專(zhuān)利名稱(chēng)：高性能導(dǎo)航衛(wèi)星空間信號(hào)質(zhì)量評(píng)估方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種信號(hào)評(píng)估方法。
背景技術(shù)：
衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)是導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)中最重要的組成部分之一，是衛(wèi)星、地面運(yùn)控與用戶(hù)之間協(xié)調(diào)工作的紐帶。衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)質(zhì)量的好壞將直接關(guān)系到系統(tǒng)定位、授時(shí)和測(cè)速等基本功能、關(guān)鍵性能和指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，導(dǎo)航信號(hào)質(zhì)量監(jiān)測(cè)評(píng)估是衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)完好性的重要保障手段。由于衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)淹沒(méi)于噪聲之中，目前，高精度信號(hào)質(zhì)量評(píng)估系統(tǒng)多采用較高增益的射頻接收系統(tǒng)例如，美國(guó)利用斯坦福大學(xué)的45. 7米大口徑天線(xiàn)接收系統(tǒng)進(jìn)行導(dǎo)航信號(hào)質(zhì)量監(jiān)測(cè)評(píng)估；歐盟Galileo利用25米和30米較大口徑天線(xiàn)接收系統(tǒng)監(jiān)測(cè)評(píng)估衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)質(zhì)量；中科院國(guó)家授時(shí)中心利用自身優(yōu)勢(shì)建立基于7. 3米天線(xiàn)的“BeiDou”系統(tǒng)信號(hào)質(zhì)量監(jiān)測(cè)與評(píng)估系統(tǒng)；中電集團(tuán)54所建成了以2. 4米天線(xiàn)為核心的空間信號(hào)質(zhì)量監(jiān)測(cè)評(píng)估系統(tǒng)?？v觀國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的導(dǎo)航信號(hào)質(zhì)量評(píng)估方法，主要分為基于標(biāo)準(zhǔn)儀器的信號(hào)質(zhì)量監(jiān)測(cè)和基于數(shù)據(jù)采集的離線(xiàn)信號(hào)分析兩種。而基于標(biāo)準(zhǔn)儀器的信號(hào)質(zhì)量監(jiān)測(cè)方法，主要是利用頻譜儀觀測(cè)接收信號(hào)頻譜，或是利用矢量信號(hào)分析儀觀測(cè)接收信號(hào)波形的方式進(jìn)行評(píng)估；基于數(shù)據(jù)采集的離線(xiàn)信號(hào)分析，主要是對(duì)利用數(shù)據(jù)采集卡采集的經(jīng)高增益天線(xiàn)接收的導(dǎo)航信號(hào)進(jìn)行軟件接收機(jī)分析，通過(guò)分析接收信號(hào)的捕獲相關(guān)峰、載噪比、PLL輸出、DLL輸出、解調(diào)數(shù)據(jù)、信號(hào)時(shí)域波形和星座圖等方面，來(lái)評(píng)估接收信號(hào)質(zhì)量。但是，由于上述方法都只是從某些面來(lái)分析導(dǎo)航信號(hào)質(zhì)量，目前國(guó)內(nèi)外還沒(méi)有一套較為完善的衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)質(zhì)量監(jiān)測(cè)評(píng)估方法體系，不能準(zhǔn)確確定能夠全面反映空間導(dǎo)航信號(hào)質(zhì)量的評(píng)估參數(shù)及參數(shù)表達(dá)方式。