基于信号合成幅相特性的卫星导航模拟器伪距测量方法技术

本发明专利技术技术方案提供了一种基于信号合成幅相特性的卫星导航模拟器伪距测量方法，改变双路卫星合成信号中一路信号伪距，在频域通过测量信号幅度变化，计算信号相位差，进而得到信号时延，最终得到伪距实际变化值，实现伪距测量。本方法通过把时域测量变成频域测量，减少了信号时域抖动对测量结果的影响，同时测量的是信号峰值电平的相对变化，信号中的固有噪声成分抵消，从而减少了噪声影响，大大提高了测量精度。测量精度。测量精度。

【技术实现步骤摘要】
基于信号合成幅相特性的卫星导航模拟器伪距测量方法


[0001]本专利技术涉及卫星导航伪距测试领域，尤其涉及一种基于信号合成幅相特性的卫星导航模拟器伪距测量方法。

技术介绍

[0002]全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)是一种利用卫星伪距信号测距并实现定位的系统。卫星导航系统具有精度高、覆盖范围广、应用方便等优点，被广泛应用于无人驾驶、智慧交通、智慧农业、灾害监测等领域，未来卫星导航向着高精度，抗干扰、多传感器融合的方向发展。
[0003]卫星导航模拟器(简称模拟器)是一种模拟仿真导航系统的标准信号源，可以仿真任意时间、任意地点载体状态场景，并可以仿真对流层、电离层、钟差、多径等多种误差模型，是卫星导航系统建设、验证和应用中不可或缺的设备，也是卫星导航终端设计、研发、生产和维护等全过程中必不可少的测试验证和计量检测设备，被广泛应用于高校、科研院所、生产企业和军工领域。
[0004]模拟器作为导航系统和终端产品验证检测的核心设备，其自身的性能、精度至关重要。伪距是指含有误差的卫星到载体的距离，模拟器通过不同通道仿真不同卫星，控制通道时延乘以光速得到卫星伪距，由于伪距直接关系到定位指标，所以伪距控制精度直接体现了模拟器仿真水平，模拟器伪距控制分辨率越小越精细，伪距控制误差越小越准确。
[0005]传统的伪距控制精度采用高速采样数字示波器测试，示波器测试单通道卫星信号伪距变化产生的波形时延，乘以光速得到伪距实际变化值，从而计算伪距控制误差。仿真卫星信号可以是BPSK调制信号也可以是单载波信号，BPSK调制信号主要采集翻转点变化时延，单载波信号采集峰值变化时延，但不管哪种信号示波器测量都会存在波形抖动等问题，对厘米级以下高精度伪距测量造成严重影响，测量结果的不确定度很大。
[0006]现有测量技术具体方法为：模拟器输出的1PPS秒脉冲信号作为示波器参考触发信号，仿真输出单颗卫星(通道)信号，示波器记录波形初始位置，改变卫星伪距Δd(Δd一般为能达到的最小伪距控制分辨率)，使得波形水平移动，记录波形终止位置，示波器测量波形两个位置时延Δt，乘以光速得到伪距实际变化量。卫星信号为BPSK调制信号时，记录信号过零翻转点波形位置，实际测量中由于BPSK调制信号的翻转点并非为一个“点”，而是一段幅度起伏的过零曲线，如图3所示，调制信号翻转时间约4ns，且幅度有干扰波动，无法准确找到波形位置记录点，导致测量时延的不确定度为纳秒级，不能测量高精度伪距变化，同时测量信号局限于BPSK调制方式，对其它调制方式不适用。
[0007]卫星信号为单载波时，记录正弦波峰值电平位置，由于晶振稳定度、各种噪声干扰等因素，示波器显示波形存在抖动，用荧光功能记录单载波抖动，如图4所示，最大水平抖动为52ps，换算成伪距为1.58cm，即使采用加平均方式减少抖动，测量1cm以下伪距变化时不确定度也较大，无法准确测量。
[0008]综上，受目前伪距测量方法的限制，伪距最小测量能力为1cm，国内模拟器厂家给
出的最小伪距精度为1cm，虽然国外模拟器厂家最小伪距精度可达0.3mm，但国内无法测试证明是否能达到其技术指标。随着卫星导航技术行业应用的深入，导航定位应用需要达到厘米级甚至毫米级，终端接收机高精度定位测试需求迫切。作为测试使用的卫星导航模拟器，需要提供更准确更稳定的仿真测试环境，对模拟器的伪距仿真测试提出了更高要求，传统示波器测量方法不能满足高精度伪距测量需要，所以如何提供一种高精度伪距测量方法成为亟待解决的问题。

