一种模拟星载GNSS接收机在轨工作的测试系统和方法技术方案

本发明专利技术提供一种模拟星载GNSS接收机在轨工作的测试系统和方法，根据星载GNSS接收机在轨工作的场景条件，建立GNSS系统仿真模型，生成并输出相应导航卫星的仿真信号；半物理仿真模块，用于接收上述的仿真信号，按照预设的定位解算算法，得到仿真运行状态下的各个参数，按照控制观测模块的需求输出；PC控制观测模块，根据测试细则发送控制指令，同时接收并观测半物理仿真模块的输出信号，并将其从十六进制转化为十进制，从而对仿真模块的性能进行观测评估。本系统测试环境搭建简便，整体成本低，工作效率高，为星载GNSS接收机的在轨仿真测试提供一种简便、高效、可靠的方式。

A test system and method for simulating on-board GNSS receiver working on orbit

The invention provides a test system and a system for simulating on-orbit operation of a satellite-borne GNSS receiver. According to the scene conditions of on-orbit operation of a satellite-borne GNSS receiver, a simulation model of the GNSS system is established to generate and output simulation signals of the corresponding navigation satellite; and a semi-physical simulation module is used to receive the above-mentioned simulation signals, according to the preset conditions. The positioning algorithm obtains the parameters of the simulation operation state and outputs them according to the requirements of the control observation module; PC controls the observation module, sends control instructions according to the test rules, and receives and observes the output signals of the semi-physical simulation module, and converts them from hexadecimal system to decimal system, so as to the simulation module. Performance is observed and evaluated. The test environment of this system is simple to build, the overall cost is low, and the work efficiency is high. It provides a simple, efficient and reliable way for on-orbit simulation test of spaceborne GNSS receiver.