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)質(zhì)量評(píng)估方法，通過(guò)對(duì)導(dǎo)航衛(wèi)星下行信號(hào)的質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)與評(píng)估，全面的反映導(dǎo)航信號(hào)質(zhì)量，為我國(guó)導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)的信號(hào)體制設(shè)計(jì)和系統(tǒng)相關(guān)建設(shè)提供有價(jià)值的參考。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案主要包括以下步驟步驟一利用較高增益(天線(xiàn)增益大于20dBi)的天線(xiàn)接收導(dǎo)航衛(wèi)星下行信號(hào)；步驟二 導(dǎo)航衛(wèi)星下行信號(hào)經(jīng)過(guò)低噪聲放大后分為三路；步驟三一路信號(hào)分配到標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量設(shè)備，對(duì)信號(hào)的功率、帶寬、中心頻點(diǎn)、調(diào)制特性、波形特性進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；第二路信號(hào)進(jìn)行信號(hào)采集(為較高精度離線(xiàn)分析，采樣頻率需大于等于150MHz，位數(shù)大于等于14位)并存儲(chǔ)；第三路送入監(jiān)測(cè)接收機(jī)；步驟四將測(cè)距性能、功率、相干性能、碼多徑性能、載波多徑、多路復(fù)用性能和捕獲跟蹤解調(diào)性能的評(píng)估與ICD公布指標(biāo)相比較，綜合判斷接收信號(hào)各項(xiàng)要素指標(biāo)是否符合要求；所述的測(cè)距性能包括載波相位及其穩(wěn)定性，所述的功率是指衛(wèi)星發(fā)射EIRP，所述的相干性能包括測(cè)距碼與載波、測(cè)距碼與二次碼、測(cè)距碼與電文之間的相干性，所述的碼多徑性能是指碼多徑誤差，所述的載波多徑是指載波多徑誤差，所述的多路復(fù)用性能包括復(fù)用前后單路信號(hào)功率損耗和測(cè)距碼波形。所述的步驟三中，利用頻譜儀監(jiān)測(cè)單載波在設(shè)定的時(shí)間周期內(nèi)的參數(shù)的抖動(dòng)情況，參數(shù)包括載波連續(xù)性、相位跳變和功率跳變情況，若抖動(dòng)范圍大于設(shè)定值，則認(rèn)為信號(hào)功率穩(wěn)定性較差；利用標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量?jī)x器對(duì)擴(kuò)頻信號(hào)的參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，參數(shù)包括通道功率、帶外雜散、頻譜譜線(xiàn)、調(diào)制信號(hào)包絡(luò)、相位翻轉(zhuǎn)點(diǎn)、信號(hào)星座圖、載波相位正交誤差、IQ幅度誤差、IQ原點(diǎn)偏移、碼片正確性、載波頻率誤差變化曲線(xiàn)和相位變化曲線(xiàn)，將參數(shù)實(shí)測(cè)結(jié)果與ICD公布參數(shù)指標(biāo)相比較，若實(shí)測(cè)結(jié)果超出ICD公布參數(shù)指標(biāo)，則認(rèn)為信號(hào)存在畸變；利用監(jiān)測(cè)接收機(jī)對(duì)接收機(jī)觀測(cè)量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，包括碼偽距、載波相位、C/N0、多普勒頻移、電文校驗(yàn)信息，若實(shí)測(cè)結(jié)果超出ICD公布參數(shù)指標(biāo)，則認(rèn)為信號(hào)存在畸變；通過(guò)對(duì)載波特性、測(cè)距碼特性、導(dǎo)航電文和調(diào)制方式四個(gè)方面單項(xiàng)要素的分析，判斷接收導(dǎo)航信號(hào)各單項(xiàng)要素指標(biāo)是否