RNSS射頻基帶一體化芯片測試方法研究

夏天，劉英乾，楊文彬，王田

(北京東方計量測試研究所，北京 100086)

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RNSS射頻基帶一體化芯片測試方法研究

夏天，劉英乾，楊文彬，王田

(北京東方計量測試研究所，北京 100086)

摘要：隨著衛星導航產業的快速發展，導航芯片成為民用衛星導航應用的核心競爭力。擁有諸多優勢的射頻基帶一體化芯片是導航芯片發展的主流方向之一，本文依托某應用推廣項目，對國產的該類芯片進行測試驗證，通過不同模態下對其定位精度和跟蹤靈敏度的考核，驗證了芯片的基本功能，對該類芯片的測試方法進行了初步研究。

關鍵詞：民用導航；一體化芯片；測試方法

0引言

隨著移動通信和衛星導航融合趨勢的不斷加深，衛星導航芯片的形態也在不斷地演進變化。從獨立的導航射頻芯片和基帶芯片到射頻基帶一體化芯片，集成度越來越高，功能越來越完善，市場推進也越來越深入[1]。目前，同國外相比，國內衛星導航芯片的主要形態是獨立的導航射頻芯片和基帶芯片，性能方面存在較大差距，因此一體化芯片的比測工作顯得十分重要。本文主要內容是一體化芯片測試方法研究，以此驗證該類國產芯片的功能。

1測試方法

針對一體化芯片測試項目較多、應用場景豐富的特點，采用實際信號和室內仿真信號相結合、動態測試和靜態測試相結合的測試方式。利用精密參考點和跑車試驗系統構建實際信號下的靜態和動態測試環境，利用衛星導航信號模擬器搭建室內仿真測試環境。本文選取靜態定位精度和跟蹤靈敏度兩項典型指標進行分析。

1.1　靜態定位精度測試

該項目考核被測芯片接受衛星實際信號時靜態定位性能，利用已經標定的精確坐標點開展測試，其系統連接如圖1所示。實際測試中，固定在精確已知點的導航型天線將衛星實際信號輸入測試系統，并通過功分器為多路并行測試創造條件；通過測控計算機、串口服務器、程控電源實現被測芯片的自動加斷電以及播發控制指令，使芯片在BDS模式和BDS+GPS聯合模式下分別定位上報結果，再由專用軟件對被測芯片該項性能進行評估。

1.2　跟蹤靈敏度測試

跟蹤靈敏度是指被測芯片在捕獲信號后，能夠保持穩定輸出并符合定位精度要求的最小信號電平。實際測試中，根據要求設計特定的場景導入衛星導航信號模擬器產生衛星導航射頻信號，芯片接收該信號進行定位解算并上報定位結果信息。通過設置測試系統輸出信號功率以1 dB步進遞減直至無法定位，得到芯片跟蹤靈敏度性能。測試現場照片如圖2所示。

圖1　靜態定位精度測試系統連接圖

(a) 測試評估系統　　　　(b) 被測芯片

2評估方法

2.1　靜態定位精度評估方法

采集的各時刻定位數據，剔除定位語句中有效標示符為“無效”的數據；在得到的剩余實時定位數據中剔除平面精度因子HDOP>4或位置精度因子PDOP>6的測量數據，剔除后的定位數據參與定位準確度的解算，參與解算的定位數據與標定的已知位置值相比，計算定位準確度。計算方法如下：

將被測模塊輸出的大地坐標系定位數據轉換為站心坐標系定位數據，計算各歷元輸出的定位數據在站心坐標系下各方向(NEU方向，即北東天方向)的定位誤差，有

ΔNi=Ni-N0i

ΔEi=Ei-E0i

ΔUi=Ui-U0i

式中：ΔNi，ΔEi，ΔUi為第i次實時定位數據沿N，E，U方向的定位誤差(i] 1，2，…，n)，m；Ni，Ei，Ui為第i次實時定位數據沿N，E，U方向的分量，m；N0i，E0i，U0i為第i次實時定位的標準點坐標沿N，E，U方向的分量，m。