【技术实现步骤摘要】
一种模拟星载GNSS接收机在轨工作的测试系统和方法
本专利技术涉及一种基于对星载GNSS接收机工作性能测试和评估的系统和方法，尤其一种模拟星载GNSS接收机在轨工作的测试系统和方法，属于导航领域。
技术介绍
目前常用的GNSS系统包括美国的GPS系统，中国的北斗系统，俄罗斯的GLONASS和欧洲的GALILEO等等，GNSS接收机的应用十分广泛，其载体从手机、汽车到船舶、卫星不一而足。通过接收4颗及以上的导航卫星信号，即可求出接收机的位置和钟差，实现单点定位，由于单点定位的观测方程是非线性的，因此定位解算的需要求解非线性方程组，目前最常用的方位为卡尔曼滤波和最小二乘法。无论采取何种解算方法，接收机的定位结果必定存在误差，需要通过测试系统对其性能进行测试与评估。对于星载GNSS接收机，目前常用的测试主要采用整星在轨测试、整星联合地面测试、静态地面定点测试等方式，其中，整星在轨测试投入巨大，成本高，且对测试人员的素质要求高，同时测试过程中发现问题后整改困难；整星联合地面测试同样需要搭建复杂的测试环境、实验组件，大量测试人员，工作效率相对较低；静态地面定点测试只能进行单点定位测试，无法模拟卫星实际工作状态下的动态场景，测试项目不够充分。
技术实现思路
本专利技术提供了一种模拟星载GNSS接收机在轨工作的测试系统和方法，用以克服现有测试方法中经济成本和人力成本高、工作效率低、测试项目不充分和整改不易等缺陷。本专利技术的技术方案为：一种模拟星载GNSS接收机在轨工作的测试系统，包括：GNSS模型仿真模块、半物理仿真模块、PC控制观测模块；GNSS模型仿真模块，能够构建出GNSS系统模型用于仿真真实的GNSS系统，模拟卫星导航接收机在轨工作的场景条件，生成导航卫星的仿真信号，并输出至半物理仿真模块；半物理仿真模块，接收导航卫星的仿真信号，并根据导航卫星的仿真信号，按照预设的定位解算算法，得到卫星导航接收机仿真在轨工作状态下的参数，根据PC控制观测模块的控制指令，输出参数给PC控制观测模块；PC控制观测模块，接收并观测半物理仿真模块送来的参数；同时，能够根据测试要求向半物理仿真模块输出控制指令，观测半物理仿真模块对控制指令的工作反馈。GNSS系统模型由全球导航系统(GPS，24颗卫星)和北斗卫星导航系统(BDS，目前已发射16颗卫星)两个星座组成，两者为并列关系。GNSS模型仿真模块生成的生成导航卫星的仿真信号包含：全球导航系统(GPS)L1频点(1575.4MHz)，仿真信号的调制方式分别为BPSK，带宽为1.023MHz，传输速率为50bit/s；北斗卫星导航系统(BDS)B1频点(1561.098MHz)，仿真信号的调制方式分别为QPSK，带宽为2.046MHz，传输速率为50bit/s。在轨工作的场景条件为轨道六根数和场景时间。半物理仿真模块对接收的导航卫星的仿真信号，进行放大、滤波，然后根据预设的定位解算算法、解算星历信息，得到卫星导航接收机仿真在轨工作状态下的参数，包括：时间信息、位置信息和轨道信息。半物理仿真模块，包括：导航芯片与主控CPU，导航芯片能够按照预设的定位解算算法进行结算，解算得到的参数发送给主控CPU；主控CPU将所有参数按照格式进行打包后，通过RS422接口电路传送到PC控制观测模块；主控CPU还能够通过GPIO发送内部使能信号给导航芯片，实现对导航芯片的控制。半物理仿真模块外围设有温度传感器，采集温度数据，传感器数据的处理由主控CPU完成。PC控制观测模块，将接收到参数从十六进制转化为十进制并在观测界面相应的位置显示。输出给PC控制观测模块的参数需要考虑PC控制观测模块的需求，PC控制观测模块的需求为测试工作人员需要观测的数据种类。还包括：信号转换模块，用于连接GNSS模型仿真模块和半物理仿真模块、半物理仿真模块和PC控制观测模块，实现信号传递。GNSS模型仿真模块通过sma接口和射频线与半物理仿真模块相连；半物理仿真模块通过232转RS422数据转换器与PC控制观测模块相连。测试要求，包括且不限于：切换不同的工作模式下；输出不同的数据；开启或关闭半物理仿真模块的部分功能开关；执行上注功能等。对控制指令的工作反馈通过半物理仿真模块输出至PC控制观测模块的参数值体现。本专利技术一种模拟星载GNSS接收机在轨工作的测试方法，步骤如下：(1)构建出GNSS系统模型用于仿真真实的GNSS系统，模拟卫星导航接收机在轨工作的场景条件，生成导航卫星的仿真信号(2)根据步骤(1)的导航卫星的仿真信号，按照预设的定位解算算法，得到卫星导航接收机仿真在轨工作状态下的参数，根据控制指令，输出参数；(3)接收并观测步骤(2)的输出参数，同时，能够根据测试要求输出控制指令，观测对控制指令的工作反馈。本专利技术相对于现有技术的优点在于：(1)本专利技术提供的模拟星载GNSS接收机在轨工作的测试系统中，GNSS模型仿真模块可以根据星载GNSS接收机在轨工作的场景条件，建立GNSS系统仿真模型并输出相应的仿真信号，极大地降低搭建实验环境的成本，提高工作效率；(2)本专利技术提供的模拟星载GNSS接收机在轨工作的测试系统中，半物理仿真模块接收上述的仿真信号，按照预设的定位解算算法，得到仿真运行状态下的各项参数，根据控制观测模块的需求输出，保证测试项目的充分性；(3)本专利技术提供的模拟星载GNSS接收机在轨工作的测试系统中，PC控制观测模块，接收半物理仿真模块的输出数据并将其由十六进制转换为十进制，使得测试人员可以直接观测数据并进行初步的评估，无需保存数据再用软件转化后观测，极大地简化工作流程，提高工作效率。(4)本专利技术提供的模拟星载GNSS接收机在轨工作的测试系统中，PC控制观测模块，接收并观测半物理仿真模块的输出数据，无需连接星务系统，简化实验环境，提高工作效率。附图说明图1为本专利技术提供的模拟星载GNSS接收机在轨工作的测试系统的实施例结构示意图；图2为本专利技术提供的一种模拟星载GNSS接收机在轨工作的测试系统的具体实施例结构示意图；具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进行进一步的详细描述。本专利技术提供一种模拟星载GNSS接收机在轨工作的测试系统和方法，根据星载GNSS接收机在轨工作的场景条件，建立GNSS系统仿真模型，生成并输出相应导航卫星的仿真信号；半物理仿真模块，用于接收上述的仿真信号，按照预设的定位解算算法，得到仿真运行状态下的各个参数，按照控制观测模块的需求输出；PC控制观测模块，根据测试细则发送控制指令，同时接收并观测半物理仿真模块的输出信号，并将其从十六进制转化为十进制，从而对仿真模块的性能进行观测评估。本系统测试环境搭建简便，整体成本低，工作效率高，为星载GNSS接收机的在轨仿真测试提供一种简便、高效、可靠的方式。本专利技术用于GNSS接收机的地面测试，模拟其在轨的工作环境并进行全面充分的测试。如图1所示，包括：GNSS模型仿真模块、半物理仿真模块、PC控制观测模块；其中，GNSS模型仿真模块，能够构建出GNSS系统模型用于仿真真实的GNSS系统，模拟卫星导航接收机在轨工作的场景条件，生成导航卫星的仿真信号，并输出至半物理仿真模块；半物理仿真模块，接收导航卫星的仿真信号，并根据导航卫星的仿真信号，按照预设的定位解算算本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模拟星载GNSS接收机在轨工作的测试系统，其特征在于，包括：GNSS模型仿真模块、半物理仿真模块、PC控制观测模块；GNSS模型仿真模块，能够构建出GNSS系统模型用于仿真真实的GNSS系统，模拟卫星导航接收机在轨工作的场景条件，生成导航卫星的仿真信号，并输出至半物理仿真模块；半物理仿真模块，接收导航卫星的仿真信号，并根据导航卫星的仿真信号，按照预设的定位解算算法，得到卫星导航接收机仿真在轨工作状态下的参数，根据PC控制观测模块的控制指令，输出参数给PC控制观测模块；PC控制观测模块，接收并观测半物理仿真模块送来的参数；同时，能够根据测试要求向半物理仿真模块输出控制指令，观测半物理仿真模块对控制指令的工作反馈。

