GNSS授时精度测试系统及方法与流程

gnss授时精度测试系统及方法
技术领域
1.本发明涉及电子设备测试技术领域，特别涉及一种gnss授时精度测试系统及方法。


背景技术：

2.从电信网络到能源电网和金融服务，关键基础设施大部分需要依赖gps、glonass、galileo和北斗等全球导航卫星系统(global navigation satellite system，简称gnss)所广播的精确时间信号，即gnss授时。全球导航卫星系统泛指所有的卫星导航系统,包括全球的、区域的和增强的。据美国国土安全部称，这些行业的“资产、系统和网络至关重要，当它们失去能力或被干扰时会给国家带来重大损失。”这些行业在获取精确时间时所使用的接收机必须强健、且能够达到预期的性能。
3.随着5g的大面积铺设以及5g技术的低延时特性需求，高精度授时开始从电网等小众应用逐渐走向大众市场。但是对于不同gnss接收机的高精度授时性能的测试手段业内普遍缺乏，无法对gnss接收机的实际授时精度和授时性能进行系统化评估。而人工测试仅能测试数秒的数据且无法实现长期稳定性测试，同时浪费大量资源，并且人工测试有可能出现测量误差，测试数据准确性无法得到保证。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明实施方式的目的在于提供一种gnss授时精度测试系统及方法，以解决现有人工测试准确性差且无法对授时精度和授时性能进行长期自动化测试的问题。
5.为解决上述技术问题，第一方面，本发明的实施方式提供了一种gnss授时精度测试系统，gnss授时精度测试系统，所述系统包括：控制装置、钟差检测装置、gnss信号发生装置以及gnss信号接收装置；
6.所述控制装置与所述钟差检测装置和所述gnss信号发生装置通信连接，所述钟差检测装置与所述gnss信号发生装置以及gnss信号接收装置电连接，所述gnss信号发生装置和所述gnss信号接收装置连接；
7.所述gnss信号发生装置用于同步发射gnss仿真模拟信号至所述gnss信号接收装置以及发送gnss基准时间脉冲信号至所述钟差检测装置；
8.gnss信号接收装置用于接收所述gnss仿真模拟信号并解算得到所述gnss仿真模拟信号的时钟信息后进行授时，所述gnss信号接收装置还用于在授时后生成gnss测试时间脉冲信号，并发送至所述钟差检测装置；
9.所述钟差检测装置用于检测所述gnss基准时间脉冲信号和所述gnss测试时间脉冲信号之间的钟差信息，并将所述钟差信息发送至所述控制装置；
10.所述控制装置用于接收预设次数的所述钟差信息，并根据所述预设次数的钟差信息生成授时精度统计结果。
11.另外，所述钟差检测装置包括：信号检测单元、时刻记录单元以及比较单元；
12.所述信号检测单元用于在检测到所述gnss信号发生装置的信号接收端的电压信号大于阈值时确定检测到所述gnss基准时间脉冲信号；并用于在检测到所述gnss信号接收装置的信号接收端的电压信号大于所述阈值时确定检测到所述gnss测试时间脉冲信号；
13.所述时刻记录单元与所述信号检测单元相连，并用于记录所述gnss基准时间脉冲信号以及所述gnss测试时间脉冲信号的接收时刻；
14.所述比较单元与所述时刻记录单元相连，并用于计算所述gnss基准时间脉冲信号的接收时刻与所述gnss测试时间脉冲信号的接收时刻的钟差并生成所述钟差信息。
15.另外，所述钟差检测装置采用支持io通信的示波器；所述示波器包括所述信号检测单元、时刻记录单元以及比较单元。
16.另外，所述控制装置还用于对所述示波器进行测试配置。
17.另外，所述控制装置还用于对所述gnss信号发生装置的测试场景进行配置；所述测试场景包括所述gnss信号发生装置的信号源种类以及信号源数量。
18.另外，所述授时精度统计结果包括：授时精度百分比和/或授时精度散点图。
19.另外，所述gnss信号发生装置和所述gnss信号接收装置通过射频线缆连接。
20.另外，所述gnss基准时间脉冲信号以及所述gnss测试时间脉冲信号均为每秒一次的秒脉冲信号。
21.另外，所述gnss信号发生装置的输出信号的时间精度小于2纳秒。
22.第二方面，本发明实施例还提供了一种gnss授时精度测试方法，应用于如前所述的测试系统；所述系统包括：控制装置、钟差检测装置、gnss信号发生装置以及gnss信号接收装置；所述控制装置与所述钟差检测装置和所述gnss信号发生装置通信连接，所述钟差检测装置与所述gnss信号发生装置以及gnss信号接收装置电连接，所述gnss信号发生装置和所述gnss信号接收装置连接；所述方法包括：