符合設(shè)定的指標(biāo)要求，從而評(píng)估接收信號(hào)質(zhì)量；所述的載波特性包括頻率、功率、波形及幅度、雜波抑制和諧波抑制，所述的測(cè)距碼特性包括碼長(zhǎng)、波形、數(shù)字畸變和模擬畸變、速率、正確性和相關(guān)性，所述的導(dǎo)航電文包括電文速率、電文正確性和校驗(yàn)信息，所述的調(diào)制方式包括信號(hào)譜線(xiàn)、帶寬、調(diào)制信號(hào)包絡(luò)、眼云圖、矢量信號(hào)散點(diǎn)圖、IQ載波相位正交誤差、IQ幅度誤差、EVM、相關(guān)峰曲線(xiàn)波形和S曲線(xiàn)偏差。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明提出了一套較完善的衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)質(zhì)量評(píng)估方法，不僅包括基于標(biāo)準(zhǔn)儀器的信號(hào)質(zhì)量監(jiān)測(cè)和基于數(shù)據(jù)采集的離線(xiàn)信號(hào)分析，還提出了利用高性能監(jiān)測(cè)接收機(jī)對(duì)碼偽距穩(wěn)定性、載波相位穩(wěn)定性、同頻點(diǎn)不同支路測(cè)距碼間的一致性、不同頻點(diǎn)相同支路測(cè)距碼間的一致性、C/N0、多普勒頻移、電文校驗(yàn)信息等方面進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)評(píng)估的方法；不僅包括利用頻譜儀觀測(cè)接收信號(hào)頻譜，利用矢量信號(hào)分析儀觀測(cè)接收信號(hào)波形，還提出了利用頻譜儀監(jiān)測(cè)單載波功率、信號(hào)頻率、相位噪聲、雜波抑制、通道功率、信號(hào)帶外能量分布，提出了利用矢量信號(hào)分析儀進(jìn)行信號(hào)調(diào)制星座圖、EVM(Error Vector Magnitude,誤差矢量幅度)、眼云圖、碼片波形、載波頻率誤差變化曲線(xiàn)、載波相位變化曲線(xiàn)、載波相位正交誤差、I/Q幅度誤差及幅度不平衡性的評(píng)估，利用示波器進(jìn)行單載波和擴(kuò)頻信號(hào)波形、調(diào)制信號(hào)包絡(luò)和相位翻轉(zhuǎn)點(diǎn)的評(píng)估；對(duì)采集數(shù)據(jù)的分析，不僅包括上述常見(jiàn)的幾個(gè)方面，還包括單項(xiàng)要素中載波、測(cè)距碼、電文和調(diào)制方式的評(píng)估，綜合評(píng)估要素中相干性的評(píng)估、信號(hào)多路復(fù)用性能評(píng)估、多徑特性評(píng)估和功率評(píng)估。這些方面涵蓋了評(píng)估信號(hào)質(zhì)量的各個(gè)方面，從而能夠進(jìn)行多層次全方位的信號(hào)質(zhì)量分析與評(píng)估?？梢愿呔热轿欢鄬哟蔚脑u(píng)估接收衛(wèi)星下行信號(hào)質(zhì)量，并可廣泛應(yīng)用于其他導(dǎo)航系統(tǒng)數(shù)據(jù)的分析處理。本發(fā)明可應(yīng)用于全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(包括我國(guó)BeiDou、美國(guó)GPS、歐盟Galileo等系統(tǒng))接收信號(hào)的分析處理，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)評(píng)估接收導(dǎo)航信號(hào)質(zhì)量，評(píng)估系統(tǒng)服務(wù)性能，評(píng)估衛(wèi)星生命周期中各種不可預(yù)料的異常情況，從而在系統(tǒng)試驗(yàn)期間給系統(tǒng)設(shè)計(jì)者提供可信的調(diào)試依據(jù)，在一定程度上對(duì)保證衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的完好性做出貢獻(xiàn)。


