基于卫星信号模拟器的北斗接收机性能测试与分析_贾超广

表 １ 捕 获 灵 敏 度 测 试 实 验 数 据
场 景 开 始 时 间／ｓ （北 斗 时 ）
场景坐标 Ｂ／（°） Ｌ／（°） Ｈ／ｍ
灵 敏 度 值／ｄＢｍ
２６０ ５１８ ４００
４０ １１６ ３００
－５６．３
２６５ １７２ ８００
５３ １３０ ７００
－６０．４
２６９ １７２ ８００
４８ １３５ ２５０
软件测出 接 收 机 的 冷 启 动 首 次 定 位 时 间， 然 后 改 变测试环境 （改 变 测 试 时 间 或 测 试 点 坐 标）， 在 不 同的卫星 几 何 精 度 条 件 下 重 复 测 试 多 组 数 据。 实 验结果如表２和图３所示。
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导航定位学报
第１卷
表 ２ 冷 启 动 首 次 定 位 时 间 测 试 实 验 数 据
（１．解 放 军 信 息 工 程 大 学 ， 郑 州 ４５００５２；２．河 南 工 程 学 院 ， 郑 州 ４５００５２）
摘要：随着北斗接收机及其技术应用的日渐普及，北斗接收机需要寻找合适的标准测试方法和系统来测试其性能和技 术状况。传统的测试方法是利用待测试接收机接收实际的卫星信号，然后评估其性能，这种测试方法往往会受到复杂的气 候变化、电离层、多路径等因素的影响，可重复性较差。基于模拟导航信号的接收机性能测试方法是利用卫星导航信号模 拟器仿真真实的导航卫星信号，通过设置不同的测试参数和场景，为北斗接收机的研制和测试提供一个稳定、准确、可靠 和易用的测试环境。为北斗接收机设计了全面的性能测试方案，通过测试环境的配置对北斗接收机的主要性能进行了仿真 测试实验。实验结果表明，这种方法简单易用、可重复性强、测试准确度高，可以为北斗接收机的研制和使用提供全方位 的性能测试环境。
DOI:10.16547/j.cnki.10-1096.2013.04.004
第１卷 第４期 ２０１３ 年 １２ 月
导航定位学报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ
wenku.baidu.com
Ｖｏｌ．１ Ｎｏ．４ Ｄｅｃ．，２０１３
基于卫星信号模拟器的北斗接收机性能测试与分析
贾 超 广１ ， 肖 海 霞２
２．２ 测 试 平 台 结 构 接收机测 试 平 台 利 用 数 仿 软 件 配 置 用 户 需 要
的仿真数据 （如 轨 迹 用 户 和 误 差 模 型）， 利 用 上 位 机监控平 台 软 件 启 动 模 拟 器 仿 真 产 生 用 户 需 要 的 卫星信号 和 对 卫 星 导 航 信 号 模 拟 器 输 出 进 行 信 号 中断、信 号 恢 复、 开 关 每 一 个 可 见 星 信 号、 调 制 方式选择和功率控制等，从而提供接收机测试的 环境；接收 机 通 过 接 收 模 拟 器 产 生 的 卫 星 导 航 信 号，最后利 用 评 估 软 件 和 接 收 机 综 合 监 控 软 件 可 以测试 出 接 收 机 的 定 位、 测 速、 定 时、 灵 敏 度 和 首次定位时间等指标，测试平台结构如图１所示。
卫星导航 信 号 模 拟 器 具 备 完 备 的 卫 星 导 航 信 号仿真能力和丰富的操控能力，可利用这种信号 模拟源仿 真 生 成 的 实 时 北 斗 信 号 为 北 斗 接 收 机 测 试建立一 个 良 好 的 能 够 重 复 执 行 精 确 测 试 的 可 控 环境，目前 国 内 已 经 有 多 家 科 研 单 位 自 主 研 发 出 卫星导航信号模拟器，并成为各大导航实验室和 测试研发机构不可或缺的仪器之一。利用其进行 接收机 性 能 测 试， 具 备 可 控 性、 可 重 复 性、 广 泛 性、信号可用性、节约成本等优点 。 ［５－８］
ＪＩＡ Ｃｈａｏ－ｇｕａｎｇ１，ＸＩＡＯ Ｈａｉ－ｘｉａ２ （１．Ｔｈｅ ＰＬＡ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ４５００５２，Ｃｈｉｎａ；
２．Ｔｈｅ Ｈｅｎａｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ４５００５２，Ｃｈｉｎａ）
３．１ 捕 获 灵 敏 度 测 试 实验选 用 静 态 场 景， 通 过 改 变 发 射 功 率 测 出
接收机的捕 获 灵 敏 度， 然 后 改 变 测 试 环 境 （通 过 改变测试时间或 测 试 点 坐 标 实 现）， 在 不 同 的 卫 星 几何精度 条 件 下 重 复 测 试 多 组 数 据， 实 验 结 果 如 表１和图２所示。
３ 测 试 方 法 及 实 验 结 果
实验选用 某 公 司 生 产 的 北 斗 手 持 型 接 收 机 为 测试对象，分 别 做 了 捕 获 灵 敏 度 测 试、 定 位 精 度 测试、测速精 度 测 试、 冷 启 动 首 次 定 位 时 间 测 试 和重新捕 获 时 间 测 试，以 下 是 部 分 实 验 结 果 及 分析。
