JJF 1471-2014 全球导航卫星系统(GNSS)信号模拟器校准规范-(高清版).pdf
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1、中华人民共和国国家计量技术规范J J F1 4 7 12 0 1 4全球导航卫星系统(G N S S)信号模拟器校准规范C a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o nf o rG N S SS i g n a l S i m u l a t o r s 2 0 1 4-0 8-0 1发布2 0 1 4-1 1-0 1实施国 家 质 量 监 督 检 验 检 疫 总 局 发 布全球导航卫星系统(G N S S)信号模拟器校准规范C a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o nf o rG N S SS i g
2、 n a lS i m u l a t o r sJ J F1 4 7 12 0 1 4 归 口 单 位:全国时间频率计量技术委员会 主要起草单位:中国计量科学研究院 参加起草单位:北京华力创通科技股份有限公司国防科技大学北京卫星导航中心上海市计量测试技术研究院北京无线电计量测试研究所 本规范委托全国时间频率计量技术委员会负责解释J J F1 4 7 12 0 1 4本规范主要起草人:梁 坤(中国计量科学研究院)张爱敏(中国计量科学研究院)参加起草人:邹德君(北京华力创通科技股份有限公司)牟卫华(国防科技大学)蔡志武(北京卫星导航中心)董 莲(上海市计量测试技术研究院)杨 军(北京无线电计量测
3、试研究所)J J F1 4 7 12 0 1 4目 录引言1 范围12 引用文件13 术语和计量单位13.1 加加速度13.2 内部通道延迟13.3 二相键控13.4 误差矢量幅度14 概述15 计量特性25.1 射频信号载波频率偏差25.2 功率范围25.3 功率分辨力25.4 功率偏差25.5 动态范围25.6 伪距分辨力25.7 伪距率分辨力25.8 内部通道延迟25.9 谐波抑制35.1 0 非谐波抑制35.1 1 相位噪声35.1 2 内部时基频率准确度和1s频率稳定度35.1 3 误差矢量幅度36 校准条件36.1 环境条件36.2 测量标准及其他设备37 校准项目和校准方法47.
4、1 校准项目47.2 校准方法58 校准结果表达1 19 复校时间间隔1 2附录A 原始记录格式1 3附录B 校准证书(内页)格式1 9附录C 校准结果的不确定度评定示例2 1J J F1 4 7 12 0 1 4引 言 本规范依据J J F1 0 7 12 0 1 0 国家计量校准规范编写规则编制,其中测量结果不确定度的评定依据J J F1 0 5 9.12 0 1 2 测量不确定度评定与表示进行。本规范参考了国家标准G B/T1 9 3 9 12 0 0 3 全球定位系统(G P S)术语及定义的相关内容。本规范为首次制定。J J F1 4 7 12 0 1 4全球导航卫星系统(G N S
5、 S)信号模拟器校准规范1 范围本规范适用于全球导航卫星系统(GN S S)信号模拟器(以下简称模拟器)的校准。2 引用文件本规范引用了下列文件:J J F 1 0 0 1 通用计量术语及定义J J F 1 1 8 02 0 0 7 时间频率计量名词术语及定义J J F 1 4 0 32 0 1 3 全球导航卫星系统(GN S S)接收机(时间测量型)校准规范G B/T1 9 3 9 12 0 0 3 全球定位系统(G P S)术语及定义凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本规范;凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本规范。3 术语和计量单位3.1 加加速度 j
6、e r k加速度的时间变化率。3.2 内部通道延迟 i n t e r n a l c h a n n e l d e l a y模拟器内部通道的信道特性引入的信号时间延迟。3.3 二相键控 b i n a r yp h a s es h i f tk e y i n g,B P S K相移键控(P S K)是一种数字调制制式,它采用改变或调制载波的相位来传输数据。B P S K是二相相移键控,使用两个相差1 8 0 的相位分别代表0和1,取码元为“1”时,调制后载波与未调载波同相;取码元为“0”时,调制后载波与未调载波反相。3.4 误差矢量幅度 e r r o rv e c t o rm a