圖1為數(shù)據(jù)接收與處理流程示意圖；圖2為信號(hào)質(zhì)量評(píng)估流程圖；圖3為碼片模擬畸變和數(shù)字畸變示意圖，其中，Ca)為數(shù)字畸變，(b)為模擬畸變，(C)為混合畸變；圖4為GPS不同衛(wèi)星相關(guān)峰比較示意圖；圖5為星座圖參數(shù)測(cè)量原理示意圖；圖中橫坐標(biāo)表示同向分量,縱坐標(biāo)表示正交風(fēng)量；0表示理想坐標(biāo)原點(diǎn)；A表示理想星座點(diǎn)出表示實(shí)測(cè)星座點(diǎn)；0’表示偏移的原點(diǎn)；0A’表示參考的理想矢量；0C表示理想幅度；CB’表不幅度誤差，AB’表不誤差矢量；00’表不誤差矢量原點(diǎn)偏移；Rad表不相位誤差；圖6為實(shí)測(cè)信號(hào)星座圖；圖7為實(shí)測(cè)信號(hào)眼圖；圖8為眼圖參數(shù)計(jì)算結(jié)果顯示；圖9為時(shí)域波形異常與自相關(guān)函數(shù)畸變示意圖，其中，Ca)為碼片時(shí)域波形異常，(b)為自相關(guān)函數(shù)畸變。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案主要包括以下步驟步驟一利用較高增益(天線(xiàn)增益大于20dBi)的天線(xiàn)接收導(dǎo)航衛(wèi)星下行信號(hào)；步驟二 導(dǎo)航衛(wèi)星下行信號(hào)經(jīng)過(guò)低噪聲放大后均分為三路；步驟三信號(hào)單項(xiàng)要素監(jiān)測(cè)與評(píng)估其中一路信號(hào)分配到標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量設(shè)備，對(duì)信號(hào)的功率、帶寬、中心頻點(diǎn)、調(diào)制特性、波形特性進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。第二路信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)采集(為較高精度離線(xiàn)分析，采樣頻率需大于等于150MHz，位數(shù)大于等于14位)并存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)磁盤(pán)陣列。另外一路送入監(jiān)測(cè)接收機(jī)。步驟四信號(hào)綜合分析與評(píng)估。本發(fā)明主要涉及以下五個(gè)方面的內(nèi)容，其中步驟三的主要內(nèi)容為關(guān)鍵點(diǎn)I至關(guān)鍵點(diǎn)4，步驟四的主要內(nèi)容為關(guān)鍵點(diǎn)5。關(guān)鍵點(diǎn)1:利用頻譜儀對(duì)單載波進(jìn)行監(jiān)測(cè)；技術(shù)效果連續(xù)幾天或幾周觀測(cè)載波連續(xù)性、相位跳變和功率跳變情況，由這些參數(shù)的抖動(dòng)情況分析衛(wèi)星發(fā)射功率穩(wěn)定性，若抖動(dòng)范圍比較大，則認(rèn)為信號(hào)功率穩(wěn)定性較差。關(guān)鍵點(diǎn)2 :利用標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量?jī)x器對(duì)擴(kuò)頻信號(hào)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；技術(shù)效果實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)通道功率、帶外雜散、頻譜譜線(xiàn)、調(diào)制信號(hào)包絡(luò)、相位翻轉(zhuǎn)點(diǎn)、信號(hào)星座圖、載波相位正交誤差、IQ幅度誤差、IQ原點(diǎn)偏移、碼片正確性、載波頻率誤差變化曲線(xiàn)、相位變化曲線(xiàn)，將參數(shù)實(shí)測(cè)結(jié)果與ICD公布參數(shù)指標(biāo)相比較，判斷接收導(dǎo)航信號(hào)的穩(wěn)定性及調(diào)制性能。若實(shí)測(cè)結(jié)果超出ICD公布參數(shù)指標(biāo)，則認(rèn)為信號(hào)存在畸變。