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｍｏｒｅ ａｎｄ ｍｏｒｅ ｐｏｐｕｌａｒ ｏｆ Ｂｅｉｄｏｕ ｒｅｃｅｉｖｅｒ ａｎｄ ｉｔｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，ａ ｍｏｒｅ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｓｔａｎｄａｒｄ ｔｅｓｔ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｓｙｓｔｅｍ ｎｅｅｄ ｔｏ ｂｅ ｆｏｕｎｄ ｔｏ ｔｅｓｔ ｉｔｓ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎｄ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．Ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｔｅｓｔ ｍｅｔｈｏｄ ｕｓｅｓ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｓａｔｅｌｌｉｔｅ ｓｉｇｎａｌ ｔｏ ｔｅｓｔ ｔｈｅ ｒｅｃｅｉｖｅｒ ａｎｄ ｔｈｅｎ ｅｖａｌｕａｔｅｓ ｉｔｓ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｏｆｔｅｎ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄ ｂｙ ｃｌｉｍａｔｅ ｃｈａｎｇｅ，ｉｏｎｏｓｐｈｅｒｅ，ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｐａｔｈｓ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｆａｃｔｏｒｓ，ｓｏ ｔｈｅ ｒｅｐｒｏｄｕｃｉｂｉｌｉｔｙ ｉｓ ｐｏｏｒ．Ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｔｅｓｔｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ｓｔａｂｌｅ，ａｃｃｕｒａｔｅ，ｒｅｌｉａｂｌｅ ａｎｄ ｅａｓｙ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｔｏ Ｂｅｉｄｏｕ ｒｅｃｅｉｖｅｒ ｔｅｓｔｉｎｇ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｓａｔｅｌｌｉｔｅ ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ｓｉｇｎａｌ ｓｉｍｕｌａｔｏｒ ｔｏ ｓｉｍｕｌａｔｅ ｒｅａｌ ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ｓａｔｅｌｌｉｔｅ ｓｉｇｎａｌ ａｎｄ ｓｅｔｔｉｎｇ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｅｓｔ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ａｎｄ ｓｃｅｎｅｓ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ａ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｐｅｒ－ ｆｏｒｍａｎｃｅ ｔｅｓｔ ｐｌａｎ ｗａｓ ｄｒｅｗ ｕｐ，ａｎｄ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｔｅｓｔ ｏｆ ｔｈｅ Ｂｅｉｄｏｕ ｒｅｃｅｉｖｅｒ ｗａｓ ｄｏｎｅ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｃｏｎｆｉｇｕ－ ｒａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｓｉｍｐｌｅ ａｎｄ ｅａｓｙ ｔｏ ｕｓｅ，ｍｏｒｅ ｒｅｐｅａｔａｂｌｅ ａｎｄ ａｃｃｕｒａｔｅ，ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｐｒｏ－ ｖｉｄｅ ａ ｆｕｌｌ ｒａｎｇｅ ｏｆ ｔｅｓｔｉｎｇ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ ｕｓｅ ｏｆ Ｂｅｉｄｏｕ ｒｅｃｅｉｖｅｒ．
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２７８ ０００ ０００
３９ ７３ ３ ０００
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２８２ ２５９ ２００
３４ １１３ ４００
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２８６ ４３２ ０００
２５ １０２ ８００
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２９１ ８６４ ０００
３０ ９１ ３ ０００