7、 g n i t u d e,E VM误差矢量信号平均功率的均方根值与理想信号平均功率的均方根值之比,以百分比的形式表示。4 概述GN S S信号模拟器是GN S S系统信号发生器,用于模拟产生特定的GN S S系统信号。模拟器提供全球导航卫星系统导航信号仿真,卫星星座可包括G P S、GA L I L E O、G L ONA S S、B D S等,可用在GN S S接收机的研发、生产和计量过程的各个环节。图1描述了模拟器的基本结构和工作原理。数学仿真控制软件对导航卫星、信号传输环境和接收用户进行建模,模拟导航系统全星座的运行和用户的运动状态,运算产生信号模型参数,通过这些信号模型参数控制生成
8、真实的动态导航射频信号。1J J F1 4 7 12 0 1 4射频信号生成模块根据仿真计算得到的电文与各模拟通道的模型控制参数,按照各导航系统接口控制协议(I C D)要求,生成各种卫星导航射频信号。图1 GN S S信号模拟器的基本结构和工作原理5 计量特性5.1 射频信号载波频率偏差射频信号载波频率偏差:(01 0 0)H z。5.2 功率范围功率范围最大:(-6 0-2 0)d B m功率范围最小:(-1 7 0-7 0)d B m5.3 功率分辨力功率分辨力:(0.12)d B5.4 功率偏差功率偏差:(0.12)d B5.5 动态范围a)速度动态范围:(03 60 0 0)m/s;
9、b)加速度动态范围:(020 0 0)m/s2;c)加加速度动态范围:(020 0 0)m/s3。5.6 伪距分辨力伪距分辨力:(0.0 10.1)m。5.7 伪距率分辨力伪距率分辨力:(0.0 10.1)m/s。5.8 内部通道延迟内部通道延迟:(01 5)n s。2J J F1 4 7 12 0 1 45.9 谐波抑制谐波抑制:(-6 0-2 0)d B c。5.1 0 非谐波抑制非谐波抑制:(-6 0-3 0)d B c。5.1 1 相位噪声不同频偏的相位噪声如下:(-9 0-6 0)d B c/H z(频偏1 0H z);(-1 0 0-6 5)d B c/H z(频偏1 0 0H z
10、);(-1 1 0-7 0)d B c/H z(频偏1k H z);(-1 2 0-8 0)d B c/H z(频偏1 0k H z);(-1 3 0-8 5)d B c/H z(频偏1 0 0k H z)。5.1 2 内部时基频率准确度和1s频率稳定度频率准确度:51 0-851 0-1 1;1s频率稳定度:(11 0-811 0-1 2)/s。5.1 3 误差矢量幅度误差矢量幅度:2%2 0%。注:以上指标仅供参考。6 校准条件6.1 环境条件6.1.1 环境温度:在(2 35)内任选一点,温度变化不超过2。6.1.2 环境相对湿度:8 0%。6.1.3 电源电压:(2 2 01 1)V;
11、电源频率:(5 01)H z。6.1.4 无影响仪器正常工作的电磁干扰和机械振动。6.2 测量标准及其他设备6.2.1 功率计频率范围:1 0 0k H z 3.6GH z;测量范围:-8 0d B m0d B m;最小分辨力:0.0 1d B。6.2.2 测量接收机频率范围:1 0 0k H z 3.6GH z;测量范围:-1 4 0d B m1 0d B m;最小分辨力:0.0 1d B。6.2.3 实时频谱分析仪频率范围:1 0 0H z 3.6GH z;幅度范围:-1 7 0d B m1 0d B m。3J J F1 4 7 12 0 1 46.2.4 微波频率计频率范围:1 0H z
12、 2 0GH z;分辨力:1H z 1MH z。6.2.5 高速数字示波器频率范围:1 0 0k H z 3.6GH z;采样率:5 0G S/s;时间分辨力:8 0p s。6.2.6 频谱分析仪频率范围:2 0H z 1 2.8GH z;幅度范围:(-1 7 01 0)d B m。6.2.7 低噪声合成信号发生器频率范围:1 0MH z 3.6GH z;相位噪声:优于被校模拟器1 0d B。6.2.8 相位噪声测量系统频率范围:1 0MH z 3.6GH z;频偏范围:1H z 1MH z;本底相位噪声:优于被校模拟器1 0d B。6.2.9 频标比对器测量范围:5MH z或1 0MH z;
