北斗用户机检测仪的设计与实现
2015-01-19辛鹏飞李建雷
辛鹏飞+李建雷
【摘要】北斗用户机检测仪可以完成多型北斗用户机的主要性能指标测试及其可拆卸部件的故障检测。设备测试能力相对完备，能够满足北斗用户机日常维护的需求。论文介绍了北斗用户机检测仪的设计与实现方法，并给出了及试验验证结果。
【关键词】北斗卫星导航;模拟器;RDSS
1 引言
当前，北斗用户机已获得广泛应用，为满足各种需求，市场上已出现了多个型号如车载一体式、车载分体式、手持型、指挥型、单向授时型等，涵盖了北斗一号、GPS等卫星导航系统信号，且数量还在不断增加。但如何对这些北斗用户机进行日常维护，还缺乏专业手段。
本文研制的北斗用户机检测仪作为专用检测设备，除了可以完成北斗用户机主要功能测试外，还可以完成对北斗用户机主要性能指标如双向零值、定位精度等的测试。考虑到北斗用户机可拆卸部件的检测需求，检测仪还设计了部件检测接口，可以完成手柄线缆、手柄、电源适配器、电池、用户机主机等的故障检测。
北斗用户机检测仪由测试控制软件、检测仪主机和天线暗盒等组成。论文介绍了北斗用户机检测仪的总体设计与实现方法，简述了其工作原理和主要技术，并给出了试验验证结果。
2 设计与实现
2.1 总体设计
北斗用户机检测仪由测试控制软件、检测仪主机和天线暗盒等组成，如下图所示。
图1 设备组成框图
1）测试控制软件
测试控制软件完成各项测试项目的测试流程控制，涉及到设备调度、测试数据采集和评估等工作。测试控制软件按功能模块分，可以分为整机检测、部件检测和设备信息管理等模块。其中整机检测主要完成A～E项的测试流程控制;部件检测完成F～J项的测试流程控制;设备信息管理主要是对测试对象的设备信息、测试结果等的存储管理等。
（2）检测仪主机
检测仪主机为一个小型便携式机箱，内部集成卫星导航信号模拟单元、入站信号接收单元、部件检测单元、显控单元等。其中卫星导航信号模拟单元用于生成RDSS-S出站信号及GPS-L1卫星导航信号;入站接收单元用于完成L段短突发入站信号的接收解调及到达时刻测量;部件检测单元用于完成多芯手柄线缆通断检测以及电池、电源适配器等的电压测量，注意电压测量值是在放电过程中测定的，测试控制软件将电压测量值绘制成曲线，根据曲线走势判断电池、适配器是否故障;显控单元是一个数据中转通道，用于建立网口和各单元串口之间的连接，同时将内部板卡工作状态进行显示。
（3）天线暗盒
天线暗盒相当于一个小型的屏蔽暗室，与检测仪主机配合完成北斗用户机整机功能性能指标测试。
2.3 工作原理
北斗用户机检测仪主要有整机检测和部件检测两种工作模式。
1）整机检测
整机检测连接如下图所示。笔记本通过网线与检测仪主机相连，检测仪主机射频口、串口分别与天线暗盒射频口和被测北斗用户机串口相连，被测北斗用户机天线放置在天线暗盒内。整机检测完成A～E项功能性能指标测试。
图2 整机检测连接图
以A项北斗定位功能测试流程为例，首先①测试控制软件控制卫星导航信号模拟单元产生S出站信号，并通过天线暗盒的多频天线辐射到北斗用户机天线口面。②北斗用户机接收S出站信号，并在测试控制软件的控制下，发出L入站定位申请，经由多频天线接收后送至入站接收机进行处理，并自动将处理结果上报至测试控制软件，③测试控制软件判断申请内容为定位申请，则将定位结果填入S出站信号电文中，④北斗用户机接收S出站信号，获取定位结果，并通过串口送至测试控制软件进行比对。信息流程如下图所示。
图3 定位功能测试流程图
B项北斗通信功能测试流程与A项类似，不同的是发出L段通信申请，并从S出站信号中解出通信内容并将通信内容通过串口报给测试控制软件进行比对。
C项北斗授时功能测试，仅执行图4的第①、④步，北斗用户机接收S信号完成授时后，将授时信息上报给测试控制软件进行评估。
D项双向零值测试，仅执行图4的第①、②步，将入站接收机测量信息上报给测试控制软件进行评估。
E项GPS定位功能测试，仅执行图4的第①、④步。检测仪主机输出静态场景的GPS L1卫星导航模拟信号，北斗用户机将GPS模块定位结果通过串口上报给测试控制软件，测试控制软件给出精度评估结果。
2）部件检测
