一種用于衛(wèi)星導航信號模擬器自身時延校準的系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于衛(wèi)星導航信號模擬器自身時延校準的系統(tǒng)及方法，包括衛(wèi)星導航信號模擬器和高速采集設備，該系統(tǒng)還包括隔離分配放大器和計算裝置；所述隔離分配放大器將外部時鐘信號分為第一路時鐘信號和第二路時鐘信號；所述衛(wèi)星導航信號模擬器將來自隔離分配放大器的第一路時鐘信號作為工作時鐘，輸出秒脈沖信號和射頻模擬信號；所述高速采集設備將第二路時鐘信號作為采樣時鐘采集所述秒脈沖信號和所述射頻模擬信號；所述計算裝置用于計算所述射頻模擬信號的初始碼相位與所述秒脈沖上升沿之間的時延差，得到所述衛(wèi)星導航信號模擬器的時延。本發(fā)明能夠彌補示波器測量方法的不足，并且能夠使校準分辨力達到1ns以內(nèi)。
【專利說明】一種用于衛(wèi)星導航信號模擬器自身時延校準的系統(tǒng)及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種時延校準系統(tǒng)及方法，特別是一種用于衛(wèi)星導航信號模擬器自身時延校準的系統(tǒng)及方法。
【背景技術】
[0002]隨著全球衛(wèi)星導航定位技術的發(fā)展，其理論和技術日臻完善，已廣泛地應用于大地測量、時間傳遞及其他導航定位服務領域。衛(wèi)星導航信號模擬器是一種高精度的標準信號源，可以模擬產(chǎn)生導航接收機接收到的各顆衛(wèi)星信號，為導航接收機的研制、測試提供仿真環(huán)境，是導航接收機設計的必備輔助工具。導航信號模擬器也可以產(chǎn)生特定條件下的導航信號，用于測試及驗證導航接收機的各種性能及指標。
[0003]衛(wèi)星導航信號模擬器被廣泛用在接收機測試以及校準中，因此模擬器自身參數(shù)的校準非常重要。在模擬器的各種參數(shù)中，其自身時延是影響其應用的最重要的指標之一。對模擬器自身時延的校準，目前已有的一種方法是將衛(wèi)星導航信號模擬器輸出的一路衛(wèi)星導航模擬信號和一路秒脈沖信號送入示波器的兩個通道進行觀測，測量得到衛(wèi)星導航信號偽碼初始碼相位與秒脈沖上升沿之間的時延差值，再扣除線纜及接頭的時延影響，即為模擬器自身的時延。但由于在示波器界面上用人眼去觀測判斷導航信號的碼相位反轉點具有較強的主觀意識，會引入一定的誤差，并且不能保證校準操作的規(guī)范性。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種用于衛(wèi)星導航信號模擬器自身時延校準的系統(tǒng)及方法，用以彌補示波器測量方法的不足。
[0005]為解決上述技術問題，本發(fā)明采用下述技術方案:
[0006]一種用于衛(wèi)星導航信號模擬器自身時延校準的系統(tǒng)及方法，包括衛(wèi)星導航信號模擬器和高速采集設備，該系統(tǒng)還包括隔離分配放大器和計算裝置；
[0007]所述隔離分配放大器將外部時鐘信號分為第一路時鐘信號和第二路時鐘信號；
[0008]所述衛(wèi)星導航信號模擬器將來自隔離分配放大器的第一路時鐘信號作為工作時鐘，輸出秒脈沖信號和射頻模擬信號；
[0009]所述高速采集設備將第二路時鐘信號作為采樣時鐘采集所述秒脈沖信號和所述射頻模擬信號；
[0010]所述計算裝置根據(jù)所采集的秒脈沖信號和射頻模擬信號，計算所述射頻模擬信號的初始碼相位與所述秒脈沖上升沿之間的時延差，得到所述衛(wèi)星導航信號模擬器的時延。
[0011]優(yōu)選的，所述計算裝置包括用于確定秒脈沖信號上升沿所對應的采樣點的采樣點確定單元和用于確定射頻模擬信號的初始碼相位信息的初始碼相位確定單元。
