卫星导航用户设备测试方法与场景设计研究

论文摘要

随着卫星导航技术应用深度和广度的不断发展,尤其是伴随着我国导航系统的迅猛发展,用户对卫星导航用户设备的软硬件需求在日益提高,建立一套严格的测试规范来科学准确的评价接收机的工作性能具有重要意义。本文主要完成了对卫星导航基本型接收机各项性能的测试方法研究,并在此基础上,开发了一个测试场景设计软件平台,模拟产生了一系列可供卫星导航用户设备测试使用的场景模版,为进一步实现接收机的物理测试提供了较好的理论依据和数据基础。本文首先介绍了用户机测试系统的组成及工作原理,同时以基本型用户机为例,认真分析了接收机的工作原理,进而针对接收机的误码率、伪距测量精度、多通道时延一致性、首捕与重捕时间、首次定位时间、定位/测速精度、动态性能、抗干扰性等多项性能指标,研究并提出了相应的测试方法,经实际测试验证,方法具有较好的实用性和可行性。其次,基于测试系统模拟用户机真实工作环境的需要,文中对测试场景的设计进行了分析与研究,综合考虑了星座结构、用户轨迹以及各种误差因素对接收机工作性能的影响,设计了能较为科学的衡量接收机工作性能的场景模版。最后,基于所构建的数学模型,在Windows平台下,使用C#.NET开发了用户机测试场景设计软件平台。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文主要内容及安排
• 2 用户设备及测试系统工作原理
• 2.1 用户设备的基本结构及类型
• 2.1.1 用户设备的基本结构
• 2.1.2 用户设备类型
• 2.2 用户设备的工作原理
• 2.2.1 卫星信号的搜索与捕获
• 2.2.2 卫星信号的跟踪
• 2.2.3 观测量的获取
• 2.2.4 用户导航信息计算
• 2.3 用户设备性能指标分析
• 2.3.1 接收灵敏度
• 2.3.2 信号捕获与重捕时间
• 2.3.3 通道时延一致性
• 2.3.4 伪距测量精度
• 2.3.5 首次定位时间
• 2.3.6 定位测速精度
• 2.3.7 自主完好性
• 2.4 用户设备测试系统工作原理
• 2.4.1 用户设备测试系统组成
• 2.4.2 测试系统工作原理
• 2.5 本章小结
• 3 用户设备测试方法研究
• 3.1 接收灵敏度测试
• 3.1.1 测试方法及流程
• 3.1.2 实现分析
• 3.2 测距码直接捕获和重捕时间
• 3.2.1 测试方法及流程
• 3.2.2 实现分析
• 3.3 伪距测量精度测试
• 3.3.1 测试方法
• 3.3.2 测试流程
• 3.3.3 实现分析
• 3.4 多通道时延一致性
• 3.4.1 测试方法及流程
• 3.4.2 实现分析
• 3.5 首次定位时间
• 3.5.1 测试方法及流程
• 3.5.2 实现分析
• 3.6 定位测速精度
• 3.6.1 测试方法及流程
• 3.6.2 实现分析
• 3.7 定位测速输出更新率
• 3.8 输出秒信号精度
• 3.9 自主完好性
• 3.9.1 测试方法及流程
• 3.9.2 实现分析
• 3.10 本章小结
• 4 测试场景的研究与设计
• 4.1 常用时空系统介绍
• 4.1.1 常用坐标系统
• 4.1.2 时间系统
• 4.2 卫星星座仿真
• 4.2.1 卫星轨道模型
• 4.2.2 卫星位置计算
• 4.2.3 卫星速度计算
• 4.2.4 卫星加速度计算
• 4.2.5 第二类开普勒轨道根数卫星位置速度计算
• 4.3 用户轨迹模型
• 4.3.1 低动态用户轨迹
• 4.3.2 中动态用户轨迹
• 4.3.3 高动态用户轨迹
• 4.3.4 沿航路点的轨迹模型
• 4.4 误差仿真模型
• 4.4.1 卫星时钟误差模型
• 4.4.2 相对论效应的影响
• 4.4.3 电离层延迟误差
• 4.4.4 对流层折射误差
• 4.4.5 多路径误差
• 4.4.6 地球自转的影响
• 4.5 本章小结
• 5 测试场景软件的设计与实现
• 5.1 软件概述
• 5.2 软件的主要功能
• 5.2.1 人机交互界面
• 5.2.2 时空系统转换模块
• 5.2.3 卫星星座仿真模块
• 5.2.4 用户轨迹仿真模块
• 5.2.5 误差参数设置模块
• 5.2.6 自主完好性事件设置模块
• 5.2.7 测试场景生成模块
• 5.2.8 场景信息可视化模块
• 5.3 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 可进一步开展的工作
• 参考文献
• 作者简历 攻读硕士学位期间完成的主要工作
• 致谢