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应用产业 的 蓬 勃 发 展， 而 应 用 的 物 质 基 础 是 各 种 类型的北 斗 接 收 机， 因 而 北 斗 接 收 机 的 性 能 及 可 靠性成了用户关注的焦点 。 ［１－２］
如何验证 导 航 芯 片 和 接 收 机 的 性 能 成 为 所 有 卫星导航 从 业 者 的 亟 待 解 决 的 问 题。 传 统 的 测 试 方法是使 用 天 线 来 接 收 实 际 的 卫 星 信 号， 但 这 种 测试方法由于受到复杂的天气变化、电离层延迟、 多径衰减 等 因 素 的 影 响， 使 得 测 量 可 重 复 性 非 常 差，且测试准 确 度 难 以 保 证， 于 是 几 乎 每 一 家 接
收 稿 日 期 ：２０１３－０５－２６ 第 一 作 者 简 介 ： 贾 超 广 （１９７８）， 男 ， 河 南 清 丰 人 ， 讲 师 ， 主 要 研 究 方 向 为 导 航 工 程 、 天 文 与 时 频 技 术 等 。
第４期
贾超广，等：基于卫星信号模拟器的北斗接收机性能测试与分析
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收机制造商、原始设备制造商集成商和合同制造 商都在为开发能够测试接收机性能的测试标准而 努 力［３－４］。
－５９．４
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４０ １１２ ２００
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２７８ ０００ ０００
３９ ７３ ３ ０００
－５７．５
２８２ ２５９ ２００
３４ １１３ ４００
－５６．７
２８６ ４３２ ０００
２５ １０２ ８００
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２９１ ８６４ ０００
３０ ９１ ３ ０００
－５８．９
２６ １１９ ４００
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３０４ ９４４ ０００
４４ ８７ ２ ５００
２ 测 试 平 台 搭 建
２．１ 测 试 原 理 基于导航 信 号 模 拟 源 的 接 收 机 测 试 是 利 用 模
拟源产生的实时、可控卫星导航模拟信号输入给 测试接收机，并通过控制主机数仿软件根据导航星 座数学模型计算生成对应于用户设定载体轨迹的导 航电文和观测数据 （伪距、多 普 勒 等） 文 件，再 利 用评估软件分析处理并比较由被测接收机输出的标 准格式的定位解算信息和卫星导航信号模拟器输出 的仿真场景理论数据，得出接收机的性能参数 。 ［９－１０］
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓａｔｅｌｌｉｔｅ ｓｉｇｎａｌ ｓｉｍｕｌａｔｏｒ；ＢｅｉＤｏｕ ｒｅｃｅｉｖｅｒ；ｒｅｃｅｉｖｅｒ ｔｅｓｔ
１ 引 言
全 球 定 位 系 统 （ｇｌｏｂａｌ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ， ＧＰＳ） 的广泛应用，让全世界人看到了卫星导航定 位系统的重 要 军 事、 政 治 和 经 济 意 义。 作 为 世 界 上少有的几个拥有自主卫星导航定位系统的国家， 我国 已 建 成 区 域 北 斗 卫 星 导 航 系 统 （以 下 简 称 “北斗系统”）， 其 服 务 范 围 也 将 由 区 域 再 到 全 球。 随着北斗系统的逐步完善，随之而来的将是卫星
场 景 开 始 时 间／ｓ （北 斗 时 ）
场景坐标 Ｂ／（°） Ｌ／（°） Ｈ／ｍ
首 次 定 位 时 间／ｓ
２６０ ５１８ ４００
４０ １１６ ３００
４６
２６５ １７２ ８００
５３ １３０ ７００
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２６９ １７２ ８００
４８ １３５ ２５０
４３
２７３ ４３２ ０００
４ １１２ ２００
关键词：卫星信号模拟器；北斗系统；接收机测试 中 图 分 类 号 ：Ｐ２２８．１ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：２０９５－４９９９（２０１３）０４－００１４－０４
Ｔｅｓｔ ａｎｄ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ＢｅｉＤｏｕ Ｒｅｃｅｉｖｅｒ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｉｇｎａｌ Ｓｉｍｕｌａｔｏｒ
２９５ ３４５ ６００
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－５８．１
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４４ ８７ ２５０
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图 １ 测 试 平 台 结 构
图 ２ 捕 获 灵 敏 度 测 试 实 验 结 果 图
３．２ 冷 启 动 首 次 定 位 时 间 测 试 实验选 用 静 态 场 景， 通 过 综 合 性 接 收 机 监 控