高性能导航卫星空间信号质量评估方法技术

本发明专利技术提供了一种高性能导航卫星空间信号质量评估方法，首先利用较高增益的天线接收导航卫星下行信号，将导航卫星下行信号经过低噪声放大后均分为三路进行信号单项要素监测与评估，最后进行信号综合分析与评估。本发明专利技术可以高精度全方位多层次的评估接收卫星下行信号质量，并可广泛应用于其他导航系统数据的分析处理。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种信号评估方法。
技术介绍
卫星导航信号是导航卫星系统中最重要的组成部分之一，是卫星、地面运控与用户之间协调工作的纽带。卫星导航信号质量的好坏将直接关系到系统定位、授时和测速等基本功能、关键性能和指标的实现，导航信号质量监测评估是卫星导航系统完好性的重要保障手段。由于卫星导航信号淹没于噪声之中，目前，高精度信号质量评估系统多采用较高增益的射频接收系统例如，美国利用斯坦福大学的45. 7米大口径天线接收系统进行导航信号质量监测评估；欧盟Galileo利用25米和30米较大口径天线接收系统监测评估卫星导航信号质量；中科院国家授时中心利用自身优势建立基于7. 3米天线的“BeiDou”系统信号质量监测与评估系统；中电集团54所建成了以2. 4米天线为核心的空间信号质量监测评估系统。纵观国内外现有的导航信号质量评估方法，主要分为基于标准仪器的信号质量监测和基于数据采集的离线信号分析两种。而基于标准仪器的信号质量监测方法，主要是利用频谱仪观测接收信号频谱，或是利用矢量信号分析仪观测接收信号波形的方式进行评估；基于数据采集的离线信号分析，主要是对利用数据采集卡采集的经高增益天线接收的导航信号进行软件接收机分析，通过分析接收信号的捕获相关峰、载噪比、PLL输出、DLL输出、解调数据、信号时域波形和星座图等方面，来评估接收信号质量。但是，由于上述方法都只是从某些面来分析导航信号质量，目前国内外还没有一套较为完善的卫星导航信号质量监测评估方法体系，不能准确确定能够全面反映空间导航信号质量的评估参数及参数表达方式。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种卫星导航信号质量评估方法，通过对导航卫星下行信号的质量进行监测与评估，全面的反映导航信号质量，为我国导航卫星系统的信号体制设计和系统相关建设提供有价值的参考。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案主要包括以下步骤步骤一利用较高增益(天线增益大于20dBi)的天线接收导航卫星下行信号；步骤二 导航卫星下行信号经过低噪声放大后分为三路；步骤三一路信号分配到标准测量设备，对信号的功率、带宽、中心频点、调制特性、波形特性进行实时监测；第二路信号进行信号采集(为较高精度离线分析，采样频率需大于等于150MHz，位数大于等于14位)并存储；第三路送入监测接收机；步骤四将测距性能、功率、相干性能、码多径性能、载波多径、多路复用性能和捕获跟踪解调性能的评估与ICD公布指标相比较，综合判断接收信号各项要素指标是否符合要求；所述的测距性能包括载波相位及其稳定性，所述的功率是指卫星发射EIRP，所述的相干性能包括测距码与载波、测距码与二次码、测距码与电文之间的相干性，所述的码多径性能是指码多径误差，所述的载波多径是指载波多径误差，所述的多路复用性能包括复用前后单路信号功率损耗和测距码波形。所述的步骤三中，利用频谱仪监测单载波在设定的时间周期内的参数的抖动情况，参数包括载波连续性、相位跳变和功率跳变情况，若抖动范围大于设定值，则认为信号功率稳定性较差；利用标准测量仪器对扩频信号的参数实时监测，参数包括通道功率、带外杂散、频谱谱线、调制信号包络、相位翻转点、信号星座图、载波相位正交误差、IQ幅度误差、IQ原点偏移、码片正确性、载波频率误差变化曲线和相位变化曲线，将参数实测结果与ICD公布参数指标相比较，若实测结果超出ICD公布参数指标，则认为信号存在畸变；利用监测接收机对接收机观测量进行实时监测，包括码伪距、载波相位、C/N0、多普勒频移、电文校验信息，若实测结果超出ICD公布参数指标，则认为信号存在畸变；通过对载波特性、测距码特性、导航电文和调制方式四个方面单项要素的分析，判断接收导航信号各单项要素指标是否符合设定的指标要求，从而评估接收信号质量；所述的载波特性包括频率、功率、波形及幅度、杂波抑制和谐波抑制，所述的测距码特性包括码长、波形、数字畸变和模拟畸变、速率、正确性和相关性，所述的导航电文包括电文速率、电文正确性和校验信息，所述的调制方式包括信号谱线、带宽、调制信号包络、眼云图、矢量信号散点图、IQ载波相位正交误差、IQ幅度误差、EVM、相关峰曲线波形和S曲线偏差。