[0012]優(yōu)選的，所述計算裝置進一步包括跟蹤環(huán)路計算單元，用于計算射頻信號每個碼周期中初始碼相位的位置，確定與秒脈沖信號上升沿距離最近的初始碼相位點，并基于該點確定與秒脈沖信號上升沿對應的采樣點之間的時延差。[0013]優(yōu)選的，所述高速采集設備分別通過第一線纜和第二線纜采集所述秒脈沖信號和所述射頻模擬信號，所述計算裝置進一步根據(jù)所述第一線纜的時延和第二線纜的時延確定衛(wèi)星導航信號模擬器的時延。
[0014]優(yōu)選的，所述高速采集設備的采集頻率不低于1GHz。
[0015]優(yōu)選的，該校準系統(tǒng)進一步包括用于提供外部時鐘信號的原子鐘。
[0016]一種用于衛(wèi)星導航信號模擬器自身時延校準的方法，該方法包括
[0017]將同一外部時鐘信號分別提供給衛(wèi)星導航信號模擬器和高速采集設備；
[0018]衛(wèi)星導航信號模擬器將所述外部時鐘信號作為工作時鐘輸出秒脈沖信號和射頻模擬信號；
[0019]高速采集設備將所述外部時鐘信號作為采樣時鐘同時采集衛(wèi)星導航信號模擬器輸出的秒脈沖信號和射頻模擬信號；
[0020]基于采集到的秒脈沖信號和射頻模擬信號數(shù)據(jù)，計算秒脈沖信號上升沿對應的采樣點和衛(wèi)星導航射頻信號的載波頻率及初始碼相位信息；
[0021]根據(jù)所確定的衛(wèi)星導航模擬信號初始碼相位信息和確定的秒脈沖信號上升沿對應的采樣點確定衛(wèi)星導航信號模擬器的時延差值。
[0022]優(yōu)選的，該方法進一步包括根據(jù)載波跟蹤環(huán)路算法和碼跟蹤環(huán)路算法計算射頻信號每個碼周期中初始碼相位的位置，確定與秒脈沖信號上升沿距離最近的初始碼相位點，并基于該點確定與秒脈沖信號上升沿對應的采樣點之間的時延差。
[0023]優(yōu)選的，該方法進一步的將接收機與衛(wèi)星均設置為靜止狀態(tài)，并將偽距設置為零。
[0024]優(yōu)選的，所述高速采集設備分別通過第一線纜和第二線纜采集所述秒脈沖信號和所述射頻模擬信號，該方法進一步根據(jù)所述第一線纜和第二線纜的時延值，計算衛(wèi)星導航信號模擬器的時延值。
[0025]本發(fā)明優(yōu)點在于利用信號后處理的方式，將模擬器輸出的衛(wèi)星導航模擬信號和基準秒脈沖信號通過雙通道高速采集設備進行采集，采集的衛(wèi)星導航模擬信號，通過捕獲及跟蹤算法，解算出衛(wèi)星導航信號偽碼的初始碼相位對應的采樣點，與秒脈沖上升沿對應的采樣點比較，兩者之間對應的時間差值，再去除線纜及接頭等引入的時延，從而獲得模擬器自身的時延值，以便對衛(wèi)星導航信號模擬器自身時延進行校準。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]圖1示為用于衛(wèi)星導航信號模擬器自身時延校準裝置示意圖。
[0027]圖2示為用于衛(wèi)星導航信號模擬器自身時延校準方法框圖。
[0028]1、原子鐘，2、隔離分配放大器，3、高速采集設備，4、衛(wèi)星導航信號模擬器，5、第一線纜，6、第二線纜，7、計算裝置。
【具體實施方式】
[0029]下面根據(jù)附圖對本發(fā)明做進一步描述。
