标校机便携式测试系统的设计与实现*

(解放军61081部队，北京 100094)

1 引 言

“北斗”一号标校系统是我国卫星导航定位系统的重要组成部分，其设备运行状态及其数据质量直接影响到“北斗”一号卫星导航定位系统运行的稳定性及服务质量。由于标校站设备连续运行，设备老化、环境温度变化和时钟漂移等因素会导致设备时延漂移，并且在标校设备运行期间对设备进行维护和故障设备的替换也会导致设备的时延变化，所有时延漂移和变化都会影响地面应用系统的卫星定轨精度和用户差分定位服务质量，因此会大大降低“北斗”一号系统的定位精度。为了保证标校设备工作的可靠性和稳定性，需要在设备运行期间对设备进行动态维护，定期对众多标校机在运行期间的主要技术指标进行检测及校准，当检测结果不满足技术要求时，就要及时进行维护或校准，以保证“北斗”一号系统正常运行。另外，由于各个标校站分布在全国各地，地域分散，要完成对标校机的定期检测任务，必须研制一套体积小、重量轻、精度高，且适合外场作业的便携式的标校机专用测试设备，通过巡检方式，在各个站上完成相关技术指标的检测及校准，以保障标校系统设备能正常可靠地服务于“北斗”一号卫星导航定位系统。

2 硬件体系设计

标校机便携式测试系统用于标校机的性能测试，能模拟卫星转发器转发的出站信号及其它测试信号，完成标校机主要技术指标及性能参数的评估，同时具备一定的数据处理能力。整个标校机便携式测试系统由信号发射机、信号接收机、数据处理计算机以及辅助测试仪器构成[1-3]，硬件结构框图如图1所示。

图1 标校机便携式测试系统硬件结构框图

信号发射机模拟产生“北斗”一号下行S频段射频信号，对标校机的接收性能指标进行测试，是标校机便携式测试系统的重要组成部分。同时，发送与“北斗”一号入站信号格式相同的测试信号，用于测试系统本身的标校。信号发射机由铷原子钟、频率综合器、时基/基带信号发生器、中频调制器以及合路与上变频器构成，主要完成发射信号频偏的预置、码分通道发射时延的调整、发射功率的调整等功能。

信号接收机接收被测标校机发送的入站信号，从中获取入站信息，同时测定入站信号的各种参数，把测试结果送到数据处理计算机进行处理。为了完成系统标校，信号接收机还能接收源于信号发射机的标校测试信号，以便确定系统本身的零值和检验系统的测试精度。由于本系统是一个精密的时延测量设备，为了精确定标，接收通道采用宽带系统；为了精密测定信号功率，信道部分的放大采用AGC控制，在输入动态10 dB情况下能很好地保证系统的线性度；为了精密测定入站信号的发射时标，在精密时标检测单元中采用时标信号多次平均的方法，提高了时标捕获精度；为了保证系统时延及功率的准确性、稳定性，在信号接收机采用了自校的办法，即利用自校基准源对系统的零值和功率进行校准。

数据处理计算机是标校机便携式测试系统的控制和数据处理核心，它根据当前的测试项目设定系统其它部分的工作模式和工作参数，在测试过程中实时收集各种监测数据，进行必要的处理，获得测试结果或对测试项目进行评判。主要完成以下功能：信号发射机各项功能的设置和控制，入站信号数据帧的显示和处理，控制设备的自环校准，标校机发射出站帧数据的加密以及入站帧数据的解密，时间间隔计数器的初始化以及数据的采集显示，统计并处理标校机的接收数据误码率。

3 软件体系设计

标校机便携式测试系统的软件部分包括功能测试、零值测试和自环测试[2-3]，其软件流程图如图2所示。

图2 便携式测试系统软件流程图

3.1 功能测试模块

标校机功能测试用于通过检验出站信号对标校机进行控制，收集标校机的入站标校数据，检验其入站数据及正确性。测试流程如下：

(1)根据测试项目调入测试配置项，准备测试数据；

(2)设置信号发射机、信号接收机工作模式和工作参数，输出出站信号，准备接收用户设备的入站信号；

(3)从信号接收机接收入站标校信息，对标校信息进行检验，记录标校数据，并对收到的标校数据进行处理。

测试结果包括：出站波束，系统时差值，测试时长；收到的标校数据个数、错误数据个数；入站信号功率、频偏；标校机设备零值及其均方差；标校机测得的时差或时延等信息。

3.2 零值测试模块

零值测试用于校准系统的信号发射机的出站信号电平、校正信号接收机对入站信号电平和频率的测量值，重新标定系统的零值。测试流程如下：

(1)根据测试项目调入测试配置项，准备标校配置参数，设置系统工作于标校模式，准备标校；

(2)从信号接收机读取信号的电平、时延测量值，校正信号接收机功率测量零点，计算信号接收机的零值；

(3)从信号接收机读取信号接收机测得的信号电平、频率和信号时延，校正信号发射机功率测量零点，计算信号发射机的零值，更新系统收发终端的功率零点、收发分系统零值。

测试结果包括系统收发终端功率、零值标校结果、信号接收机的零值。

3.3 自环测试模块

系统自环测试用于检验信号发射机的出站信号，统计信号发射机出站信号的误码率和信号接收机的入站信号解调误码率。测试流程如下：

(1)控制信号接收机工作于系统自环模式，输出解调的出站信号，从信号接收机读取输出的出站信号；

(2)将信号接收机送来的解调数据与信号发射机发出的出站信息进行比对，统计误码率，在比对完107 bit后，结束此波束的自环；

(3)控制信号接收机工作于系统自环模式，输出解调的入站信号，从信号接收机读取送来的解调数据；

(4)将信号接收机送来的解调数据与信号发射机发出的入站信息进行比对，在比对完107 bit后，统计误码率。

测试结果包括信号发射机各个波束的发射信号误码率和信号接收机的入站信号解调误码率。

4 应用实例

本文介绍的标校机便携式测试系统是针对“北斗”一号标校系统而研制的可应用于外站的标校设备，在站上即可完成标校机各项指标的测试。图3为本测试系统所测试的标校机所有功能及性能指标；图4为本测试系统所测得的一组标校机零值数据，最大值为938 745.3 ns，最小值为938 741.9 ns，均值为938 744.2 ns，方差为0.8 ns。

图3 标校机测试全图

图4 标校机零值测试

5 结 论

“北斗”一号标校机便携式测试系统的成功研制，解决了“北斗”一号标校系统外场标校机设备零值标定问题，同时为分布在全国各地的标校站提供了一种便于携带、方便维护的手段，提高了“北斗”一号地面应用系统的定位精度和可靠性，有极高的军事和经济效益。此外，通过对测试系统软件进行升级，可以完成对“北斗”一号用户终端设备(包括用户机)的各项性能和指标测试，同时该系统为“北斗”用户终端设备的研制提供了调试及测试手段，缩短了研制周期，提高了产出效益，应用前景广阔。

参考文献：

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[2] 边泽强,孟晓风，徐志坚.通用检定设备自检自校系统设计[J].计算机测量与控制，2008,16(1)：41-42,57.

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[3] 张志峰，胡燕，苏磊.一种便携式智能测试系统的设计[J].机电产品开发与创新，2005，18(5):94-95.

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