本专利技术的有益效果是本专利技术提出了一套较完善的卫星导航信号质量评估方法，不仅包括基于标准仪器的信号质量监测和基于数据采集的离线信号分析，还提出了利用高性能监测接收机对码伪距稳定性、载波相位稳定性、同频点不同支路测距码间的一致性、不同频点相同支路测距码间的一致性、C/N0、多普勒频移、电文校验信息等方面进行实时监测评估的方法；不仅包括利用频谱仪观测接收信号频谱，利用矢量信号分析仪观测接收信号波形，还提出了利用频谱仪监测单载波功率、信号频率、相位噪声、杂波抑制、通道功率、信号带外能量分布，提出了利用矢量信号分析仪进行信号调制星座图、EVM(Error Vector Magnitude,误差矢量幅度)、眼云图、码片波形、载波频率误差变化曲线、载波相位变化曲线、载波相位正交误差、I/Q幅度误差及幅度不平衡性的评估，利用示波器进行单载波和扩频信号波形、调制信号包络和相位翻转点的评估；对采集数据的分析，不仅包括上述常见的几个方面，还包括单项要素中载波、测距码、电文和调制方式的评估，综合评估要素中相干性的评估、信号多路复用性能评估、多径特性评估和功率评估。这些方面涵盖了评估信号质量的各个方面，从而能够进行多层次全方位的信号质量分析与评估。可以高精度全方位多层次的评估接收卫星下行信号质量，并可广泛应用于其他导航系统数据的分析处理。本专利技术可应用于全球卫星导航系统(包括我国BeiDou、美国GPS、欧盟Galileo等系统)接收信号的分析处理，通过实时监测评估接收导航信号质量，评估系统服务性能，评估卫星生命周期中各种不可预料的异常情况，从而在系统试验期间给系统设计者提供可信的调试依据，在一定程度上对保证卫星导航系统的完好性做出贡献。附图说明图1为数据接收与处理流程示意图；图2为信号质量评估流程图；图3为码片模拟畸变和数字畸变示意图，其中，Ca)为数字畸变，(b)为模拟畸变，(C)为混合畸变；图4为GPS不同卫星相关峰比较示意图；图5为星座图参数测量原理示意图；图中横坐标表示同向分量,纵坐标表示正交风量；0表示理想坐标原点；A表示理想星座点出表示实测星座点；0’表示偏移的原点；0A’表示参考的理想矢量；0C表示理想幅度；CB’表不幅度误差，AB’表不误差矢量；00’表不误差矢量原点偏移；Rad表不相位误差；图6为实测信号星座图；图7为实测信号眼图；图8为眼图参数计算结果显示；图9为时域波形异常与自相关函数畸变示意图，其中，Ca)为码片时域波形异常，(b)为自相关函数畸变。具体实施例方式本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案主要包括以下步骤步骤一利用较高增益(天线增益大于20dBi)的天线接收导航卫星下行信号；步骤二 导航卫星下行信号经过低噪声放大后均分为三路；步骤三信号单项要素监测与评估其中一路信号分配到标准测量设备，对信号的功率、带宽、中心频点、调制特性、波形特性进行实时监测。第二路信号经过信号采集(为较高精度离线分析，采样频率需大于等于150MHz，位数大于等于14位)并存储到数据磁盘阵列。另外一路送入监测接收机。步本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高性能导航卫星空间信号质量评估方法，其特征在于包括下述步骤：步骤一：利用天线接收导航卫星下行信号；步骤二：导航卫星下行信号经过低噪声放大后分为三路；步骤三：一路信号分配到标准测量设备，对信号的功率、带宽、中心频点、调制特性、波形特性进行实时监测；第二路信号进行信号采集并存储；第三路送入监测接收机；步骤四：将测距性能、功率、相干性能、码多径性能、载波多径、多路复用性能和捕获跟踪解调性能的评估与ICD公布指标相比较，综合判断接收信号各项要素指标是否符合要求；所述的测距性能包括载波相位及其稳定性，所述的功率是指卫星发射EIRP，所述的相干性能包括测距码与载波、测距码与二次码、测距码与电文之间的相干性，所述的码多径性能是指码多径误差，所述的载波多径是指载波多径误差，所述的多路复用性能包括复用前后单路信号功率损耗和测距码波形。

【技术特征摘要】
1.一种高性能导航卫星空间信号质量评估方法，其特征在于包括下述步骤步骤一利用天线接收导航卫星下行信号；步骤二 导航卫星下行信号经过低噪声放大后分为三路；步骤三一路信号分配到标准测量设备，对信号的功率、带宽、中心频点、调制特性、波形特性进行实时监测；第二路信号进行信号采集并存储；第三路送入监测接收机；步骤四将测距性能、功率、相干性能、码多径性能、载波多径、多路复用性能和捕获跟踪解调性能的评估与ICD公布指标相比较，综合判断接收信号各项要素指标是否符合要求；所述的测距性能包括载波相位及其稳定性，所述的功率是指卫星发射EIRP，所述的相干性能包括测距码与载波、测距码与二次码、测距码与电文之间的相干性，所述的码多径性能是指码多径误差，所述的载波多径是指载波多径误差，所述的多路复用性能包括复用前后单路信号功率损耗和测距码波形。2.根据权利要求1所述的高性能导航卫星空间信号质量评估方法，其特征在于所述的步骤一中使用的天线增益大于20dBi。3.根据权利要求1所述的高性能导航卫星空间信号质量评估方法，其特征在于所述的步骤三种信号采集的采样频率需大于等于150MHz，位数大于等于14位。4.根据权利要求1所述的高性能导航卫星空间信号质量评估方法，其特征在于所述的步骤三中，利用频...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺成艳，郭际，卢晓春，王雪，
申请(专利权)人：中国科学院国家授时中心，
类型：发明
国别省市：