GNSS信号模拟器通道群时延标定方法

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1、2015年12月第4l卷第12期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUnivcrsityofAeronauticsandAstronauticsDecember2015Vol。4lNo．12http：∥bhxb．buaa．edu．anjbuaa@buaa．edu．VIIDOI：10．13700／j．bh．1001—5965．2015．0007GNSS信号模拟器通道群时延标定方法李世光1，寇艳红“，杨军1，王伟1(1．中国航天科工集团第二研究院计量与校准技术国防科技重点实验室，北京100039；2．北京航空航天大学电子信息工程学院，北京100

2、191)摘要：传统的全球导航卫星系统(GNSS)信号模拟器通道群时延标定方法有相位翻转点法和相关峰法两种，两者均在零伪距或固定伪距的特殊仿真场景下进行测量，且在通道传输特性非理想的情况下测得的群时延均存在偏差．提出了基于闭环伪距测量的模拟器通道群时延标定方法，并设计实现了GNSS信号模拟器通道群时延标定系统．首先，采用高速直接射频采样存储系统对模拟器正常星座动态仿真场景下输出的导航信号和秒脉冲(1PPS)信号同时进行记录．其次，使用软件接收机对信号进行捕获跟踪，利用三次样条插值判定1PPS上升沿位置作为伪距观测历元时刻，对软件接收机的伪距观测量和模拟器仿真

3、的伪距记录值做数据比对，得到模拟器的群时延标定值．最后，分别利用上述方法对两种商用模拟器的群时延进行了标定，实验结果表明，闭环伪距测量法有效可行，测量不确定度优于0．7ns．关键词：全球导航卫星系统(GNSS)信号模拟器；群时延；直接射频采样；软件接收机；三次样条插值中图分类号：V448．25+3文献标识码：A文章编号：1001．5965(2015)12—2328-07全球导航卫星系统(GlobalNavigationSatel．1iteSystem，GNSS)信号模拟器(简称模拟器)是一种高精度的标准信号源，可以逼真地模拟生成实际环境中导航卫星发射并经空

4、间传播到达接收机的信号，是导航接收机研发生产中的关键测试设备．作为测试接收机的标准信号源，模拟器自身各项技术指标的校准十分重要．理想情况下，在任一仿真接收历元时刻模拟器射频端口输出导航信号的码相位所对应伪距值应与模拟器所提供的该历元时刻的伪距记录值保持严格一致，两者之间的差值即为模拟器通道群时延．模拟器通道群时延是模拟器最重要的指标之一，目前关于模拟器通道群时延的标定方法尚未形成统一标准，甚至还存在较大争议．文献[1．2]给出了一种利用高速示波器观测导航信号时域相位翻转点的方法，将翻转点与模拟器输出秒脉冲(OnePulsePerSecond，lPPS)信号

5、上升沿间的时延作为模拟器通道群时延标定值．为了消除人眼判断相位翻转点的主观误差，文献[3]利用示波器的波形分析函数对导航信号进行平方运算和低通滤波得到翻转点附近的包络，取包络幅值的最小值为相位翻转点．文献[4]对翻转点附近波形进行采样并取平方后，用40阶多项式拟合出翻转点附近的包络，取包络最小值得到相位翻转点．文献[5—7]利用导航信号的相关域特性，将采集到的信号与本地伪码信号进行相关处理，找到相关峰相对于1PPS上升沿的时延，进而计算出模拟器的通道群时延．以下将文献[1-4]的方法称为翻收稿日期：2015-01-04；录用日期：2015-01-23；网络

6、出版时间：2015加4_ol16：47网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．2625．V．20150401．1647．007．html基金项目：国家自然科学基金(61271197)作者简介：李世光(1988一)，男，河南南阳人，博士研究生，lsgruc@163．camt通讯作者：寇艳红(1969一)，女，河南禹州人，副教授，buaakyh@126．com，主要研究方向为卫星导航、无线通信和数字信号处理技术．；f用格式：李世光，寇艳盘，杨军，等．GNSS信号模拟器通道群时延标定方法fJJ．北京航空航天大学学报，2015，4J(

7、12)：2328．2334．LiSG。KouYH。YangJ．eta1．GroupdelaycalibrationmethodforGNSSsignalsimulatorchannel￡j】．JournalofBeOingUniversityofAeronauticsandAstronautics，2015，41(12)：2328．2334(inChinese)．第12期李世光，等：GNSS信号模拟器通道群时延标定方法2329转点法，将文献[5．7]的方法称为相关峰法．文献[8]指出，翻转点法受导航信号体制的限制，且相位翻转点只是信号中的某个局部特征点，对

8、于宽带导航信号，在通道传输特性非理想的情况下，它相对参考基准点的时