23.所述gnss信号发生装置同步发射gnss仿真模拟信号至所述所述gnss信号接收装置以及发送gnss基准时间脉冲信号至所述钟差检测装置；
24.所述gnss信号接收装置接收所述gnss仿真模拟信号并解算得到gnss仿真模拟信号的时钟信息后进行授时，并在授时后生成gnss测试时间脉冲信号，发送至所述钟差检测装置；
25.所述钟差检测装置检测所述gnss基准时间脉冲信号和所述gnss测试时间脉冲信号之间的钟差信息，并将所述钟差信息发送至所述控制装置；
26.所述控制装置接收预设次数的所述钟差信息，并根据所述预设次数的钟差信息生成授时精度统计结果。
27.本发明实施例通过gnss信号发生装置同步发射gnss仿真模拟信号至gnss信号接收装置以及发送gnss基准时间脉冲信号至钟差检测装置，通过gnss信号接收装置接收gnss仿真模拟信号并解算得到gnss仿真模拟信号的时钟信息后进行授时，以及在授时后生成gnss测试时间脉冲信号，并发送至钟差检测装置，以及通过钟差检测装置检测gnss基准时间脉冲信号和gnss测试时间脉冲信号之间的钟差信息，并将钟差信息发送至控制装置，控制装置接收预设次数的钟差信息，并根据预设次数的钟差信息生成授时精度统计结果，从而实现对gnss接收机的授时精度和授时性能的长期稳定的自动化测试，相较于人工测试可提高测试准确性以及测试效率，且可节约测试资源。
附图说明
28.图1是本发明实施例一提供的gnss授时精度测试系统的结构示意图；
29.图2是本发明实施例一提供的gnss授时精度测试系统的钟差检测装置的结构示意图；
30.图3是本发明实施例二提供的gnss授时精度测试方法的流程示意图。
具体实施方式
31.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将参照本发明实施例中的附图，通过实施方式清楚、完整地描述本发明的技术方案，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
32.图1是本发明实施例一提供的一种gnss授时精度测试系统的结构示意图，用于对授时精度和授时性能进行自动化测试，尤其适用于压力测试。如图1所示，该测试系统包括：控制装置10、钟差检测装置20、gnss信号发生装置30以及gnss信号接收装置40。
33.控制装置10与钟差检测装置20和gnss信号发生装置30通信连接。钟差检测装置20与gnss信号发生装置30以及gnss信号接收装置40电连接。gnss信号发生装置和gnss信号接收装置连接。优选地，gnss信号发生装置和gnss信号接收装置之间可通过射频线缆连接，通过射频线缆使得信号传导精度高。可以理解的是，在保障空气传输环境可靠的情况下，gnss信号发生装置和gnss信号接收装置之间也可以采用无线连接方式，在此不做具体限制。
34.gnss信号发生装置30用于同步发射gnss仿真模拟信号至gnss信号接收装置以及发送gnss基准时间脉冲信号至钟差检测装置。即gnss信号发生装置30用于提供高精度的gnss仿真模拟信号供gnss信号接收装置进行授时，同时提供高精度的gnss基准时间脉冲信号供钟差检测装置20进行钟差检测。gnss信号发生装置30的开启和关闭可以由控制装置10控制。
35.gnss信号接收装置40用于接收gnss仿真模拟信号并解算得到gnss仿真模拟信号的时钟信息后进行授时，gnss信号接收装置40还用于在授时后生成gnss测试时间脉冲信号，并发送至钟差检测装置20。gnss信号接收装置40即为待测试授时精度和性能的待测设备。gnss信号接收装置40接收到gnss信号发生装置30发射的gnss仿真模拟信号后进行授时，即gnss信号接收装置40解算出和gnss信号发生装置30的钟差信息之后校正自己本地的时钟，将其和gnss信号发生装置30的高精度时钟同步到同一个时刻，同时生成gnss测试时间脉冲信号，并将gnss测试时间脉冲信号发送至钟差检测装置20。
36.钟差检测装置20用于检测gnss基准时间脉冲信号和gnss测试时间脉冲信号之间的钟差信息，并将钟差信息发送至控制装置10。钟差信息即钟差检测装置20检测到gnss基准时间脉冲信号gnss测试时间脉冲信号的时间差。钟差检测装置20的开启和关闭可以由控制装置10控制。
37.控制装置10用于接收预设次数的钟差信息，并根据预设次数的钟差信息生成授时精度统计结果。即控制装置10在一定测试时长内持续接收钟差检测装置20发送的钟差信息，钟差信息可以按照一定频率生成，控制装置10在接收钟差信息的次数达到预设次数时，根据所接收的预设次数的钟差信息生成授时精度统计结果。
38.因此，本示例性实施例公开的gnss授时精度测试系统能够自动化对待测设备的授时精度和授时性能进行长期测试。
