RNSS射频基带一体化芯片测试方法研究

夏天，刘英乾，杨文彬，王田

(北京东方计量测试研究所，北京 100086)



RNSS射频基带一体化芯片测试方法研究

夏天，刘英乾，杨文彬，王田

(北京东方计量测试研究所，北京 100086)

摘要：随着卫星导航产业的快速发展，导航芯片成为民用卫星导航应用的核心竞争力。拥有诸多优势的射频基带一体化芯片是导航芯片发展的主流方向之一，本文依托某应用推广项目，对国产的该类芯片进行测试验证，通过不同模态下对其定位精度和跟踪灵敏度的考核，验证了芯片的基本功能，对该类芯片的测试方法进行了初步研究。

关键词：民用导航；一体化芯片；测试方法

0引言

随着移动通信和卫星导航融合趋势的不断加深，卫星导航芯片的形态也在不断地演进变化。从独立的导航射频芯片和基带芯片到射频基带一体化芯片，集成度越来越高，功能越来越完善，市场推进也越来越深入[1]。目前，同国外相比，国内卫星导航芯片的主要形态是独立的导航射频芯片和基带芯片，性能方面存在较大差距，因此一体化芯片的比测工作显得十分重要。本文主要内容是一体化芯片测试方法研究，以此验证该类国产芯片的功能。

1测试方法

针对一体化芯片测试项目较多、应用场景丰富的特点，采用实际信号和室内仿真信号相结合、动态测试和静态测试相结合的测试方式。利用精密参考点和跑车试验系统构建实际信号下的静态和动态测试环境，利用卫星导航信号模拟器搭建室内仿真测试环境。本文选取静态定位精度和跟踪灵敏度两项典型指标进行分析。

1.1　静态定位精度测试

该项目考核被测芯片接受卫星实际信号时静态定位性能，利用已经标定的精确坐标点开展测试，其系统连接如图1所示。实际测试中，固定在精确已知点的导航型天线将卫星实际信号输入测试系统，并通过功分器为多路并行测试创造条件；通过测控计算机、串口服务器、程控电源实现被测芯片的自动加断电以及播发控制指令，使芯片在BDS模式和BDS+GPS联合模式下分别定位上报结果，再由专用软件对被测芯片该项性能进行评估。

1.2　跟踪灵敏度测试

跟踪灵敏度是指被测芯片在捕获信号后，能够保持稳定输出并符合定位精度要求的最小信号电平。实际测试中，根据要求设计特定的场景导入卫星导航信号模拟器产生卫星导航射频信号，芯片接收该信号进行定位解算并上报定位结果信息。通过设置测试系统输出信号功率以1 dB步进递减直至无法定位，得到芯片跟踪灵敏度性能。测试现场照片如图2所示。

图1　静态定位精度测试系统连接图

(a) 测试评估系统　　　　(b) 被测芯片

2评估方法

2.1　静态定位精度评估方法

采集的各时刻定位数据，剔除定位语句中有效标示符为“无效”的数据；在得到的剩余实时定位数据中剔除平面精度因子HDOP>4或位置精度因子PDOP>6的测量数据，剔除后的定位数据参与定位准确度的解算，参与解算的定位数据与标定的已知位置值相比，计算定位准确度。计算方法如下：

将被测模块输出的大地坐标系定位数据转换为站心坐标系定位数据，计算各历元输出的定位数据在站心坐标系下各方向(NEU方向，即北东天方向)的定位误差，有

ΔNi=Ni-N0i

ΔEi=Ei-E0i

ΔUi=Ui-U0i

式中：ΔNi，ΔEi，ΔUi为第i次实时定位数据沿N，E，U方向的定位误差(i] 1，2，…，n)，m；Ni，Ei，Ui为第i次实时定位数据沿N，E，U方向的分量，m；N0i，E0i，U0i为第i次实时定位的标准点坐标沿N，E，U方向的分量，m。

计算站心坐标系下各方向的定位偏移：

计算定位误差的标准差：

式中：σN，σE，σU为定位误差的标准差在N，E，U方向的分量，m。

则，水平定位精度uH为

垂直定位精度uU为

uU=σU

2.2　跟踪灵敏度评估方法

被测设备定位结果(三维)连续十次小于60 m的条件下，被测芯片RF输入接口电平即为跟踪灵敏度[2]。

3结果分析

一体化芯片的比测集中了多家国内领先的芯片厂商，本文选取其中表现优异的某型号SOC芯片的测试数据进行分析。该芯片的静态定位精度和跟踪灵敏度在BDS模式和BDS+GPS联合模式下分别进行了测试[3]，结果如表1所示。

表1　测试结果

从表1给出的测试结果来看，在北斗+GPS联合定位模式下，结果均好于单北斗模式，从侧面反映出双模对定位性能提高的优势[4]。该结果满足了指标规定要求，反映出国内厂家在软件算法和硬件设计上取得了长足进步，其芯片已接近国际先进水平。

4总结

随着民用导航的快速发展，消费类市场对于卫星导航芯片发展的基本要求就是在不断提升性能指标的同时追求芯片产品的低功耗、低成本、小尺寸和易集成。将导航射频和基带功能集成(包括低噪放、滤波器和抗干扰在内的元器件和功能)，形成一体化导航芯片，在降低外围物料面积和成本的同时也降低用户应用时的设计难度，是芯片发展的方向之一[5]。

本文依托某应用推广项目，对国产射频基带一体化芯片进行了比测，通过对不同模式下定位精度、跟踪灵敏度的测试分析，形成了一体化芯片的初步测试方法，有助于后续此类测试工作的开展。

参考文献

[1] Bracy B L，Mims W，Elrod B.Inverted GPS Range for Modernized GPS Field Testing[C] //ION 58th Annual Meeting.Albuquerque，New Mexico：ION，2002.

[2] 何晓峰.北斗导航接收终端检测规程[S] .长沙：国防科技大学电子科学与工程学院卫星导航研发中心，2013.

[3] 张钦娟.北斗二号民用设备测试方法研究[J] .现代电信科技，2012，15(3)：78-80.

[4] Timothy M B，Jason W，Michael J C.A High G MEMS-Based Deeply Integrated INS/GPS Guidance Navigation and Contral Flight Management Unit[C] // IEEE/ION PLANS 2006.[s.l.] ：IEEE/ION，2000：772-794.

[5] Brian Weinstein，Dennis Akos，Eric Vinande.Tianxing Chu：GNSS Receiver Evaluation Record and Playback Test Methods[J] .GPS World，2009，17：23-26.

Study on Test Method of System on Chip for RNSS

XIA Tian，LIU Yingqian，YANG Wenbin，WANG Tian

(Beijing Orient Institute for Measurement & Test，Beijing 100086，China)

Abstract：Navigation chip has become the core competitiveness of civil satellite application with the rapid development of satellite navigation industry.System on Chip(SOC)with many advantages is one of the mainstreams of navigation chip development.We conducted test and certification to this homemade chips based on an application promotion project.This paper presents a study on test method and verifies the basic functions of the chip through assessing positioning accuracy and tracking sensitivity under different modalities.

Key words：civil navigation；system on chip；test method

作者简介：夏天(1985-)，男，湖南安化人，工程师，现从事导航测试研究工作。

基金项目：中国第二代卫星导航系统专项产业化民用基础类项目(0303010206)

收稿日期：2015-06-16；修回日期：2015-08-21

中图分类号：TB9；TN407

文献标识码：A

文章编号：1674-5795(2015)05-0049-03

doi：10.11823/j.issn.1674-5795.2015.05.11