示信号发射传输馈线的时延，td_th表示天线暗盒信号传输时延，td_ra表示被测接收天线的时延，td_rl表示被测接收馈线的时延，td_rc表示被测接收机处理时延，td_r表示包括接收天线、接收馈线、接收机处理时延在内的接收机时延，td_z表示脉冲比对装置测得的时标信号时延。

可以得到如下时延关系：

即：

td_r＝td_z-td_tc-td_tl-td_th (2)

其中，td_z由脉冲比对装置测得，td_tc、td_tl、td_th为系统固有时延，通过事先校准获得。因此，显控与数据分析软件能够通过计算出接收机时延td_r。

测试信号产生装置的组成原理如图3所示。测试信号产生装置通过通信接口获取产生测试信号必须的星历参数、时间参数、位置参数，根据这些参数设定计算可见卫星坐标位置，并计算可见卫星到达设定目标位置的距离，之后根据导航调制信号的具体结构，生成信号调制参数，再通过数字基带调制和数模转换产生所需的模拟基带信号，再通过正交变频调制到载波，调制后的模拟信号经过滤波放大和增益控制得到最终的测试信号输出。测试信号产生装置可接收外部时钟参考，通过内部的时钟分配网络输送给本振，用来产生载波信号。基带调制信号按照导航信号的结构产生，根据导航电文、伪码相位与时间的关系产生与调制信号对应的PPS信号。测试信号产生装置的设计采用软件无线电方案，即导航信号基带数据通过软件计算的方式产生，之后利用数模转换DA芯片将数字基带信号转化成模拟基带，再采用正交调制的方式将模拟基带调制到载波，并通过滤波放大将测试信号输出。

脉冲比对装置的组成原理如图4所示。输入脉冲信号首先经过脉冲触发电路进行触发，控制触发点为50％幅度位置，之后经过脉冲整形调整信号的脉宽参数，之后采用时间测量电路实现对脉冲时间间隔的测量，测量结果通过通信接口输出。脉冲比对装置采用恒温晶振作为参考时钟源，也能够根据控制命令选择切换为外部时钟参考。

显控与数据分析软件部分测定系统的工作流程控制以及人机交互。显控与数据分析软件如图5所示，测试信号数字基带产生流程如图6所示。

天线暗盒的组成示意如图7所示。天线暗盒总体采用喇叭形式。暗盒顶部为测试信号输入端，安装同轴波导转换器，暗盒材质采用铝板制造，内壁镀银，外部喷漆。暗盒内部为空腔，底部设有底座。底座能够与暗盒紧密连接，底座上设有天线安装支架，方便接收机天线安装固定，底座留有通孔，使被测接收天线的馈线能够穿出。暗盒底部的底座朝向暗盒内腔一侧贴附吸波材料。暗盒的设计和吸波材料的选择以L频段为侧重。

本发明实施例的技术关键点在于：

1.测试信号的产生；

采用软件无线电的方式，结合卫星导航系统的星历数据、信号数据结构，由软件产生测试信号数字基带，并通过正交调制产生微波测试信号和与之对应的PPS时标信号。

2.天线暗盒；

天线暗盒为被测接收机天线提供稳定、屏蔽的接收信号通道，天线暗盒内置被测接收天线安装支架，能够方便安装各类接收机天线。同时，天线暗盒内部贴附吸波材料，有效控制天线暗盒内部信号反射。

3.脉冲比对装置；

脉冲比对装置采用恒温晶振作为脉冲测量时基，对输入脉冲信号进行整形，选择50％幅度位置作为比对参考点，实现快速高精度的时间测量。

4.集成化设计；

本测定系统将测试信号产生、测试信号发射、脉冲间隔时间测量、测定数据统计分析集成在一起，设备量小、操作方便。

本发明应用实例组成如图8所示，图8中，测定系统主机内部安装有测试信号产生装置、脉冲比对装置、显控与数据分析软件，主机对外接口有USB接口、以太网接口、显示器接口、串口、测试信号输出接口、PPS时标输出接口、参考时钟输入输出接口。测定系统主机将产生的测试信号通过传输馈线传输给天线暗盒；天线暗盒底部设计有被测天线安装支架，支架周围填充有吸波材料，天线暗盒底部可与暗盒底座连接，暗盒底座中间留有通孔，能够让被测接收馈线穿过；被测馈线将被测天线与被测接收机连接；被测接收机将其定位数据输出通过USB或串口传输给测定系统主机，将PPS时标信号也传输给测定系统主机。操作人员通过显示器、键盘鼠标与测试系统交互，设定测定工作参数获取测定结果。

通过具体实施方式的说明，应当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解，然而所附图示仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。