技术实现思路

[0009]本专利技术提供一种基于信号合成幅相特性的卫星导航模拟器伪距测量方法，用以解决高精度伪距测量问题。
[0010]为了实现上述目的，本专利技术技术方案提供了方法，包括：选取模拟器导航系统任一频点的单载波信号，测量第一卫星的单星峰值电平；
[0011]测量所述第一卫星和第二卫星的信号，测试合成峰值电平；将所述合成峰值电平与所述单星峰值电平比较，判断合成信号幅度增加值是否为6.02dB，若是则两卫星的信号幅度和相位相同；
[0012]改变两路卫星信号中任一卫星的伪距，第二次测试合成峰值电平，将此次合成峰值电平与所述单星峰值电平比较后得到差值，根据所述差值获取两卫星信号之间的实际伪距，从而得到模拟器伪距控制精度。
[0013]作为上述技术方案的优选，较佳的，将此次合成峰值电平与所述单星峰值电平比较后得到差值，包括：
[0014]将第二次测量得到的合成峰值电平与所述单星峰值电平进行比较后，得到合成信号幅度对数变化值L(θ)，幅度与相位的关系为：
[0015][0016]根据所述合成信号幅度对数变化值L(θ)获取相位差θ：
[0017][0018]作为上述技术方案的优选，较佳的，根据所述合成信号幅度对数变化值计算时延Δt后，根据时延得到所述实际伪距Δd：
[0019][0020]Δd＝Δt
×
c。
[0021]作为上述技术方案的优选，较佳的，改变卫星的伪距，包括：直接一次跳变改变卫星的伪距值，或，设置固定伪距变化速率(简称伪距率)和持续时间，通过计算得到伪距持续变化时间后的累计伪距变化值。
[0022]本专利技术技术方案提供了一种基于信号合成幅相特性的卫星导航模拟器伪距测量方法，在频域通过测量信号合成后幅度变化，计算信号相位差，进而得到信号时延，最终实现高精度伪距测量。本方法通过时域测量变成频域测量，减少了信号时域抖动对测量结果的影响，同时测量的是信号峰值电平的相对变化，信号中的固有噪声成分抵消，从而减少了
噪声影响，大大提高了测量精度。
[0023]本专利技术的优点是：
[0024](1)频谱仪测量单载波信号峰值功率电平，信号抖动小，测量数值稳定。
[0025](2)用于计算的是功率电平差值，单次测量时噪声、参数设置等影响量做差后相互抵消，伪距变化引起的幅度变化值可以准确测量。
[0026](3)测量不受频点卫星调制方式影响，测量单载波信号，应用范围广。
[0027](4)利用本专利技术测量模拟器伪距控制精度，单次伪距变化实施验证能达到3mm，比原有1cm精度提高3倍；采用伪距率和特征点测量伪距累计变化，实施验证能达到0.3mm，比原方法提高30倍。
附图说明
[0028]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0029]图1为本专利技术提供的基于信号合成幅相特性的卫星导航模拟器伪距测量方法的系统连接图。
[0030]图2为本专利技术的基于信号合成幅相特性的卫星导航模拟器伪距测量方法实施例的流程图一。
[0031]图2a为本专利技术的基于信号合成幅相特性的卫星导航模拟器伪距测本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于信号合成幅相特性的卫星导航模拟器伪距测量方法，其特征在于，所述方法包括：选取模拟器导航系统输出任一频点卫星单载波信号，测量第一卫星的单星峰值电平；测量所述第一卫星和第二卫星的信号，测试合成峰值电平；将所述合成峰值电平与所述单星峰值电平比较，判断合成信号幅度增加值是否为6.02dB，若是则两卫星的信号幅度和相位相同；改变两路卫星信号中任一卫星的伪距，第二次测试合成峰值电平，将此次合成峰值电平与所述单星峰值电平比较后得到差值，根据所述差值获取两卫星信号之间的实际伪距，从而得到模拟器伪距控制精度。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将此次合成峰值电...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁炜，仲崇霞，姚和军，黄艳，吴晓昱，许原，高春柳，吴锦铁，
申请(专利权)人：北京市计量检测科学研究院，
类型：发明
国别省市：