39.本实施例中，示例性地，gnss基准时间脉冲信号以及gnss测试时间脉冲信号均为每秒一次的秒脉冲信号。即gnss信号发生装置30每秒钟产生一个gnss基准时间脉冲信号和一个gnss仿真模拟信号至，相应地，gnss信号接收装置40也是每秒钟产生一个gnss测试时间脉冲信号。示例性地，gnss信号发生装置30的输出信号的时间精度小于2纳秒，gnss信号发生装置30可以采用gss7000高性能信号发生器，在此不做具体限制。
40.请参阅图2，钟差检测装置20可以包括：信号检测单元201、时刻记录单元202、比较单元203以及io传输单元204。
41.信号检测单元201用于在检测到gnss信号发生装置的信号接收端的电压信号大于阈值时确定检测到gnss基准时间脉冲信号，并用于在检测到gnss信号接收装置的信号接收端的电压信号大于所述阈值时确定检测到gnss测试时间脉冲信号。信号检测单元201包括gnss基准时间脉冲信号的信号接收端以及gnss测试时间脉冲信号的信号接收端，当信号检测单元201检测到gnss基准时间脉冲信号的信号接收端存在电压大于阈值的脉冲信号时，阈值比如是1.0v或者1.2v，即可认为接收到gnss基准时间脉冲信号；当信号检测单元201检测到gnss测试时间脉冲信号的信号接收端存在电压大于阈值的脉冲信号时，阈值比如也是1.0v或者1.2v，即可认为接收到gnss测试时间脉冲信号。
42.时刻记录单元202与信号检测单元201相连，并用于记录gnss基准时间脉冲信号以及gnss测试时间脉冲信号的接收时刻。时刻记录单元202可以采用高精度时刻单位，分别记录接收到gnss基准时间脉冲信号以及gnss测试时间脉冲信号的精确时刻。
43.比较单元203与时刻记录单元202相连，并用于计算gnss基准时间脉冲信号的接收时刻与gnss测试时间脉冲信号的接收时刻的钟差并生成钟差信息。该钟差信息即gnss测试时间脉冲信号的接收时刻与gnss基准时间脉冲信号的接收时刻之差。
44.io传输单元204用于与控制装置10通信以将钟差信息传输至控制装置10，或者接收控制装置10发送的测试配置信息。
45.在一个例子中，钟差检测装置20可以采用支持io通信的示波器。示波器可以包括信号检测单元201、时刻记录单元202以及比较单元203等，其io口即为io传输单元，从而可以通过已有装置实现钟差检测，无需另行制作钟差检测装置。
46.控制装置10可以为pc、笔记本电脑以及手机等计算设备。控制装置10可以用于对系统内需要配置的装置进行测试环境以及测试信息等的配置。
47.具体地，控制装置10可以用于对示波器进行测试配置，以及用于对gnss信号发生装置30的测试场景进行配置。
48.测试场景的配置信息可以包括gnss信号发生装置30的信号源种类以及信号源数量。比如，gnss信号发生装置30的信号源可以为多星或者单系统。其中，信号源可以是gps(global positioning system,全球定位系统)、glonass(格洛纳斯)、galileo(即伽利略号)和北斗等的一种或者多种。glonass是俄语“全球卫星导航系统global navigation satellite system”的缩写。galileo号是独立于gps和glonass的全球卫星导航系统。信号源数量的可以为3或者4个，以使得能够稳定地定位gnss信号接收装置40的位置。控制装置10可以通过socket(一种网络接口)指令对gnss信号发生装置30进行配置。
49.控制装置10可以在一定测试时长内控制授时精度测试系统连续进行预测次数的授时测试。预设次数比如可以是每秒一次，测试时长为24小时的所有授时次数(即86400次)。可以理解的是，测试时长以及授时频率均可根据实际需要调整，在此不做具体限制。
50.控制装置10生成的授时精度统计结果可以包括：授时精度百分比，授时精度百分比是指测试时长(比如24小时)内授时精度在1～2ns内的总授时次数与24小时内的总授时次数的百分比。从而可以得出cep-50/cep68/cep95/cep100等授时精度参数。其中，cep50即表示授时精度在1～2ns内的授时次数的百分比为50％，类似地，cep100即表示授时精度在1～2ns内的授时次数的百分比为100％。通过授时精度百分比可以测试接收机整体的授时精度和授时性能。
51.进一步地，控制装置10生成的授时精度统计结果还可以包括：授时精度散点图。授时精度散点图是时间作为横坐标轴、授时精度作为纵坐标轴的授时精度展示图，从而便于观察授时精度随时间变化的特点。