部件检测完成F～J项测试。笔记本通过网线同检测仪主机相连;手柄线缆检测、手柄检测、电池检测、电源适配器都连接到对应的检测接口上，用户机主机功能检测实际上北斗用户机的有线测试，北斗用户机主机射频口、串口分别与检测仪主机射频口、串口连接。
F项手柄线缆检测、H项电源适配器检测、I项电池检测通过检测仪主机的部件检测单元完成。测试控制软件启动部件检测单元的测量功能后，部件检测单元每秒上报一次测量数据，测试控制软件根据收集的测量数据来判断模块是否故障。
G项手柄通信状态检测，主要是由测试控制软件完成的，测试控制软件模拟北斗用户机主机与手柄进行通信，以检测其通信状态是否正常。
I项北斗用户机主机功能检测实际上对北斗用户机的有线情况下的功能测试，通过检测北斗用户机主机的北斗定位功能或者GPS定位功能是否正常来进行判断。其工作流程与整机测试中的A项和E项测试流程相同。
3.试验验证
试验验证之前，需要按照上文所述方法对系统进行标校，并将校准结果装订入测试控制软件。
选择分体车载、一体车载、手持型、指挥型、单向授时型等多台多型北斗用户机对北斗用户机检测仪进行试验验证。参与试验验证的北斗用户机均预先在“北斗一号”入网测试系统[1][6]中进行了整机指标测试，且北斗用户机双向零值、单向零值均已校准。
按测试流程对各北斗用户机进行功能性能指标测试以及部件检测，试验结果表明，北斗用户机检测仪的整机功能性能测试指标及部件检测指标均满足需求，其中双向零值测量值与真值偏差在20ns以内，GPS定位值与数仿真值偏差在10m以内。
4.结论
北斗用户机检测仪可以完成多型北斗用户机的整机功能性能指标测试及部件级检测，相关试验表明检测结果可信。
参考文献
[1] 张桂华，陈锡春，北斗用户设备测试系统的设计与实现，电子测量与仪器学报，2009，23（1），P16-21.
[2] 王向阳， 郑 星等，微波暗室有限测试距离对天线远场测量的影响，电讯技术，2010，50（5），P104-107.
[3] 周松林，天线测试距离对测量结果的影响，电视广播与传输，2000，215（5），P64-66.
[4] 董立桥，周雪娟，基于PXI架构的导航信号模拟器设计，无线电工程，2011，41（3），P34-37.
[5] 单庆晓，陈建云等，基于数据文件读取的GPS信号模拟技术，电子测量与仪器学报，2009，23（5），P79-84.
[6] 王向昆，北斗接收机零值测定技术研究，第三届中国卫星导航学术年会，S6分会，2012。endprint
【摘要】北斗用户机检测仪可以完成多型北斗用户机的主要性能指标测试及其可拆卸部件的故障检测。设备测试能力相对完备，能够满足北斗用户机日常维护的需求。论文介绍了北斗用户机检测仪的设计与实现方法，并给出了及试验验证结果。
【关键词】北斗卫星导航;模拟器;RDSS
1 引言
当前，北斗用户机已获得广泛应用，为满足各种需求，市场上已出现了多个型号如车载一体式、车载分体式、手持型、指挥型、单向授时型等，涵盖了北斗一号、GPS等卫星导航系统信号，且数量还在不断增加。但如何对这些北斗用户机进行日常维护，还缺乏专业手段。
本文研制的北斗用户机检测仪作为专用检测设备，除了可以完成北斗用户机主要功能测试外，还可以完成对北斗用户机主要性能指标如双向零值、定位精度等的测试。考虑到北斗用户机可拆卸部件的检测需求，检测仪还设计了部件检测接口，可以完成手柄线缆、手柄、电源适配器、电池、用户机主机等的故障检测。
北斗用户机检测仪由测试控制软件、检测仪主机和天线暗盒等组成。论文介绍了北斗用户机检测仪的总体设计与实现方法，简述了其工作原理和主要技术，并给出了试验验证结果。
2 设计与实现
2.1 总体设计
北斗用户机检测仪由测试控制软件、检测仪主机和天线暗盒等组成，如下图所示。
图1 设备组成框图
1）测试控制软件
测试控制软件完成各项测试项目的测试流程控制，涉及到设备调度、测试数据采集和评估等工作。测试控制软件按功能模块分，可以分为整机检测、部件检测和设备信息管理等模块。其中整机检测主要完成A～E项的测试流程控制;部件检测完成F～J项的测试流程控制;设备信息管理主要是对测试对象的设备信息、测试结果等的存储管理等。
（2）检测仪主机
