一种卫星接收机抗干扰能力测试及评估方法与流程

1.本发明涉及gnss测量和导航技术领域，具体为一种卫星接收机抗干扰能力测试及评估方法。


背景技术：

2.随着电子系统对复杂电磁干扰环境应用需求的升级，导航控制系统对卫星接收机抗干扰能力的要求越来越高。相应地，需要一种准确全面而实用经济的卫星接收机抗干扰能力测试及评估方法。
3.对于卫星接收机抗干扰能力测试，比较接近实际应用的测试方式为外场测试。以往的测试一般将抗干扰卫星接收机置于转台，周围均匀静置多个干扰天线，定位成功后施以各种不同类型及强度的干扰信号，从而得出定位成功率和干扰信号比。这类方法一般不能模拟实际应用中的多角度分布、多干扰模式的复杂工况，且评价指标较为单一。


技术实现要素：

4.为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种卫星接收机抗干扰能力测试及评估方法，本发明采用更全面的干扰模式完成卫星接收机的抗干扰测试，并采用全新的统计学方法进行抗干扰性能评估，提高了测试覆盖性，为导航控制系统的高准确度、高覆盖性的抗干扰能力测试需求及科学评估方法提供解决方案。
5.本发明是通过下述技术方案来实现的。
6.一种卫星接收机抗干扰能力测试及评估方法，包括：
7.构建测试系统，包括对待测卫星接收机布置抗干扰天线和干扰天线，将干扰天线连接干扰信号源，干扰信号源连接测试计算机，测试计算机连接待测卫星接收机；
8.对每一个干扰天线到接收机天线的信号强度和干扰信号源的干扰信号强度进行标定；
9.测试未施加干扰信号时的待测卫星接收机的定位数据；
10.测试施加特定干扰模式后的待测卫星接收机的接收定位数据；
11.从定位数据得到未施加干扰信号和施加干扰模式时的待测卫星接收机定位精度，比较两者的定位精度，计算待测卫星接收机精度抗干扰度和抗干扰稳定度。
12.作为优选，对待测卫星接收机布置抗干扰天线，将待测卫星接收机置于转台中部，将抗干扰天线水平固定于待测卫星接收机转台顶部；将抗干扰天线与待测卫星接收机射频端口连接。
13.作为优选，对每一个干扰天线到待测卫星接收机天线的信号强度进行标定和干扰信号源的干扰信号强度进行标定，默认卫星信号到待测卫星接收机的抗干扰天线信号强度ps≈-130dbm，在北斗工作频点f0的干扰信号强度为pj，则干扰信号源发出干扰信号时的初始干扰信号比为r
js0
＝pj/ps。
14.作为优选，测试未施加干扰信号时的待测卫星接收机的定位数据，包括：
15.开启测试计算机并运行待测卫星接收机测试软件；
16.待测卫星接收机初始加电，时刻为t0；
17.开启转台，顺时针逆时针轮流转动；
18.待测卫星接收机定位时刻为t
pc
，测得待测卫星接收机的冷启时间tc＝t
pc-t0；
19.待测卫星接收机在t0～t0 2h内加电，加电或装订星历完成后，开启时刻为ts，定位时刻为t
ph
，测得待测卫星接收机的热启动时间th＝t
ph
–
ts；
20.待测卫星接收机在t
l
时刻失锁，在tr捕获到信号，测得失锁重捕获时间ta＝t
r-t
l
；
21.在待测卫星接收机稳定定位时连续采集定位数据，即为未施加干扰信号时的待测卫星接收机的定位数据。
22.作为优选，待测卫星接收机测试软件运行前设置串口号p、波特率b、起始位s、数据位d、停止位e和校验位q。
23.作为优选，测试施加特定干扰模式后的待测卫星接收机的接收定位数据，包括：
24.通过干扰信号源上位机软件设置若干路干扰信号类型、码元速率和功率，进行排列组合，对待测卫星接收机进行特定模式信号干扰；
25.待测卫星接收机初始加电，时刻为t
10
；
26.开启转台，顺时针逆时针轮流转动；
27.将若干个干扰天线支架改变位置，干扰天线相对待测卫星接收机天线俯仰角范围为φ＝-15
°
～80
°
，高度为h0 rtanφ；
28.定位时刻为t
pc1
，测得接收机的冷启时间t
c1
＝t
pc1-t
10
；
29.接收机在t
10
～t
10
2h内加电，加电或装订星历完成开启时刻为t
s1
，定位时刻为t
ph1
，测得热启动时间t
h1
＝t
ph1
–
t
s1
；
30.待测卫星接收机在t
l1
时刻失锁，在t
r1
捕获到信号，测得失锁重捕获时间t
a1
＝t
r1-t
l1
；
31.在待测卫星接收机稳定定位时，连续采集定位数据，即为施加干扰信号时的待测卫星接收机的定位数据。
32.作为优选，干扰信号类型包括选择类型为噪声连续波、单频连续波、步进连续波、调频连续波、调幅连续波以及数字调制波；码元速率对应带宽。