關(guān)鍵點(diǎn)3 :利用監(jiān)測(cè)接收機(jī)對(duì)接收機(jī)觀測(cè)量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；技術(shù)效果通過(guò)對(duì)碼偽距、載波相位、C/NO、多普勒頻移、電文校驗(yàn)信息等參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，評(píng)估碼偽距穩(wěn)定性、載波相位穩(wěn)定性、相同頻點(diǎn)不同支路測(cè)距碼間的一致性、不同頻點(diǎn)相同支路測(cè)距碼間的一致性、接收導(dǎo)航信號(hào)多普勒頻移變化是否正常，以及電文翻轉(zhuǎn)情況等，評(píng)估接收導(dǎo)航信號(hào)是否存在畸變。若實(shí)測(cè)結(jié)果超出ICD公布參數(shù)指標(biāo)，則認(rèn)為信號(hào)存在畸變。關(guān)鍵點(diǎn)4 :接收信號(hào)單項(xiàng)要素評(píng)估方法；技術(shù)效果通過(guò)對(duì)載波特性(頻率、功率、波形及幅度、雜波抑制、諧波抑制等)、測(cè)距碼特性(碼長(zhǎng)、波形、數(shù)字畸變和模擬畸變、速率、正確性和相關(guān)性等)、導(dǎo)航電文(電文速率、電文正確性、校驗(yàn)信息等)、調(diào)制方式(信號(hào)譜線(xiàn)、帶寬、調(diào)制信號(hào)包絡(luò)、眼云圖、矢量信號(hào)散點(diǎn)圖、IQ載波相位正交誤差、IQ幅度誤差、EVM、相關(guān)峰曲線(xiàn)波形、S曲線(xiàn)偏差等)四個(gè)方面單項(xiàng)要素的分析，判斷接收導(dǎo)航信號(hào)各單項(xiàng)要素指標(biāo)是否符合要求，從而評(píng)估接收信號(hào)質(zhì)量。關(guān)鍵點(diǎn)5 :接收信號(hào)綜合性能評(píng)估方法；技術(shù)效果通過(guò)對(duì)測(cè)距性能(載波相位及其穩(wěn)定性)、功率(衛(wèi)星發(fā)射EIRP)、相干性能(測(cè)距碼與載波、測(cè)距碼與二次碼、測(cè)距碼與電文之間的相干性)、碼多徑性能(碼多徑誤差)、載波多徑(載波多徑誤差)、多路復(fù)用性能(復(fù)用前后單路信號(hào)功率損耗和測(cè)距碼波形)、捕獲跟蹤解調(diào)性能的評(píng)估，再加上關(guān)鍵點(diǎn)4中各單項(xiàng)要素評(píng)估結(jié)果，與ICD公布指標(biāo)相比較，綜合判斷接收信號(hào)各項(xiàng)要素指標(biāo)是否符合要求。下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。步驟一接收信號(hào)。如附圖1所示。首先，利用較高增益(天線(xiàn)增益大于20dBi)的天線(xiàn)接收導(dǎo)航衛(wèi)星下行信號(hào)；步驟二 線(xiàn)路分配。如附圖1所示。天線(xiàn)接收的衛(wèi)星下行信號(hào)經(jīng)過(guò)三路；步驟三數(shù)據(jù)采集，信號(hào)監(jiān)測(cè)與評(píng)估。如附圖1所示(一)其中一路信號(hào)經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量設(shè)備，詳見(jiàn)附圖1所示。對(duì)信號(hào)的功率、頻譜、調(diào)制信號(hào)翻轉(zhuǎn)點(diǎn)、信號(hào)星座圖、矢量圖、眼圖、信號(hào)相位軌跡圖、IQ原點(diǎn)偏移、波形特性實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。具體監(jiān)測(cè)方法(I)利用頻譜儀MARKER功能，標(biāo)定單載波峰值，自動(dòng)記錄功率讀數(shù)，可監(jiān)測(cè)單載波功率；利用頻譜儀MARKER功能，標(biāo)定單載波最高波峰值，自動(dòng)記錄頻率讀數(shù)，可監(jiān)測(cè)單載波頻率；利用頻譜儀觀測(cè)信號(hào)頻譜圖，分別利用MARKER標(biāo)定信號(hào)功率和被測(cè)頻率偏移點(diǎn)功率，通過(guò)計(jì)算其差值來(lái)評(píng)估相位噪聲和雜波抑制。