13、比对不确定度:优于11 0-1 2/s(k=2)。6.2.1 0 参考时间频率源输出频率:5MH z或1 0MH z;频率准确度:优于51 0-1 2;频率稳定度:优于11 0-1 2/s。6.2.1 1 低噪声放大器适用频段要求:(13.6)GH z;引入相位噪声:优于被校模拟器1 0d B。6.2.1 2 矢量信号分析仪频率范围:2 0H z 3.6GH z;解调分析带宽:1 2 0MH z。注:以上条件为校准中需遵循的一般性要求,根据实际情况也可做合理变化。7 校准项目和校准方法7.1 校准项目校准项目见表1。4J J F1 4 7 12 0 1 4表1 校准项目表序号校准项目名称1外观
14、及工作正常性检查2射频信号载波频率偏差345功率控制功率范围功率分辨力功率偏差678动态范围速度动态范围加速度动态范围加加速度动态范围91 01 1误差控制伪距分辨力伪距率分辨力内部通道延迟1 21 31 4频谱纯度谐波抑制非谐波抑制相位噪声1 51 6内部时基频率准确度和1s频率稳定度频率准确度1s频率稳定度1 7误差矢量幅度7.2 校准方法所有校准用设备均需按各自技术说明书规定的时间预热。部分参数校准利用模拟器的校准输出口或大信号输出口;如无校准输出口或大信号输出口,则利用模拟器通用射频信号输出口,必要时配合使用低噪声放大器(L NA)。7.2.1 外观及工作正常性检查被校准模拟器不应有影
15、响正常工作及读数的机械损伤,各项标识应清晰完整,输入输出插座应牢靠,按键及旋钮应能正常动作并接触良好。仪器通电后状态正常,显示器能正常显示。达到规定预热时间后各输出端有相应信号输出,各项功能检查正常。有自检功能的,应能通过自检。7.2.2 射频信号载波频率偏差校准连接如图2所示。5J J F1 4 7 12 0 1 4图2 模拟器射频信号载波功率校准1)模拟器开机,选择待测导航系统和频点;2)设置场景为卫星和载体均为静态,仿真单通道单载波信号;3)利用微波频率计对射频信号载波频率fm测量并记录;4)根据模拟器输出射频信号载波频率标称值f0及公式(1),计算射频信号载波频率偏差fc,作为射频信号
16、载波频率偏差校准值。fc=fm-f0(1)7.2.3 功率控制7.2.3.1 功率范围校准连接如图3所示。图3 模拟器信号输出功率控制校准1)模拟器开机,选择待测导航系统和频点;2)设置场景为卫星和载体均为静态,仿真单通道单载波信号;3)根据模拟器输出信号功率范围指标,设置信号最大和最小功率,利用功率计或测量接收机进行测量并记录,作为模拟器输出信号功率范围校准值。4)如果信号功率低至功率计或测量接收机无法测量,可通过测量模拟器校准口(或大信号口)和通用射频信号口的最大功率获得两口间衰减值,利用测得的模拟器校准口(或大信号口)的最小功率结合衰减值,得到模拟器输出信号最小功率值。7.2.3.2 功
17、率分辨力校准连接如图3所示。1)模拟器开机,选择待测导航系统和频点;2)设置场景为卫星和载体均为静态,仿真单通道单载波信号;3)在模拟器功率范围内,设置初始信号功率,利用功率计或测量接收机进行测量并记录,根据模拟器功率分辨力指标增加或减少模拟器信号功率,利用功率计或测量接收机进行测量并记录,与原记录值相减,差值作为功率分辨力校准值。6J J F1 4 7 12 0 1 47.2.3.3 功率偏差校准连接如图3所示。1)模拟器开机,选择待测导航系统和频点;2)设置场景初始为卫星和载体均为静态,仿真单通道单载波信号;3)根据模拟器输出信号功率范围指标,在功率范围内,挑选至少5个校准功率点,功率计或
18、测量接收机依次测量相应功率值Pm并记录;4)根据模拟器输出信号功率标称值P0和公式(2),计算功率偏差P,作为功率偏差校准值。P=Pm-P0(2)7.2.4 动态范围7.2.4.1 速度与加速度动态范围校准连接如图4所示。图4 模拟器信号动态范围校准1)模拟器开机,选择待测导航系统和频点;2)设置场景,仿真单颗卫星,载波频率为f0,载体径向初始加速度为模拟器加速度范围指标上限、初始速度为0m/s,使速度达到模拟器速度范围指标上限;3)启动仿真;4)将实时频谱分析仪中心频点设为载波频率,观察扫频信号,记录扫频范围f,并记录从最低端开始到最高端的一次完整扫频的时间ta l l;5)基于多普勒频移原
19、理,利用公式(3)计算速度,(-v+v)作为速度动态范围校准值;利用公式(4)计算加速度,(-a+a)作为模拟器加速度动态范围校准值。v=fcf0(3)a=fta l lcf0(4)7.2.4.2 加加速度动态范围校准连接如图4所示。1)模拟器开机,选择待测导航系统和频点;2)设置场景,仿真单颗卫星,载波频率为f0,初始卫星与载体均为静态,规定时7J J F1 4 7 12 0 1 4间(如1m i n)后,载体在径向上开始以模拟器加加速度动态范围上限值进行匀加加速度运动,规定时间(如5s)后,载体以匀速运动运行;3)启动仿真;4)将实时频谱分析仪中心频点设为载波频率,观察扫频信号,记录扫频范