33.作为优选，从定位数据得到未施加干扰信号和施加特定干扰模式时的待测卫星接收机定位精度和抗干扰度，包括水平位置误差精度、空间位置误差精度、东向位置精度、北向位置精度和高程位置精度和位置精度抗干扰度。作为优选，测试系统将待测卫星接收机上报的测速结果与已知速度值进行比较，计算测量误差：包括水平速度精度、空间速度精度、东向速度精度、北向速度精度和高程速度精度和速度精度抗干扰度。
34.与现有方法相比，本发明至少具有以下有益效果：
35.1.本发明提出干扰施加于卫星接收机加电前，从而可以测试干扰环境下接收机从启动时间到定位精度等各项基本指标。
36.2.改变干扰天线支架位置，使得6个干扰天线位置可变，可以尽可能地覆盖接收机周围的各种距离、方位角和俯仰角。
37.3.对典型干扰信号进行排列组合，并设置不同带宽和功率，以模拟实际应用时的复杂干扰环境。
38.4.运用统计学方法，对未施加干扰和施加干扰时的定位精度及测速精度进行计算，得出特定干扰信号比对应的定位精度及测速精度，从而得出接收机的抗干扰度。然后未施加干扰和施加特定干扰定位精度之间的相对差异，作为接收机的抗干扰稳定度。
39.本发明能够采用低成本、简易化的测试系统对抗干扰场景进行更全面的模拟，提出了定量描述接收机抗干扰性能的抗干扰度和抗干扰稳定度，评估方法更为科学准确，为导航控制系统的低成本、高准确度、高覆盖性的测试和科学的性能评估提供了解决方案。
附图说明
40.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：
41.图1为本发明测试系统框图。
42.图2为本发明测试流程图。
具体实施方式
43.下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
44.请参阅图1，提供了一种本发明卫星接收机抗干扰能力测试系统，先完成测试系统的现场部署，然后设置好相应的仪器参数；然后不施加干扰测试接收机的定位性能，再对比施加特定模式干扰后开启待测接收机的定位性能；最终完成抗干扰能力测试及性能评估。一方面可以更为全面地模拟多种抗干扰模式，另一方面采用统计学方法可以更为科学地评价接收机的抗干扰性能。参阅图2所示，具体部署步骤如下：
45.s1、测试系统现场部署，构建测试系统，包括对待测卫星接收机布置抗干扰天线和干扰天线，将干扰天线连接干扰信号源，干扰信号源连接测试计算机，测试计算机连接待测卫星接收机。
46.具体步骤如下：
47.s101、将待测卫星接收机固定于电动转台上；
48.s102、布置干扰天线初始位置；
49.s103、连接测试系统的电缆并设置好仪器的初始参数。
50.其中，步骤s101的步骤具体如下：
51.s1011、将转台置于坐标已知的测绘点，转台包络半径默认为rr＝0.3m；
52.s1012、将待测卫星接收机本体置于转台中部空间，抗干扰天线水平固定于转台顶部，天线接收面离地高度为h0；
53.s1013、用配套射频电缆将待测卫星接收机与抗干扰天线射频端口对应连接。
54.其中，步骤s102中步骤具体如下：
55.s1021、默认为6个干扰天线，北向为0
°
，固定于支架上(如图1所示)；
56.s1022、干扰天线用定位夹连接至支架；
57.s1023、初始状态6个干扰天线的相邻间隔为ρ0＝60
°
，干扰天线发射口面中心点相对待测卫星接收机天线接收口面中心点水平面俯仰角均为φ0＝10
°
；
58.s103、连接测试系统的电缆并设置好仪器的初始参数。对每一个干扰天线到待测
卫星接收机天线的干扰信号强度进行标定。
59.s1031、用专用测试电缆连接待测卫星接收机对外电缆，将电源线连接至直流电源，并设置好输出电压电流和限值，将信号线通过专用测试电缆连接至测试计算机；
60.s1032、用专用测试射频电缆将干扰天线与干扰源射频端口对应连接，用专用通信电缆连接干扰信号源与测试计算机，并为测试计算机和干扰源加电；
61.s1033、默认卫星信号到接收机天线信号强度ps≈-130dbm，开启待标定干扰信号，用频谱仪测得其在北斗工作频点f0的信号强度为pj＝50dbm。则该干扰施加时的初始干扰信号比为r
js0
＝pj/ps＝80db。
62.s2、测试未施加干扰信号时的待测卫星接收机的定位数据。
63.具体步骤如下：
64.s201、开启测试计算机并运行待测卫星接收机测试软件：
65.待测卫星接收机测试软件运行前应设置好串口号p，波特率b、起始位s、数据位d、停止位e以及校验位q；
66.s202、待测卫星接收机初始加电，时刻为t0；
67.待测卫星接收机加电前应检查直流电源输出设置及限值；
68.s203、开启转台，顺时针逆时针轮流转，一周3min；
69.s204、定位时刻为t
pc
，测得待测卫星接收机的冷启时间tc＝t
pc-t0；