52.本发明实施例通过gnss信号发生装置同步发射gnss仿真模拟信号至gnss信号接收装置以及发送gnss基准时间脉冲信号至钟差检测装置，通过gnss信号接收装置接收gnss仿真模拟信号并解算得到gnss仿真模拟信号的时钟信息后进行授时，以及在授时后生成gnss测试时间脉冲信号，并发送至钟差检测装置，以及通过钟差检测装置检测gnss基准时间脉冲信号和gnss测试时间脉冲信号之间的钟差信息，并将钟差信息发送至控制装置，控制装置接收预设次数的钟差信息，并根据预设次数的钟差信息生成授时精度统计结果，从而实现对gnss接收机的授时精度和授时性能的长期稳定的自动化测试，相较于人工测试可提高测试准确性以及测试效率，且可节约测试资源。
53.图3是本实施例二提供的一种gnss授时精度测试方法的流程示意图，可应用于实施例一所述的测试系统。请继续参阅图1、图2，该系统包括：控制装置10、钟差检测装置20、gnss信号发生装置30以及gnss信号接收装置40。控制装置10与钟差检测装置20和gnss信号发生装置30通信连接，钟差检测装置20与gnss信号发生装置30以及gnss信号接收装置40电连接，gnss信号发生装置30和gnss信号接收装置40连接。示例性地，gnss信号发生装置30和gnss信号接收装置40之间可通过射频线缆连接。如图3所示，本实施例的gnss授时精度测试方法包括步骤301至步骤304：
54.步骤301：gnss信号发生装置同步发射gnss仿真模拟信号至gnss信号接收装置以及发送gnss基准时间脉冲信号至钟差检测装置。
55.可选地，gnss信号发生装置的输出信号的时间精度小于2纳秒。
56.gnss信号发生装置的测试场景可以通过控制装置进行配置。测试场景可以包括gnss信号发生装置的信号源种类以及信号源数量。
57.步骤302：gnss信号接收装置接收gnss仿真模拟信号并解算得到gnss仿真模拟信号的时钟信息后进行授时，并在授时后生成gnss测试时间脉冲信号，发送至钟差检测装置。
58.可选地，gnss信号接收装置输出的时间信号精度可以小于或者等于2纳秒且大于或者等于1纳秒。
59.步骤303：钟差检测装置检测gnss基准时间脉冲信号和gnss测试时间脉冲信号之间的钟差信息，并将钟差信息发送至控制装置。
60.可选地，钟差检测装置能够在检测到gnss信号发生装置的信号接收端的电压信号
大于阈值时确定检测到gnss基准时间脉冲信号，并能够于在检测到gnss信号接收装置的信号接收端的电压信号大于阈值时确定检测到gnss测试时间脉冲信号。钟差检测装置还能够记录gnss基准时间脉冲信号以及gnss测试时间脉冲信号的接收时刻以及计算gnss基准时间脉冲信号的接收时刻与gnss测试时间脉冲信号的接收时刻的钟差并生成钟差信息。
61.可选地，钟差检测装置可采用支持io通信的示波器。
62.控制装置可对示波器进行测试配置，比如配置测试次数以及电压信号的阈值大小等。
63.需要说明的是，控制装置可以在开启gnss信号发生装置以及gnss信号接收装置，并等待gnss信号接收装置在gnss信号发生装置下稳定地定位之后，开启钟差检测装置。
64.步骤304：控制装置接收预设次数的钟差信息，并根据预设次数的钟差信息生成授时精度统计结果。
65.可选地，授时精度统计结果可以包括：授时精度百分比。授时精度百分比是指测试时长(比如24小时)内授时精度在1～2ns内的总授时次数与24小时内的总授时次数的百分比。
66.进一步地，授时精度统计结果还可以包括：授时精度散点图。授时精度散点图是时间作为横坐标轴、授时精度作为纵坐标轴的授时精度展示图，从而便于观察授时精度随时间变化的特点。
67.本发明实施例的方法通过gnss信号发生装置同步发射gnss仿真模拟信号至gnss信号接收装置以及发送gnss基准时间脉冲信号至钟差检测装置，通过gnss信号接收装置接收gnss仿真模拟信号并解算得到gnss仿真模拟信号的时钟信息后进行授时，以及在授时后生成gnss测试时间脉冲信号，并发送至钟差检测装置，以及通过钟差检测装置检测gnss基准时间脉冲信号和gnss测试时间脉冲信号之间的钟差信息，并将钟差信息发送至控制装置，控制装置接收预设次数的钟差信息，并根据预设次数的钟差信息生成授时精度统计结果，从而实现对gnss接收机的授时精度和授时性能的长期稳定的自动化测试，相较于人工测试可提高测试准确性以及测试效率，且可节约测试资源。
68.即，本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个设备(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
69.本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。