20、围f,并记录从最低端开始到最高端的一次完整扫频的时间ta l l;5)基于多普勒频移原理,利用公式(5)计算加加速度,(-J+J)作为模拟器加加速度动态范围校准值。J=2 fta l l2cf0(5)7.2.5 误差控制7.2.5.1 伪距分辨力校准连接如图5所示。图5 模拟器信号误差控制校准1)将模拟器开机,选择待测导航系统和频点;2)设置场景,卫星和载体均为静态,径向距离为0m,仿真单通道单载波信号;3)启动仿真;4)实时采集高速数字示波器上1P P S信号与射频载波信号过零点的相位差T1,并记录;5)根据模拟器伪距分辨力指标增加或减少模拟器径向距离,观察或实时采集高速数字示波器上1P P
21、 S信号与射频载波信号过零点的相位差T2,并记录;6)利用公式(6),计算伪距变化值,作为伪距分辨力校准值。=T2-T1()c(6)7.2.5.2 伪距率分辨力校准连接如图5所示。1)将模拟器开机,选择待测导航系统和频点;2)设置场景,卫星和载体均为静态,径向距离为0m,仿真单通道单载波信号;3)启动仿真;4)实时采集高速数字示波器上1P P S信号与射频载波信号过零点的相位差T1,并记录;5)将径向速度改变为1,规定时间t1(如1 0s)后,将径向速度恢复为0m/s;8J J F1 4 7 12 0 1 46)实时采集高速数字示波器上1P P S信号与射频载波信号过零点的相位差T2,并记录;
22、7)根据模拟器伪距率分辨力指标改变径向速度为2,规定时间t2(如1 0s)后,经径向速度恢复为0m/s;8)实时采集高速数字示波器上1P P S信号与射频载波信号过零点的相位差T3,并记录;9)利用公式(7),计算伪距率变化值,作为伪距率分辨力校准值。=T3-T2()c/t2-T2-T1()c/t1(7)7.2.5.3 内部通道延迟校准连接如图5所示。1)将模拟器开机,选择待测导航系统和频点;2)设置场景,卫星和载体均为静态,径向距离为0m,仿真单通道单颗卫星信号,调制方式为B P S K单I路;3)启动仿真;4)观察或实时采集计算高速数字示波器上1P P S信号与射频载波调制信号扩频码相位翻
23、转点的时延差,并记录,作为此通道内部通道时延的校准值。5)根据模拟器具体特性,改变硬件通道,重复步骤2)4)。7.2.6 频谱纯度7.2.6.1 谐波抑制校准连接如图6所示。图6 模拟器信号谐波校准1)将模拟器开机,选择待测导航系统和频点;2)设置场景,卫星和载体均为静态,径向距离为0m,仿真单通道单载波信号;3)启动仿真;4)利用(实时)频谱分析仪对输出信号进行分析,读取相应载频功率P1及其二次和三次谐波功率P2和P3;5)利用公式(8),计算谐波抑制水平Hn,作为谐波抑制校准值。Hn=Pn-P1,n=2或3(8)7.2.6.2 非谐波抑制校准连接如图6所示。1)将模拟器开机,选择待测导航系
24、统和频点;9J J F1 4 7 12 0 1 42)设置场景,卫星和载体均为静态,径向距离为0m,仿真单通道单载波信号;3)启动仿真;4)利用(实时)频谱分析仪对输出信号进行分析,读取相应频带内(频偏参考技术说明书)杂波(非谐波)功率P1及Pm;5)利用公式(9),计算非谐波抑制水平Hm=Pm-P1,作为非谐波校准值。Hm=Pm-P1(9)7.2.6.3 相位噪声校准连接如图7所示。图7 模拟器信号相位噪声校准1)将模拟器开机,选择待测导航系统和频点;2)设置场景,卫星和载体均为静态,径向距离为0m,仿真单通道单载波信号;3)启动仿真;4)利用相位噪声测量系统对输出信号进行分析,读取相应频点
25、处的相位噪声,作为相位噪声校准值。7.2.7 内部时基频率准确度和1s频率稳定度7.2.7.1 频率准确度校准连接如图8所示。图8 模拟器内部时基频率准确度校准取样时间=1 0 0s,测量相对频率偏差,其绝对值作为频率准确度(根据保留1位有效数字,只入不舍)。7.2.7.2 1s频率稳定度校准连接如图8所示。取样时间1s和取样组数1 0 0,读取阿伦标准偏差值作为1s频率稳定度校准值。7.2.8 误差矢量幅度校准连接如图9所示。01J J F1 4 7 12 0 1 4图9 模拟器信号调制误差矢量幅度校准1)将模拟器开机,选择待测导航系统和频点;2)设置场景,卫星和载体均为静态,径向距离为0m
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