检测仪主机为一个小型便携式机箱，内部集成卫星导航信号模拟单元、入站信号接收单元、部件检测单元、显控单元等。其中卫星导航信号模拟单元用于生成RDSS-S出站信号及GPS-L1卫星导航信号;入站接收单元用于完成L段短突发入站信号的接收解调及到达时刻测量;部件检测单元用于完成多芯手柄线缆通断检测以及电池、电源适配器等的电压测量，注意电压测量值是在放电过程中测定的，测试控制软件将电压测量值绘制成曲线，根据曲线走势判断电池、适配器是否故障;显控单元是一个数据中转通道，用于建立网口和各单元串口之间的连接，同时将内部板卡工作状态进行显示。
（3）天线暗盒
天线暗盒相当于一个小型的屏蔽暗室，与检测仪主机配合完成北斗用户机整机功能性能指标测试。
2.3 工作原理
北斗用户机检测仪主要有整机检测和部件检测两种工作模式。
1）整机检测
整机检测连接如下图所示。笔记本通过网线与检测仪主机相连，检测仪主机射频口、串口分别与天线暗盒射频口和被测北斗用户机串口相连，被测北斗用户机天线放置在天线暗盒内。整机检测完成A～E项功能性能指标测试。
图2 整机检测连接图
以A项北斗定位功能测试流程为例，首先①测试控制软件控制卫星导航信号模拟单元产生S出站信号，并通过天线暗盒的多频天线辐射到北斗用户机天线口面。②北斗用户机接收S出站信号，并在测试控制软件的控制下，发出L入站定位申请，经由多频天线接收后送至入站接收机进行处理，并自动将处理结果上报至测试控制软件，③测试控制软件判断申请内容为定位申请，则将定位结果填入S出站信号电文中，④北斗用户机接收S出站信号，获取定位结果，并通过串口送至测试控制软件进行比对。信息流程如下图所示。
图3 定位功能测试流程图
B项北斗通信功能测试流程与A项类似，不同的是发出L段通信申请，并从S出站信号中解出通信内容并将通信内容通过串口报给测试控制软件进行比对。
C项北斗授时功能测试，仅执行图4的第①、④步，北斗用户机接收S信号完成授时后，将授时信息上报给测试控制软件进行评估。
D项双向零值测试，仅执行图4的第①、②步，将入站接收机测量信息上报给测试控制软件进行评估。
E项GPS定位功能测试，仅执行图4的第①、④步。检测仪主机输出静态场景的GPS L1卫星导航模拟信号，北斗用户机将GPS模块定位结果通过串口上报给测试控制软件，测试控制软件给出精度评估结果。
2）部件检测
部件检测完成F～J项测试。笔记本通过网线同检测仪主机相连;手柄线缆检测、手柄检测、电池检测、电源适配器都连接到对应的检测接口上，用户机主机功能检测实际上北斗用户机的有线测试，北斗用户机主机射频口、串口分别与检测仪主机射频口、串口连接。
F项手柄线缆检测、H项电源适配器检测、I项电池检测通过检测仪主机的部件检测单元完成。测试控制软件启动部件检测单元的测量功能后，部件检测单元每秒上报一次测量数据，测试控制软件根据收集的测量数据来判断模块是否故障。
G项手柄通信状态检测，主要是由测试控制软件完成的，测试控制软件模拟北斗用户机主机与手柄进行通信，以检测其通信状态是否正常。
I项北斗用户机主机功能检测实际上对北斗用户机的有线情况下的功能测试，通过检测北斗用户机主机的北斗定位功能或者GPS定位功能是否正常来进行判断。其工作流程与整机测试中的A项和E项测试流程相同。
3.试验验证
试验验证之前，需要按照上文所述方法对系统进行标校，并将校准结果装订入测试控制软件。
选择分体车载、一体车载、手持型、指挥型、单向授时型等多台多型北斗用户机对北斗用户机检测仪进行试验验证。参与试验验证的北斗用户机均预先在“北斗一号”入网测试系统[1][6]中进行了整机指标测试，且北斗用户机双向零值、单向零值均已校准。
按测试流程对各北斗用户机进行功能性能指标测试以及部件检测，试验结果表明，北斗用户机检测仪的整机功能性能测试指标及部件检测指标均满足需求，其中双向零值测量值与真值偏差在20ns以内，GPS定位值与数仿真值偏差在10m以内。
4.结论
北斗用户机检测仪可以完成多型北斗用户机的整机功能性能指标测试及部件级检测，相关试验表明检测结果可信。
参考文献
[1] 张桂华，陈锡春，北斗用户设备测试系统的设计与实现，电子测量与仪器学报，2009，23（1），P16-21.