(2)將頻譜儀設(shè)置為信號(hào)通道功率測(cè)量，連續(xù)觀測(cè)通道功率值。計(jì)算一段時(shí)間內(nèi)信號(hào)功率穩(wěn)定性；利用頻譜儀觀測(cè)接收信號(hào)頻譜，分別利用MARKER標(biāo)定信號(hào)功率和被測(cè)頻率偏移點(diǎn)功率，計(jì)算其差值，分析信號(hào)帶外雜散能量分布；利用頻譜儀觀測(cè)接收信號(hào)頻譜，并標(biāo)記占總功率99%的信號(hào)帶寬；利用頻譜儀統(tǒng)計(jì)衛(wèi)星設(shè)計(jì)帶寬內(nèi)的信號(hào)功率，統(tǒng)計(jì)二倍設(shè)計(jì)帶寬內(nèi)的信號(hào)功率，計(jì)算信號(hào)帶外能量分布；利用頻譜儀采集信號(hào)頻譜，比對(duì)與標(biāo)準(zhǔn)譜線(xiàn)差異。(3)利用示波器在標(biāo)準(zhǔn)Ipps觸發(fā)下，觀測(cè)調(diào)制信號(hào)翻轉(zhuǎn)點(diǎn)變化。
(4)利用矢量信號(hào)分析儀解調(diào)信號(hào)，得到信號(hào)星座圖、矢量圖、眼圖、信號(hào)相位軌跡圖、IQ原點(diǎn)偏移、波形特性。(二)另外一路信號(hào)進(jìn)入監(jiān)測(cè)接收機(jī)，如附圖1所示。對(duì)接收衛(wèi)星下行信號(hào)碼偽距、載波相位、C/N0、多普勒頻移、電文校驗(yàn)信息實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。具體監(jiān)測(cè)方法利用監(jiān)測(cè)接收機(jī)連續(xù)幾天或幾周內(nèi)監(jiān)測(cè)偽距觀測(cè)量，觀察是否存在偽距跳變，考察其穩(wěn)定性；連續(xù)監(jiān)測(cè)載波相位觀測(cè)量，觀察是否存在相位跳變，考察其連續(xù)性；連續(xù)監(jiān)測(cè)C/N0觀測(cè)量，觀察是否存在跳變；連續(xù)監(jiān)測(cè)多普勒頻移觀測(cè)量，觀察是否存在跳變或異常；連續(xù)監(jiān)測(cè)導(dǎo)航電文校驗(yàn)信息，驗(yàn)證校驗(yàn)信息的正確性。對(duì)于擴(kuò)頻碼信號(hào)質(zhì)量的監(jiān)測(cè)，主要是利用測(cè)量型監(jiān)測(cè)接收機(jī)輸出的多相關(guān)器值，以及寬窄相關(guān)測(cè)距值的互相符合性，檢測(cè)輸入導(dǎo)航信號(hào)相關(guān)峰變形等情況，以確定衛(wèi)星信號(hào)是否存在畸變。(三)第三路信號(hào)經(jīng)過(guò)高性能信號(hào)采集設(shè)備采集(為較高精度離線(xiàn)分析，采樣頻率需大于等于150MHz，位數(shù)大于等于14位)，如附圖1所示。并存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)磁盤(pán)陣列，離線(xiàn)分析軟件調(diào)取采集的數(shù)據(jù)，分析接收信號(hào)各單項(xiàng)要素性能。導(dǎo)航信號(hào)質(zhì)量評(píng)估處理流程詳見(jiàn)附圖2。具體評(píng)估方法如下(I)載波質(zhì)量評(píng)估利用高采樣率示波器，監(jiān)測(cè)載波信號(hào)波形，查找并記錄相位突變點(diǎn)和功率變化情況，評(píng)估載波幅度變化情況和相位連續(xù)性；利用高精度頻譜儀Marker功能，測(cè)量單載波信號(hào)功率，根據(jù)通道功率標(biāo)校結(jié)果，推算天線(xiàn)口面接收功率；再利用常用大氣衰減模型，計(jì)算衛(wèi)星天線(xiàn)出口信號(hào)功率。在衛(wèi)星發(fā)射條件允許的情況下，連續(xù)幾天或幾周觀測(cè)單載波信號(hào)功率，評(píng)估其穩(wěn)定性；利用高精度頻譜儀，觀測(cè)衛(wèi)星發(fā)射帶寬內(nèi)信號(hào)功率分布情況，記錄較高能量點(diǎn)功率值，并測(cè)量諧波抑制與雜波抑制。