黃建生，李 超，李宇宏，李 瑤

( 1.中國電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所,河北 石家莊 050081;2.北京衛(wèi)星導(dǎo)航中心,北京 100094; 3.西安衛(wèi)星測控中心,陜西 西安 710000)

0 引言

作為國家信息化基礎(chǔ)建設(shè)的重要組成部分，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在交通運(yùn)輸、基礎(chǔ)測繪、打撈搜救、金融、通信、電力、工程勘測、農(nóng)業(yè)、資源調(diào)查、地震監(jiān)測、公共安全、應(yīng)急救災(zāi)和國防等領(lǐng)域提供位置、導(dǎo)航和授時(shí)服務(wù)。特別是隨著北斗三號(hào)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的運(yùn)行，衛(wèi)星導(dǎo)航終端在各行各業(yè)的應(yīng)用出現(xiàn)了井噴式的發(fā)展，并由此帶來了對衛(wèi)星導(dǎo)航終端測試評估的迫切需求，急需大量的功能齊全、性能穩(wěn)定、運(yùn)行高效的衛(wèi)星導(dǎo)航裝備測試系統(tǒng)[1]。導(dǎo)航終端測試主要分為實(shí)驗(yàn)室模擬環(huán)境下的仿真測試和真實(shí)衛(wèi)星環(huán)境下的實(shí)星測試兩種。由于真實(shí)衛(wèi)星環(huán)境下的一些干擾因素?zé)o法量化和仿真，導(dǎo)致兩種測試下的結(jié)果并不一致，這是仿真測試的不足之處。而實(shí)星測試受測試條件的約束，便捷性和可重復(fù)性差。本文論述的基于采集回放儀的導(dǎo)航終端測試系統(tǒng)解決了以上兩種測試所遇到的問題。

1 導(dǎo)航終端測試系統(tǒng)

導(dǎo)航終端的測試系統(tǒng)主要分為兩類，一類是在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行衛(wèi)星導(dǎo)航仿真測試，另一類是在室外進(jìn)行實(shí)星測試。

1.1 室內(nèi)測試系統(tǒng)

實(shí)驗(yàn)室內(nèi)衛(wèi)星導(dǎo)航仿真測試主要是在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)建設(shè)微波暗室測試環(huán)境，通過數(shù)學(xué)模型仿真BDS、GPS、GLONASS以及Galileo衛(wèi)星星座、衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)特性、導(dǎo)航信號(hào)空間傳輸環(huán)境以及被測終端典型運(yùn)動(dòng)特性等。模擬產(chǎn)生衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的工作環(huán)境，生成被測導(dǎo)航終端天線口面接收到的衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)，對衛(wèi)星導(dǎo)航終端的功能性能進(jìn)行測試和評估。這類測試系統(tǒng)精度高、靈活性和可重復(fù)性好，適用于導(dǎo)航終端臨界性能的測試評估。

1.2 室外測試系統(tǒng)

室外實(shí)星測試是將衛(wèi)星導(dǎo)航終端安裝在已知固定基準(zhǔn)點(diǎn)或者安裝在汽車、飛機(jī)或輪船上接收真實(shí)衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)，并安裝一臺(tái)RTK高精度接收機(jī)同時(shí)工作作為評估基準(zhǔn)，對衛(wèi)星導(dǎo)航終端性能進(jìn)行測試。這類測試系統(tǒng)可以考核導(dǎo)航終端在實(shí)際應(yīng)用條件下的性能評估，反映導(dǎo)航終端的實(shí)戰(zhàn)性能，但是這類測試一般是臨時(shí)性的，受測試時(shí)環(huán)境因素影響較大，可重復(fù)性差。

1.3 室內(nèi)/外測試系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)

室內(nèi)/外測試系統(tǒng)各有優(yōu)缺點(diǎn)，詳見表1。室內(nèi)仿真測試系統(tǒng)的缺點(diǎn)和局限性包括：(1)與真實(shí)衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)環(huán)境測試結(jié)果不一致，實(shí)驗(yàn)室仿真測試系統(tǒng)定位精度誤差一般小于1m，而真實(shí)衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)環(huán)境下定位精度誤差一般在2m～6m；(2)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)特殊信號(hào)(授權(quán)信號(hào))的測試不具備條件。室外實(shí)星測試系統(tǒng)的缺點(diǎn)和局限性包括：(1)受當(dāng)時(shí)試驗(yàn)環(huán)境的影響較大；(2)測試過程較復(fù)雜，成本過高，測試的可重復(fù)性較差。

表1 室內(nèi)、室外測試系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)分析表

2 導(dǎo)航信號(hào)采集回放測試系統(tǒng)