[0030]本發(fā)明所述一種用于衛(wèi)星導航信號模擬器自身時延校準的系統(tǒng)及方法，包括原子鐘1、衛(wèi)星導航信號模擬器4和高速采集設備3，該系統(tǒng)還包括隔離分配放大器2和計算裝置7 ;所述原子鐘I為該系統(tǒng)提供外部時鐘信號，所述隔離分配放大器2將外部時鐘信號分為第一路時鐘信號和第二路時鐘信號；所述衛(wèi)星導航信號模擬器4將來自隔離分配放大器2的第一路時鐘信號作為工作時鐘，輸出秒脈沖信號和射頻模擬信號；所述高速采集設備3將第二路時鐘信號作為采樣時鐘，并分別通過第一線纜5和第二線纜6采集所述秒脈沖信號和所述衛(wèi)星導航模擬信號；所述計算裝置7包括用于確定秒脈沖信號上升沿所對應的采樣點的采樣點確定單元和用于確定射頻模擬信號的初始碼相位信息的初始相位信息確定單元，所述計算裝置7進一步包括跟蹤環(huán)路，用于進一步確定射頻信號每個碼周期中初始碼相位的位置，并確定與秒脈沖信號上升沿距離最近的初始碼相位點；所述計算裝置7根據(jù)所采集的秒脈沖信號和射頻信號，計算所述模擬信號初始碼相位與所述秒脈沖上升沿之間的時延差，確定所述衛(wèi)星導航信號模擬器的時延。
[0031]本地原子鐘I通過隔離分配放大器2分出兩路IOMHz頻率信號，分別輸入到衛(wèi)星導航信號模擬器4和高速采集設備3作為外部參考時鐘，目的是使整個校準系統(tǒng)工作在統(tǒng)一的高穩(wěn)定頻率標準之下，消除由于各測量設備內(nèi)時基的準確度和穩(wěn)定度差異帶來的測量誤差。衛(wèi)星導航信號模擬器4輸出一路秒脈沖信號及一路衛(wèi)星導航射頻模擬信號，秒脈沖信號通過第一線纜5送入高速采集設備3的一路采集通道，衛(wèi)星導航射頻信號通過第二線纜6送入數(shù)據(jù)采集設備3的另一路采集通道，兩路信號同時采集；采集的兩路信號數(shù)據(jù)送給計算裝置7進行解算處理，得到秒脈沖上升沿及初始碼相位之間的時延差值。數(shù)據(jù)處理時也要對第一線纜5和第二線纜6的延遲誤差加以修正，第一線纜5和第二線纜6的延遲值可以提前借助矢量網(wǎng)絡分析儀測定。最后，兩路信號的時延差，再扣除線纜延遲的影響，即得到了衛(wèi)星導航信號模擬器4自身的時延值。
[0032]基于上述裝置本發(fā)明提供一種用于衛(wèi)星導航信號模擬器自身時延校準的方法，該方法包括
[0033]將同一外部時鐘信號分別提供給衛(wèi)星導航信號模擬器和高速采集設備；
[0034]衛(wèi)星導航信號模擬器將所述外部時鐘信號作為工作時鐘輸出秒脈沖信號和射頻模擬信號；
[0035]高速采集設備將所述外部時鐘信號作為采樣時鐘同時采集衛(wèi)星導航信號模擬器輸出的秒脈沖信號和射頻模擬信號；
[0036]基于采集到的秒脈沖信號和射頻模擬信號數(shù)據(jù)，計算秒脈沖信號上升沿對應的采樣點和衛(wèi)星導航射頻信號的載波頻率及初始碼相位信息；
[0037]根據(jù)所確定的衛(wèi)星導航模擬信號初始碼相位信息和確定的秒脈沖信號上升沿對應的采樣點確定衛(wèi)星導航信號模擬器的時延差值。
[0038]結合上述裝置及方法對本發(fā)明實施方式作進一步描述。
[0039]第一步，為所有設備接入統(tǒng)一的外部頻率標準。
[0040]將外部原子鐘I輸出的IOMHz信號，通過隔離分配放大器2分為兩路:一路輸入到衛(wèi)星導航信號模擬器4，替換模擬器內(nèi)部時鐘作為工作時鐘；一路輸入給高速采集設備3，作為采樣時鐘，使整個系統(tǒng)工作在統(tǒng)一的高穩(wěn)定頻率標準之下，這樣可以消除由于各測量設備內(nèi)時基的準確度和穩(wěn)定度差異帶來的測量誤差，保證校準結果的高精度和高準確性。
[0041]第二步，衛(wèi)星導航信號模擬器的仿真場景設置。
[0042]為了保證校準過程的準確、穩(wěn)定，將衛(wèi)星導航信號模擬器4的仿真場景設置為不包含衛(wèi)星軌道和衛(wèi)星鐘誤差及電離層、對流層、多徑等誤差項；同時，為了避免由于接收機與衛(wèi)星的相對運動帶來多普勒誤差影響，將接收機與衛(wèi)星均設置為靜止狀態(tài)，并將偽距設
