GNSS接收機性能測試方法研究

張秀民 曲祖建

山東省國土測繪院 山東 濟南 250013

在導航衛星發射前，包括在軌運行期間，都要測試衛星導航系統的性能。全球衛星導航系統的性能測試隨著系統的全功能運行、初期設計還有現代化升級等時期，通過對衛星導航系統的性能測試，可以減少衛星導航系統的建設風險，讓GNSS接收機設計者的研發進程所有提升，對目前衛星導航系統的定位服務的連續性、完好性、可用性和精度等關鍵性能指標有更加深刻的理解；與此同時，衛星導航系統的性能測試，也是對衛星導航系統可靠且連續運行的關鍵測試驗證，在衛星導航系統的建設過程中連續發揮出保障作用。在衛星導航系統建設的每一個階段都要進行不一樣的系統性能測試項目，增強系統和基本系統的測試項目也有所區別。全球定位系統從開始建設到全面建設完成，再到全功能運行、現代化建設播發新的信號體制、再到系統增強都相應的進行了性能測試。

1 GNSS接收機性能測試方法

1.1 首次定位時間(TFF)測試

先是依據測試需求對GNSS 接收機和信號模擬器進行初步設定，對于熱啟動和冷啟動兩組不同方式實施不一樣的設置：熱啟動需要提前把星歷數據輸入進接收機。冷啟動則需要把接收機里的星歷數據清空。把信號模擬為啟動然后讓GNSS導航信號發出。把接收機啟動并且對信號進行捉捕，對于接收機從啟動到輸出導航定位結果所用的時間進行記錄，所記錄的數據就是此次測量得出的首次定位時間。對這個過程反復操作，把獲得的多組數據送到數據處理部分，進行統一處理[1]。

1.2 接收機靈敏度測試

先是依據測試的需要初步設定GNSS接收機和信號模擬器，對于跟蹤靈敏度測試和捉捕靈敏度測試的不同需求對信號模擬器的輸出功率進行調控讓其分別于接收機的跟蹤靈敏度和捉捕靈敏度接近。在對捉捕靈敏度進行測試的時候把信號模擬器啟動，讓GNSS導航信號順利發出。把接收機啟動并且捉捕信號，如果捉捕成功了就把接收機關掉，讓模擬器輸出的信號功率減少，讓后重啟接收機再對信號進行捉捕。對這個步驟反復操作，一直到接收機沒辦法再捉捕信號，把這個時候的模擬器輸出信號功率記錄下來就是此次測量獲得的捉捕靈敏度值。在對跟蹤靈敏度進行測試的時候，把信號模擬器啟動并且發出GNSS導航信號。如果啟動接收機后成功進入到追蹤狀態，就把模擬器輸出信號功率慢慢減少，一直到接收機失鎖然后把這個時候的模擬器輸出信號功率記錄下來，就得到了此次測試取得的跟蹤靈敏度值。反復操作這個過程，把獲得的多組數據送到數據處理部分，進行統一處理[2]。

1.3 接收機定位精度測試

先是根據測試的需要初步設定信號模擬器和GNSS接收機，針對接收機不同的運動狀態對其定位精度進行測試。在啟動信號模擬器的時候，讓GLASS導航信號順利發出。在接收機啟動以后等待接收機把導航定位結果輸出的時候，從接收機提取當前偽距觀測值。讓接收機維持跟蹤的狀態，進而得到多組偽距觀測量，然后把數據送到數據處理部分，進行統一處理。

2 GNSS接收機性能測試結果分析

2.1 首次定位時間(TTFF)測試結果分析

鑒于GNSS接收機性能測試仿真平臺，對被測接收機的首次定位時間(TTFF)進行了測試，對分別在冷啟動和熱啟動兩種啟動方式下進行展開了測試，測量了兩種啟動方式下對不同載噪比下的TTFF值。一共在測試過程中設定了五個載噪比數值，分別是:40 dB-Hz、46 dB-Hz、42 dB-Hz、38dB-Hz、44 dB-Hz。在冷啟動模式中對每個載噪比數值都進行了10次TTFF測試；在熱啟動模式中對每個載噪比數值都進行了20次TTFF測試。通過對比冷啟動模式和熱啟動模式下不同載噪比的TTFF實測值，結果得出在控制接收機啟動方式不變的情況下，接收機首次定位時間隨著信號載噪比的增加而減小；在接收機啟動方式不同，而信號載噪比相同的情況下，熱啟動首次定位時間相比冷啟動首次定位時間要小很多[3]。

2.2 靈敏度測試結果分析

鑒于GNSS接收機性能測試仿真平臺，對被測接收機進行了靈敏度測試，測試分為跟蹤靈敏度測試和捉捕靈敏度測試兩個部分，對每個部分分別展開了10次靈敏度測試。

通過調查得出，跟蹤靈敏度和被測GNSS接收機的捕獲靈敏度數值都比現在業界主流產品的標稱靈敏度要高。這是因為廠家在標示接收機靈敏度時只是對基帶信號算法性能對接收機靈敏度的影響進行考量，并沒有對射頻前端硬件性能對靈敏度造成的影響進行考量，所以商用接收機的現實靈敏度通常不如比標稱靈敏度。需要通過現實測試來對被測接收機的靈敏度性能指標進行確定[4]。

2.3 定位精度測試結果與分析

鑒于GNSS接收機性能測試仿真平臺，對被測接收機的定位精度進行了測試，測試分別在接收機為靜態和接收機載體運動加速度為1m/這兩種運動狀態下進行，每種運動狀態下均對不同載噪比下的偽距誤差進行了測量。

通過測試的結果可以得出在控制接收機運動狀態保持不變的時候，信號載噪比越大偽距誤差越小；在接收機運動狀態不同然而信號載噪比相同的時候，偽距誤差隨著運動加速度的增加而增加[5]。

3 結束語

本文通過對首次定位時間(TTFF)和接收機靈敏度進行測試，并對其結果進行分析，加深了對GNSS技術及接收機性能測試技術的理解，并且通過實踐證明需要通過現實測試來對被測接收機的靈敏度性能指標進行確定。