本文設(shè)計(jì)的導(dǎo)航信號(hào)采集回放測試系統(tǒng)結(jié)合了兩種類型測試系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，避免了兩種測試系統(tǒng)的不足。針對不同的應(yīng)用模式采集回放測試系統(tǒng)既可以采集實(shí)驗(yàn)室仿真信號(hào)，通過回放方式對導(dǎo)航終端進(jìn)行測試評估。也可以采集室外實(shí)星環(huán)境的導(dǎo)航信號(hào)，通過回放方式對導(dǎo)航終端進(jìn)行測試評估[2]。

2.1 應(yīng)用模式

實(shí)星環(huán)境導(dǎo)航信號(hào)采集回放測試系統(tǒng)如圖1所示。采集回放儀采集實(shí)星環(huán)境中的衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)，在實(shí)驗(yàn)室微波暗室中對被測導(dǎo)航終端進(jìn)行實(shí)星信號(hào)測試。用于考察導(dǎo)航終端的實(shí)戰(zhàn)性能指標(biāo)和特殊信號(hào)性能指標(biāo)。

圖1 實(shí)星環(huán)境導(dǎo)航信號(hào)采集回放測試系統(tǒng)

仿真環(huán)境導(dǎo)航信號(hào)采集回放測試系統(tǒng)如圖2所示。采集回放儀采集仿真環(huán)境中的衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)，在實(shí)驗(yàn)室微波暗室中對被測導(dǎo)航終端進(jìn)行仿真信號(hào)測試，用于考察導(dǎo)航終端臨界性能指標(biāo)[3-4]。

圖2 仿真環(huán)境導(dǎo)航信號(hào)采集回放測試系統(tǒng)

圖3 信號(hào)和數(shù)據(jù)采集工作原理圖

2.2 工作原理

采集回放導(dǎo)航終端測試系統(tǒng)工作包括兩個(gè)過程。(1)衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)和觀測數(shù)據(jù)采集。實(shí)星采集環(huán)境中采集真實(shí)衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)，通過RTK高精度接收機(jī)采集觀測數(shù)據(jù)，并進(jìn)行存儲(chǔ)。實(shí)驗(yàn)室仿真采集環(huán)境中采集衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)模擬器的信號(hào)和觀測數(shù)據(jù)。信號(hào)和數(shù)據(jù)采集工作原理如圖3所示。(2)衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)回放和測試評估。在實(shí)驗(yàn)室微波暗室的仿真測試環(huán)境中將所存儲(chǔ)的衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)進(jìn)行回放，按照測試流程控制被測導(dǎo)航終端接收信號(hào)，采集測試數(shù)據(jù)，按照數(shù)據(jù)處理和評估方法對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，獲取導(dǎo)航終端性能指標(biāo)評價(jià)結(jié)果。信號(hào)回放和測試評估工作原理如圖4所示。

圖4 信號(hào)回放和測試評估工作原理圖

3 試驗(yàn)驗(yàn)證

實(shí)星環(huán)境下使用導(dǎo)航信號(hào)采集回放測試系統(tǒng)利用車載北斗導(dǎo)航終端進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。對衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)和數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，采集時(shí)長60min，導(dǎo)航終端運(yùn)動(dòng)軌跡圖如圖5所示。

衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)和數(shù)據(jù)采集的同時(shí)，對車載北斗導(dǎo)航終端的定位精度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表2，定位精度統(tǒng)計(jì)分析如圖6所示。

表2 實(shí)星環(huán)境導(dǎo)航終端定位精度試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果

圖6 導(dǎo)航終端定位精度統(tǒng)計(jì)分析圖

實(shí)驗(yàn)室中使用導(dǎo)航信號(hào)采集回放測試系統(tǒng)回放采集的導(dǎo)航信號(hào)，使用車載北斗導(dǎo)航終端進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。對車載北斗導(dǎo)航終端的定位精度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，表3是統(tǒng)計(jì)結(jié)果，定位精度統(tǒng)計(jì)分析如圖7所示。

表3 采集回放測試系統(tǒng)導(dǎo)航終端定位精度試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果

圖7 導(dǎo)航終端定位精度統(tǒng)計(jì)分析圖

試驗(yàn)結(jié)果表明實(shí)星環(huán)境定位精度試驗(yàn)結(jié)果和采集回放測試系統(tǒng)定位精度試驗(yàn)結(jié)果基本一致。

4 結(jié)束語

基于采集回放儀的導(dǎo)航終端測試系統(tǒng)，能夠避免室內(nèi)仿真環(huán)境測試和實(shí)星環(huán)境測試中的不足，同時(shí)能夠滿足在實(shí)驗(yàn)室條件下對導(dǎo)航終端實(shí)際性能的測試驗(yàn)證與評估，且測試場景具有可重復(fù)性。本研究對推動(dòng)衛(wèi)星導(dǎo)航終端產(chǎn)品檢測認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化具有重要意義[5]。