計算站心坐標系下各方向的定位偏移：

計算定位誤差的標準差：

式中：σN，σE，σU為定位誤差的標準差在N，E，U方向的分量，m。

則，水平定位精度uH為

垂直定位精度uU為

uU=σU

2.2　跟蹤靈敏度評估方法

被測設備定位結果(三維)連續十次小于60 m的條件下，被測芯片RF輸入接口電平即為跟蹤靈敏度[2]。

3結果分析

一體化芯片的比測集中了多家國內領先的芯片廠商，本文選取其中表現優異的某型號SOC芯片的測試數據進行分析。該芯片的靜態定位精度和跟蹤靈敏度在BDS模式和BDS+GPS聯合模式下分別進行了測試[3]，結果如表1所示。

表1　測試結果

從表1給出的測試結果來看，在北斗+GPS聯合定位模式下，結果均好于單北斗模式，從側面反映出雙模對定位性能提高的優勢[4]。該結果滿足了指標規定要求，反映出國內廠家在軟件算法和硬件設計上取得了長足進步，其芯片已接近國際先進水平。

4總結

隨著民用導航的快速發展，消費類市場對于衛星導航芯片發展的基本要求就是在不斷提升性能指標的同時追求芯片產品的低功耗、低成本、小尺寸和易集成。將導航射頻和基帶功能集成(包括低噪放、濾波器和抗干擾在內的元器件和功能)，形成一體化導航芯片，在降低外圍物料面積和成本的同時也降低用戶應用時的設計難度，是芯片發展的方向之一[5]。

本文依托某應用推廣項目，對國產射頻基帶一體化芯片進行了比測，通過對不同模式下定位精度、跟蹤靈敏度的測試分析，形成了一體化芯片的初步測試方法，有助于后續此類測試工作的開展。

參考文獻

[1] Bracy B L，Mims W，Elrod B.Inverted GPS Range for Modernized GPS Field Testing[C] //ION 58th Annual Meeting.Albuquerque，New Mexico：ION，2002.

[2] 何曉峰.北斗導航接收終端檢測規程[S] .長沙：國防科技大學電子科學與工程學院衛星導航研發中心，2013.

[3] 張欽娟.北斗二號民用設備測試方法研究[J] .現代電信科技，2012，15(3)：78-80.

[4] Timothy M B，Jason W，Michael J C.A High G MEMS-Based Deeply Integrated INS/GPS Guidance Navigation and Contral Flight Management Unit[C] // IEEE/ION PLANS 2006.[s.l.] ：IEEE/ION，2000：772-794.

[5] Brian Weinstein，Dennis Akos，Eric Vinande.Tianxing Chu：GNSS Receiver Evaluation Record and Playback Test Methods[J] .GPS World，2009，17：23-26.

Study on Test Method of System on Chip for RNSS

XIA Tian，LIU Yingqian，YANG Wenbin，WANG Tian

(Beijing Orient Institute for Measurement & Test，Beijing 100086，China)

Abstract：Navigation chip has become the core competitiveness of civil satellite application with the rapid development of satellite navigation industry.System on Chip(SOC)with many advantages is one of the mainstreams of navigation chip development.We conducted test and certification to this homemade chips based on an application promotion project.This paper presents a study on test method and verifies the basic functions of the chip through assessing positioning accuracy and tracking sensitivity under different modalities.

Key words：civil navigation；system on chip；test method

作者簡介：夏天(1985-)，男，湖南安化人，工程師，現從事導航測試研究工作。

基金項目：中國第二代衛星導航系統專項產業化民用基礎類項目(0303010206)

收稿日期：2015-06-16；修回日期：2015-08-21

中圖分類號：TB9；TN407

文獻標識碼：A

文章編號：1674-5795(2015)05-0049-03

doi：10.11823/j.issn.1674-5795.2015.05.11