置為零。
[0043]第三步，秒脈沖信號及衛(wèi)星導航模擬信號的采集和存儲。
[0044]采用高采樣率的采集設備，對衛(wèi)星導航信號模擬器4輸出的秒脈沖信號和射頻信號同時進行采集。在本方法中，采樣率的大小直接影響到最終校準結果的準確度，因此，數(shù)據(jù)采集過程所使用的采樣率最好不低于IGHz。
[0045]第四步，對采集的秒脈沖信號及衛(wèi)星導航模擬信號進行處理及解算。
[0046]首先，對采集的秒脈沖信號，找出上升沿對應的精確采樣點；然后，對采集的衛(wèi)星導航模擬信號，根據(jù)軟件接收機的捕獲算法，初步解算出一個衛(wèi)星信號的載波頻率及初始碼相位信息，之后，通過載波跟蹤環(huán)路及碼跟蹤環(huán)路解算，得到更精確的載波頻率及初始碼相位信息，進一步解算出衛(wèi)星信號的每個碼周期中初始碼相位的位置，并找到與秒脈沖信號上升沿距離最近的那個初始碼相位點，該點與秒脈沖信號上升沿對應的采樣點之間的時間差值，即為采集得到的衛(wèi)星導航模擬信號初始碼相位與秒脈沖上升沿之間的時延差值。
[0047]第五步，測定各個額外部件的時延值及最終模擬器時延計算。
[0048]由于衛(wèi)星導航信號模擬器4輸出的秒脈沖信號與射頻模擬信號均是通過線纜接入到采集設備的，對兩段線纜及接頭的時延測定也就極為重要。各個線纜的延遲值可以采用矢量網(wǎng)絡分析儀測定，并且該值可以提前測定，在最終的數(shù)據(jù)處理時直接扣除。衛(wèi)星導航模擬信號的初始碼相位與秒脈沖上升沿之間的時延差值，去除了線纜及接頭的時延，從而得到最終的模擬器自身時延值。
[0049]綜上所述裝置及方法，利用信號后處理的方式，將模擬器輸出的衛(wèi)星導航模擬信號和基準秒脈沖信號通過雙通道高速采集設備3進行采集，采集的衛(wèi)星導航模擬信號，通過捕獲及跟蹤算法，解算出衛(wèi)星導航信號偽碼的初始碼相位對應的采樣點，與秒脈沖上升沿對應的采樣點比較，兩者之間對應的時間差值，再去除線纜及接頭等引入的時延，從而獲得衛(wèi)星導航信號模擬器4自身的時延值，以便對衛(wèi)星導航信號模擬器3自身時延進行校準。
[0050]可以理解為，本發(fā)明是通過一些實施例進行描述的，本領域技術人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對這些特征和實施例進行各種改變或等效替換。另外，在本發(fā)明的教導下，可以對這些特征和實施例進行修改以適應具體的情況及材料而不會脫離本發(fā)明的精神和范圍。因此，本發(fā)明不受此處所公開的具體實施例的限制，所有落入本申請的權利要求范圍內(nèi)的實施例都屬于本發(fā)明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種用于衛(wèi)星導航信號模擬器自身時延校準的系統(tǒng)，包括衛(wèi)星導航信號模擬器和高速采集設備，其特征在于:該系統(tǒng)還包括隔離分配放大器和計算裝置；所述隔離分配放大器將外部時鐘信號分為第一路時鐘信號和第二路時鐘信號；所述衛(wèi)星導航信號模擬器將來自隔離分配放大器的第一路時鐘信號作為工作時鐘，輸出秒脈沖信號和射頻模擬信號；所述高速采集設備將第二路時鐘信號作為采樣時鐘采集所述秒脈沖信號和所述射頻模擬信號； 所述計算裝置根據(jù)所采集的秒脈沖信號和射頻模擬信號，計算所述射頻模擬信號的初始碼相位與所述秒脈沖上升沿之間的時延差，得到所述衛(wèi)星導航信號模擬器的時延。