(2)測(cè)距碼質(zhì)量評(píng)估對(duì)采集的數(shù)據(jù)首先完成多普勒頻移和相位預(yù)估、干擾剔除、通道均衡，然后剝離載波和子載波，復(fù)現(xiàn)信號(hào)的碼片波形，比對(duì)標(biāo)準(zhǔn)碼片波形，判斷碼片波形是否存在畸變，包括模擬畸變和數(shù)字畸變等；詳見(jiàn)附圖3。A.數(shù)字畸變表現(xiàn)形式擴(kuò)頻碼正負(fù)碼形寬度不一致，相關(guān)峰擴(kuò)展；數(shù)字畸變?cè)蛐巧匣鶐幚砥鳟惓?。B.模擬畸變表現(xiàn)形式基帶碼形抖動(dòng)失真，相關(guān)峰扭曲變形；模擬畸變?cè)蛐巧习l(fā)射機(jī)基帶濾波或射頻濾波異常。C.混合畸變表現(xiàn)形式正負(fù)碼形寬度不一致且出現(xiàn)抖動(dòng)失真，相關(guān)峰扭曲擴(kuò)展；混合畸變?cè)蚧鶐Тa產(chǎn)生器異常，射頻濾波異常。統(tǒng)計(jì)不同衛(wèi)星測(cè)距碼的數(shù)字畸變程度，然后同圖顯示，比較各星測(cè)距碼的數(shù)字畸變差異。以GPS衛(wèi)星為例1)各星PRN碼的數(shù)字畸變都不是0，各星的碼都不理想；2)PRN14碼的數(shù)字畸變最大，約4. 5ns。越是之前發(fā)的星，數(shù)字畸變?cè)叫?。若假設(shè)其他各星都是理想的，都無(wú)數(shù)字畸變，而其中某星數(shù)字畸變?yōu)?0ns，則將會(huì)產(chǎn)生SPS測(cè)距誤差約1. 6米，對(duì)于差分用戶(hù)來(lái)說(shuō)將會(huì)約6厘米。由于接收機(jī)濾波器和一些殘留的多徑效應(yīng)，相關(guān)峰并不是對(duì)稱(chēng)的。然而對(duì)于相同的信號(hào)，這種影響應(yīng)該是相同的。但是從GPS分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)a)不同衛(wèi)星的相關(guān)峰不一樣；
b)PRN14與其他的不同。而相關(guān)峰可以體現(xiàn)模擬畸變和數(shù)字畸變。例如GPS測(cè)距碼，由于不同的碼相關(guān)所得的相關(guān)峰斜率可能不同，所以有如下公式進(jìn)行歸一化
權(quán)利要求
1.一種高性能導(dǎo)航衛(wèi)星空間信號(hào)質(zhì)量評(píng)估方法，其特征在于包括下述步驟步驟一利用天線(xiàn)接收導(dǎo)航衛(wèi)星下行信號(hào)；步驟二 導(dǎo)航衛(wèi)星下行信號(hào)經(jīng)過(guò)低噪聲放大后分為三路；步驟三一路信號(hào)分配到標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量設(shè)備，對(duì)信號(hào)的功率、帶寬、中心頻點(diǎn)、調(diào)制特性、波形特性進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；第二路信號(hào)進(jìn)行信號(hào)采集并存儲(chǔ)；第三路送入監(jiān)測(cè)接收機(jī)；步驟四將測(cè)距性能、功率、相干性能、碼多徑性能、載波多徑、多路復(fù)用性能和捕獲跟蹤解調(diào)性能的評(píng)估與ICD公布指標(biāo)相比較，綜合判斷接收信號(hào)各項(xiàng)要素指標(biāo)是否符合要求；所述的測(cè)距性能包括載波相位及其穩(wěn)定性，所述的功率是指衛(wèi)星發(fā)射EIRP，所述的相干性能包括測(cè)距碼與載波、測(cè)距碼與二次碼、測(cè)距碼與電文之間的相干性，所述的碼多徑性能是指碼多徑誤差，所述的載波多徑是指載波多徑誤差，所述的多路復(fù)用性能包括復(fù)用前后單路信號(hào)功率損耗和測(cè)距碼波形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高性能導(dǎo)航衛(wèi)星空間信號(hào)質(zhì)量評(píng)估方法，其特征在于所述的步驟一中使用的天線(xiàn)增益大于20dBi。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高性能導(dǎo)航衛(wèi)星空間信號(hào)質(zhì)量評(píng)估方法，其特征在于所述的步驟三種信號(hào)采集的采樣頻率需大于等于150MHz，位數(shù)大于等于14位。