GNSS接收机性能测试方法研究

2021-12-25张秀民曲祖建

科学与信息化 2021年3期

张秀民曲祖建

山东省国土测绘院山东济南 250013

在导航卫星发射前，包括在轨运行期间，都要测试卫星导航系统的性能。全球卫星导航系统的性能测试随着系统的全功能运行、初期设计还有现代化升级等时期，通过对卫星导航系统的性能测试，可以减少卫星导航系统的建设风险，让GNSS接收机设计者的研发进程所有提升，对目前卫星导航系统的定位服务的连续性、完好性、可用性和精度等关键性能指标有更加深刻的理解；与此同时，卫星导航系统的性能测试，也是对卫星导航系统可靠且连续运行的关键测试验证，在卫星导航系统的建设过程中连续发挥出保障作用。在卫星导航系统建设的每一个阶段都要进行不一样的系统性能测试项目，增强系统和基本系统的测试项目也有所区别。全球定位系统从开始建设到全面建设完成，再到全功能运行、现代化建设播发新的信号体制、再到系统增强都相应的进行了性能测试。

1 GNSS接收机性能测试方法

1.1 首次定位时间(TFF)测试

先是依据测试需求对GNSS 接收机和信号模拟器进行初步设定，对于热启动和冷启动两组不同方式实施不一样的设置：热启动需要提前把星历数据输入进接收机。冷启动则需要把接收机里的星历数据清空。把信号模拟为启动然后让GNSS导航信号发出。把接收机启动并且对信号进行捉捕，对于接收机从启动到输出导航定位结果所用的时间进行记录，所记录的数据就是此次测量得出的首次定位时间。对这个过程反复操作，把获得的多组数据送到数据处理部分，进行统一处理[1]。

1.2 接收机灵敏度测试

先是依据测试的需要初步设定GNSS接收机和信号模拟器，对于跟踪灵敏度测试和捉捕灵敏度测试的不同需求对信号模拟器的输出功率进行调控让其分别于接收机的跟踪灵敏度和捉捕灵敏度接近。在对捉捕灵敏度进行测试的时候把信号模拟器启动，让GNSS导航信号顺利发出。把接收机启动并且捉捕信号，如果捉捕成功了就把接收机关掉，让模拟器输出的信号功率减少，让后重启接收机再对信号进行捉捕。对这个步骤反复操作，一直到接收机没办法再捉捕信号，把这个时候的模拟器输出信号功率记录下来就是此次测量获得的捉捕灵敏度值。在对跟踪灵敏度进行测试的时候，把信号模拟器启动并且发出GNSS导航信号。如果启动接收机后成功进入到追踪状态，就把模拟器输出信号功率慢慢减少，一直到接收机失锁然后把这个时候的模拟器输出信号功率记录下来，就得到了此次测试取得的跟踪灵敏度值。反复操作这个过程，把获得的多组数据送到数据处理部分，进行统一处理[2]。

1.3 接收机定位精度测试

先是根据测试的需要初步设定信号模拟器和GNSS接收机，针对接收机不同的运动状态对其定位精度进行测试。在启动信号模拟器的时候，让GLASS导航信号顺利发出。在接收机启动以后等待接收机把导航定位结果输出的时候，从接收机提取当前伪距观测值。让接收机维持跟踪的状态，进而得到多组伪距观测量，然后把数据送到数据处理部分，进行统一处理。

2 GNSS接收机性能测试结果分析

2.1 首次定位时间(TTFF)测试结果分析

鉴于GNSS接收机性能测试仿真平台，对被测接收机的首次定位时间(TTFF)进行了测试，对分别在冷启动和热启动两种启动方式下进行展开了测试，测量了两种启动方式下对不同载噪比下的TTFF值。一共在测试过程中设定了五个载噪比数值，分别是:40 dB-Hz、46 dB-Hz、42 dB-Hz、38dB-Hz、44 dB-Hz。在冷启动模式中对每个载噪比数值都进行了10次TTFF测试；在热启动模式中对每个载噪比数值都进行了20次TTFF测试。通过对比冷启动模式和热启动模式下不同载噪比的TTFF实测值，结果得出在控制接收机启动方式不变的情况下，接收机首次定位时间随着信号载噪比的增加而减小；在接收机启动方式不同，而信号载噪比相同的情况下，热启动首次定位时间相比冷启动首次定位时间要小很多[3]。

2.2 灵敏度测试结果分析

鉴于GNSS接收机性能测试仿真平台，对被测接收机进行了灵敏度测试，测试分为跟踪灵敏度测试和捉捕灵敏度测试两个部分，对每个部分分别展开了10次灵敏度测试。

通过调查得出，跟踪灵敏度和被测GNSS接收机的捕获灵敏度数值都比现在业界主流产品的标称灵敏度要高。这是因为厂家在标示接收机灵敏度时只是对基带信号算法性能对接收机灵敏度的影响进行考量，并没有对射频前端硬件性能对灵敏度造成的影响进行考量，所以商用接收机的现实灵敏度通常不如比标称灵敏度。需要通过现实测试来对被测接收机的灵敏度性能指标进行确定[4]。