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種用于衛(wèi)星導航信號模擬器自身時延校準的系統(tǒng)，其特征在于:所述計算裝置包括用于確定秒脈沖信號上升沿所對應的采樣點的采樣點確定單元和用于確定射頻模擬信號的初始碼相位信息的初始碼相位確定單元。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種用于衛(wèi)星導航信號模擬器自身時延校準的系統(tǒng)，其特征在于:所述計算裝置進一步包括跟蹤環(huán)路計算單元，用于計算射頻信號每個碼周期中初始碼相位的位置，確定與秒脈沖信號上升沿距離最近的初始碼相位點，并基于該點確定與秒脈沖信號上升沿對應的采樣點之間的時延差。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種用于衛(wèi)星導航信號模擬器自身時延校準的系統(tǒng)，其特征在于:所述高速采集設備分別通過第一線纜和第二線纜采集所述秒脈沖信號和所述射頻模擬信號，所述計算裝置進一步根據(jù)所述第一線纜的時延和第二線纜的時延確定衛(wèi)星導航信號模擬器的時延。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種用于衛(wèi)星導航信號模擬器自身時延校準的系統(tǒng)，其特征在于:所述高速采集設備的采集頻率不低于1GHz。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種用于衛(wèi)星導航信號模擬器自身時延校準的系統(tǒng)，其特征在于:該校準系統(tǒng)進一步包括用于提供外部時鐘信號的原子鐘。
7.一種用于衛(wèi)星導航信號模擬器自身時延校準的方法，其特征在于:該方法包括將同一外部時鐘信號分別提供給衛(wèi)星導航信號模擬器和高速采集設備；衛(wèi)星導航信號模擬器將所述外部時鐘信號作為工作時鐘輸出秒脈沖信號和射頻模擬信號;高速采集設備將所述外部時鐘信號作為采樣時鐘同時采集衛(wèi)星導航信號模擬器輸出的秒脈沖信號和射頻模擬信號；基于采集到的秒脈沖信號和射頻模擬信號數(shù)據(jù)，確定秒脈沖信號上升沿對應的采樣點和計算衛(wèi)星導航射頻信號的載波頻率及初始碼相位信息；根據(jù)所確定的衛(wèi)星導航模擬信號初始碼相位信息和確定的秒脈沖信號上升沿對應的采樣點確定衛(wèi)星導航信號模擬器的時延差值。
8.根據(jù)權利要求7所述的一種用于衛(wèi)星導航信號模擬器自身時延校準的方法，其特征在于:該方法進一步包括根據(jù)載波跟蹤環(huán)路算法和碼跟蹤環(huán)路算法計算射頻信號每個碼周期中初始碼相位的位置，確定與秒脈沖信號上升沿距離最近的初始碼相位點，并基于該點確定與秒脈沖信號上升沿對應的采樣點之間的時延差。
9.根據(jù)權利要求7所述的一種用于衛(wèi)星導航信號模擬器自身時延校準的方法，其特征在于:該方法進一步的在衛(wèi)星導航信號模擬器的仿真場景中將接收機與衛(wèi)星均設置為靜止狀態(tài)，并將偽距設置為零。
10.根據(jù)權利要求7所述的一種用于衛(wèi)星導航信號模擬器自身時延校準的方法，其特征在于:所述高速采集設備分別通過第一線纜和第二線纜采集所述秒脈沖信號和所述射頻模擬信號，該方 法進一步根據(jù)所述第一線纜和第二線纜的時延值，計算衛(wèi)星導航模擬器的時延值。
【文檔編號】G01S19/23GK103529457SQ201310504484
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月23日 優(yōu)先權日:2013年10月23日
【發(fā)明者】焦月 申請人:北京無線電計量測試研究所