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高性能導(dǎo)航衛(wèi)星空間信號(hào)質(zhì)量評(píng)估方法，其特征在于所述的步驟三中，利用頻譜儀監(jiān)測(cè)單載波在設(shè)定的時(shí)間周期內(nèi)的參數(shù)的抖動(dòng)情況，參數(shù)包括載波連續(xù)性、相位跳變和功率跳變情況，若抖動(dòng)范圍大于設(shè)定值，則認(rèn)為信號(hào)功率穩(wěn)定性較差；利用標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量?jī)x器對(duì)擴(kuò)頻信號(hào)的參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，參數(shù)包括通道功率、帶外雜散、頻譜譜線(xiàn)、調(diào)制信號(hào)包絡(luò)、相位翻轉(zhuǎn)點(diǎn)、信號(hào)星座圖、載波相位正交誤差、IQ幅度誤差、IQ原點(diǎn)偏移、碼片正確性、載波頻率誤差變化曲線(xiàn)和相位變化曲線(xiàn)，將參數(shù)實(shí)測(cè)結(jié)果與ICD公布參數(shù)指標(biāo)相比較，若實(shí)測(cè)結(jié)果超出ICD公布參數(shù)指標(biāo)，則認(rèn)為信號(hào)存在畸變；利用監(jiān)測(cè)接收機(jī)對(duì)接收機(jī)觀測(cè)量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，包括碼偽距、載波相位、C/N0、多普勒頻移、電文校驗(yàn)信息，若實(shí)測(cè)結(jié)果超出ICD公布參數(shù)指標(biāo)，則認(rèn)為信號(hào)存在畸變；通過(guò)對(duì)載波特性、測(cè)距碼特性、導(dǎo)航電文和調(diào)制方式四個(gè)方面單項(xiàng)要素的分析，判斷接收導(dǎo)航信號(hào)各單項(xiàng)要素指標(biāo)是否符合設(shè)定的指標(biāo)要求，從而評(píng)估接收信號(hào)質(zhì)量；所述的載波特性包括頻率、功率、波形及幅度、雜波抑制和諧波抑制，所述的測(cè)距碼特性包括碼長(zhǎng)、波形、數(shù)字畸變和模擬畸變、速率、正確性和相關(guān)性，所述的導(dǎo)航電文包括電文速率、電文正確性和校驗(yàn)信息，所述的調(diào)制方式包括信號(hào)譜線(xiàn)、帶寬、調(diào)制信號(hào)包絡(luò)、眼云圖、矢量信號(hào)散點(diǎn)圖、IQ載波相位正交誤差、IQ幅度誤差、EVM、相關(guān)峰曲線(xiàn)波形和S曲線(xiàn)偏差。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種高性能導(dǎo)航衛(wèi)星空間信號(hào)質(zhì)量評(píng)估方法，首先利用較高增益的天線(xiàn)接收導(dǎo)航衛(wèi)星下行信號(hào)，將導(dǎo)航衛(wèi)星下行信號(hào)經(jīng)過(guò)低噪聲放大后均分為三路進(jìn)行信號(hào)單項(xiàng)要素監(jiān)測(cè)與評(píng)估，最后進(jìn)行信號(hào)綜合分析與評(píng)估。本發(fā)明可以高精度全方位多層次的評(píng)估接收衛(wèi)星下行信號(hào)質(zhì)量，并可廣泛應(yīng)用于其他導(dǎo)航系統(tǒng)數(shù)據(jù)的分析處理。
文檔編號(hào)G01S19/23GK103033824SQ201210552698
公開(kāi)日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2012年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月18日
發(fā)明者賀成艷, 郭際, 盧曉春, 王雪 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院國(guó)家授時(shí)中心