[2] 王向阳， 郑 星等，微波暗室有限测试距离对天线远场测量的影响，电讯技术，2010，50（5），P104-107.
[3] 周松林，天线测试距离对测量结果的影响，电视广播与传输，2000，215（5），P64-66.
[4] 董立桥，周雪娟，基于PXI架构的导航信号模拟器设计，无线电工程，2011，41（3），P34-37.
[5] 单庆晓，陈建云等，基于数据文件读取的GPS信号模拟技术，电子测量与仪器学报，2009，23（5），P79-84.
[6] 王向昆，北斗接收机零值测定技术研究，第三届中国卫星导航学术年会，S6分会，2012。endprint
【摘要】北斗用户机检测仪可以完成多型北斗用户机的主要性能指标测试及其可拆卸部件的故障检测。设备测试能力相对完备，能够满足北斗用户机日常维护的需求。论文介绍了北斗用户机检测仪的设计与实现方法，并给出了及试验验证结果。
【关键词】北斗卫星导航;模拟器;RDSS
1 引言
当前，北斗用户机已获得广泛应用，为满足各种需求，市场上已出现了多个型号如车载一体式、车载分体式、手持型、指挥型、单向授时型等，涵盖了北斗一号、GPS等卫星导航系统信号，且数量还在不断增加。但如何对这些北斗用户机进行日常维护，还缺乏专业手段。
本文研制的北斗用户机检测仪作为专用检测设备，除了可以完成北斗用户机主要功能测试外，还可以完成对北斗用户机主要性能指标如双向零值、定位精度等的测试。考虑到北斗用户机可拆卸部件的检测需求，检测仪还设计了部件检测接口，可以完成手柄线缆、手柄、电源适配器、电池、用户机主机等的故障检测。
北斗用户机检测仪由测试控制软件、检测仪主机和天线暗盒等组成。论文介绍了北斗用户机检测仪的总体设计与实现方法，简述了其工作原理和主要技术，并给出了试验验证结果。
2 设计与实现
2.1 总体设计
北斗用户机检测仪由测试控制软件、检测仪主机和天线暗盒等组成，如下图所示。
图1 设备组成框图
1）测试控制软件
测试控制软件完成各项测试项目的测试流程控制，涉及到设备调度、测试数据采集和评估等工作。测试控制软件按功能模块分，可以分为整机检测、部件检测和设备信息管理等模块。其中整机检测主要完成A～E项的测试流程控制;部件检测完成F～J项的测试流程控制;设备信息管理主要是对测试对象的设备信息、测试结果等的存储管理等。
（2）检测仪主机
检测仪主机为一个小型便携式机箱，内部集成卫星导航信号模拟单元、入站信号接收单元、部件检测单元、显控单元等。其中卫星导航信号模拟单元用于生成RDSS-S出站信号及GPS-L1卫星导航信号;入站接收单元用于完成L段短突发入站信号的接收解调及到达时刻测量;部件检测单元用于完成多芯手柄线缆通断检测以及电池、电源适配器等的电压测量，注意电压测量值是在放电过程中测定的，测试控制软件将电压测量值绘制成曲线，根据曲线走势判断电池、适配器是否故障;显控单元是一个数据中转通道，用于建立网口和各单元串口之间的连接，同时将内部板卡工作状态进行显示。
（3）天线暗盒
天线暗盒相当于一个小型的屏蔽暗室，与检测仪主机配合完成北斗用户机整机功能性能指标测试。
2.3 工作原理
北斗用户机检测仪主要有整机检测和部件检测两种工作模式。
1）整机检测
整机检测连接如下图所示。笔记本通过网线与检测仪主机相连，检测仪主机射频口、串口分别与天线暗盒射频口和被测北斗用户机串口相连，被测北斗用户机天线放置在天线暗盒内。整机检测完成A～E项功能性能指标测试。
图2 整机检测连接图