【技术特征摘要】
1.一种模拟星载GNSS接收机在轨工作的测试系统，其特征在于，包括：GNSS模型仿真模块、半物理仿真模块、PC控制观测模块；GNSS模型仿真模块，能够构建出GNSS系统模型用于仿真真实的GNSS系统，模拟卫星导航接收机在轨工作的场景条件，生成导航卫星的仿真信号，并输出至半物理仿真模块；半物理仿真模块，接收导航卫星的仿真信号，并根据导航卫星的仿真信号，按照预设的定位解算算法，得到卫星导航接收机仿真在轨工作状态下的参数，根据PC控制观测模块的控制指令，输出参数给PC控制观测模块；PC控制观测模块，接收并观测半物理仿真模块送来的参数；同时，能够根据测试要求向半物理仿真模块输出控制指令，观测半物理仿真模块对控制指令的工作反馈。2.根据权利要求1所述的一种模拟星载GNSS接收机在轨工作的测试系统，其特征在于：所述GNSS系统模型由全球导航系统和北斗卫星导航系统两个星座组成，两者为并列关系，在轨工作的场景条件为轨道六根数和场景时间。3.根据权利要求1所述的一种模拟星载GNSS接收机在轨工作的测试系统，其特征在于：GNSS模型仿真模块生成的生成导航卫星的仿真信号包含：全球导航系统L1频点，仿真信号的调制方式分别为BPSK，带宽为1.023MHz，传输速率为50bit/s；北斗卫星导航系统B1频点，仿真信号的调制方式分别为QPSK，带宽为2.046MHz，传输速率为50bit/s。4.根据权利要求1所述的一种模拟星载GNSS接收机在轨工作的测试系统，其特征在于：半物理仿真模块对接收的导航卫星的仿真信号，进行放大、滤波，然后根据预设的定位解算算法、解算星历信息，得到卫星导航接收机仿真在轨工作状态下的参数，包括：时间信息、位置信息和轨道信息。5.根据权利要求1所述的一种模拟星载GNSS接收机在轨工作的测试系统，其特征在于：半物理仿真模块，包括：导航芯片与主控CPU，导航芯片能够按照预设的定位解算算...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈路，李文杰，刘肖姬，倪枫，赵林林，韩逸飞，
申请(专利权)人：北京时代民芯科技有限公司，北京微电子技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11