70.s205、待测卫星接收机在t0～t0 2h内加电，根据实际使用工况(加电或装订星历完成)开启时刻为ts，定位时刻为t
ph
，测得热启动时间th＝t
ph
–
ts；
71.s206、待测卫星接收机在t
l
时刻失锁，在tr捕获到信号，测得失锁重捕获时间ta＝t
r-t
l
；
72.s207、在待测卫星接收机稳定定位时连续采集定位数据5min～10min。
73.s3、测试施加特定干扰模式后的待测卫星接收机的接收定位数据。
74.施加一定模式干扰后开启待测卫星接收机的接收性能，具体步骤如下：
75.s301、干扰源加电，开启测试计算机并运行待测卫星接收机测试软件；
76.s302、通过干扰源上位机软件设置6路干扰信号的类型(选择类型为噪声连续波、单频连续波、步进连续波、调频连续波、调幅连续波以及数字调制波)、码元速率(对应带宽)和功率(pj范围:-70dbm～-20dbm)，并根据实际情况进行排列组合，然后开启干扰；
77.s303、待测卫星接收机初始加电，时刻为t
10
；
78.s304、开启转台，顺时针逆时针轮流转动，一周t
11
＝3min；
79.s305、将6个干扰天线支架改变位置，范围为r＝5m，ρ＝0
°
～360
°
，干扰天线相对待测卫星接收机天线俯仰角范围为φ＝-15
°
～80
°
，即高度为h0 rtanφ；
80.s306、定位时刻为t
pc1
，测得待测卫星接收机的冷启时间t
c1
＝t
pc1-t
10
；
81.s307、待测卫星接收机在t
10
～t
10
2h内加电，根据实际使用工况(加电或装订星历完成)开启时刻为t
s1
，定位时刻为t
ph1
，测得热启动时间t
h1
＝t
ph1
–
t
s1
；
82.s308、待测卫星接收机在t
l1
时刻失锁，在t
r1
捕获到信号，测得失锁重捕获时间t
a1
＝t
r1-t
l1
；
83.s309、在待测卫星接收机稳定定位时连续采集定位数据5min～10min；
84.s4、从定位数据得到未施加干扰信号和施加特定干扰模式时的待测卫星接收机定
位精度及测速精度，比较两者的定位精度及测速精度，计算待测卫星接收机精度抗干扰稳定度。
85.具体步骤如下：
86.s401、由采集到的定位数据得出未施加干扰和施加干扰时的定位精度，两者计算方法如下：
87.水平位置精度
[0088][0089]
其中，δe为东向位置精度，δn为北向位置精度。
[0090]
空间位置精度
[0091][0092]
其中，δv为高程位置精度。东向位置精度、北向位置精度和高程位置精度
[0093][0094]
其中，j为参与统计的定位信息样本序号，n为样本总数，xi'
,j
为接收机解算出的位置分量值，x
i,j
为测绘点已知位置分量值，i取值e(东向)、n(北向)或v(高程)。
[0095]
位置精度抗干扰度
[0096][0097]
其中，r
js
为干信比。d
p
值越大抗干扰度越优。
[0098]
测试系统将待测卫星接收机上报的测速结果与已知速度值进行比较，计算测量误差。
[0099]
水平速度精度
[0100][0101]
其中，δ
ve
为东向位置精度，δ
vn
为北向位置精度。
[0102]
空间速度精度
[0103][0104]
其中，δ
vv
为高程速度精度。东向速度精度、北向速度精度和高程速度精度
[0105][0106]
其中，j为参与统计的定位信息样本序号，n为样本总数，x
′
v,i,j
为接收机解算出的位置分量值，x
v,i,j
为测绘点已知位置分量值，i取值e(东向)、n(北向)或v(高程)。
[0107]
速度精度抗干扰度
[0108][0109]
其中，r
js
为干信比。d
vp
值越大抗干扰度越优。
[0110]
s402、测试系统对n组测试结果按从小到大升序排列，选各组第n
·
c(c为置信度，取值范围为)结果为本次测定的定位精度。若该组某一值小于指标要求，则判定定位精度满足要求，否则，判为不合格。
[0111]
s403、将未施加干扰与施加干扰所得定位精度进行对比，计算得精度抗干扰稳定度
[0112][0113]
其中，k∈{位置，速度}，i∈{e,n,v}，为施加干扰时的精度，δ
k,i
为未施加干扰时的精度。δ
k,i
值越大抗干扰稳定度越高。
[0114]
以某次卫星接收机抗干扰能力测试和评估为例，分析如下：
[0115]
表1为某次卫星接收机抗干扰能力测试和评估的指标对比：
[0116]
[0117][0118]
从以上数据可看出，本发明方法可更全面地评估卫星接收机的抗干扰性能，可满足大部分抗干扰卫星接收机的测试与性能评估需求。
[0119]
本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。