以A项北斗定位功能测试流程为例，首先①测试控制软件控制卫星导航信号模拟单元产生S出站信号，并通过天线暗盒的多频天线辐射到北斗用户机天线口面。②北斗用户机接收S出站信号，并在测试控制软件的控制下，发出L入站定位申请，经由多频天线接收后送至入站接收机进行处理，并自动将处理结果上报至测试控制软件，③测试控制软件判断申请内容为定位申请，则将定位结果填入S出站信号电文中，④北斗用户机接收S出站信号，获取定位结果，并通过串口送至测试控制软件进行比对。信息流程如下图所示。
图3 定位功能测试流程图
B项北斗通信功能测试流程与A项类似，不同的是发出L段通信申请，并从S出站信号中解出通信内容并将通信内容通过串口报给测试控制软件进行比对。
C项北斗授时功能测试，仅执行图4的第①、④步，北斗用户机接收S信号完成授时后，将授时信息上报给测试控制软件进行评估。
D项双向零值测试，仅执行图4的第①、②步，将入站接收机测量信息上报给测试控制软件进行评估。
E项GPS定位功能测试，仅执行图4的第①、④步。检测仪主机输出静态场景的GPS L1卫星导航模拟信号，北斗用户机将GPS模块定位结果通过串口上报给测试控制软件，测试控制软件给出精度评估结果。
2）部件检测
部件检测完成F～J项测试。笔记本通过网线同检测仪主机相连;手柄线缆检测、手柄检测、电池检测、电源适配器都连接到对应的检测接口上，用户机主机功能检测实际上北斗用户机的有线测试，北斗用户机主机射频口、串口分别与检测仪主机射频口、串口连接。
F项手柄线缆检测、H项电源适配器检测、I项电池检测通过检测仪主机的部件检测单元完成。测试控制软件启动部件检测单元的测量功能后，部件检测单元每秒上报一次测量数据，测试控制软件根据收集的测量数据来判断模块是否故障。
G项手柄通信状态检测，主要是由测试控制软件完成的，测试控制软件模拟北斗用户机主机与手柄进行通信，以检测其通信状态是否正常。
I项北斗用户机主机功能检测实际上对北斗用户机的有线情况下的功能测试，通过检测北斗用户机主机的北斗定位功能或者GPS定位功能是否正常来进行判断。其工作流程与整机测试中的A项和E项测试流程相同。
3.试验验证
试验验证之前，需要按照上文所述方法对系统进行标校，并将校准结果装订入测试控制软件。
选择分体车载、一体车载、手持型、指挥型、单向授时型等多台多型北斗用户机对北斗用户机检测仪进行试验验证。参与试验验证的北斗用户机均预先在“北斗一号”入网测试系统[1][6]中进行了整机指标测试，且北斗用户机双向零值、单向零值均已校准。
按测试流程对各北斗用户机进行功能性能指标测试以及部件检测，试验结果表明，北斗用户机检测仪的整机功能性能测试指标及部件检测指标均满足需求，其中双向零值测量值与真值偏差在20ns以内，GPS定位值与数仿真值偏差在10m以内。
4.结论
北斗用户机检测仪可以完成多型北斗用户机的整机功能性能指标测试及部件级检测，相关试验表明检测结果可信。
参考文献
[1] 张桂华，陈锡春，北斗用户设备测试系统的设计与实现，电子测量与仪器学报，2009，23（1），P16-21.
[2] 王向阳， 郑 星等，微波暗室有限测试距离对天线远场测量的影响，电讯技术，2010，50（5），P104-107.
[3] 周松林，天线测试距离对测量结果的影响，电视广播与传输，2000，215（5），P64-66.
[4] 董立桥，周雪娟，基于PXI架构的导航信号模拟器设计，无线电工程，2011，41（3），P34-37.
[5] 单庆晓，陈建云等，基于数据文件读取的GPS信号模拟技术，电子测量与仪器学报，2009，23（5），P79-84.
[6] 王向昆，北斗接收机零值测定技术研究，第三届中国卫星导航学术年会，S6分会，2012。endprint