導航接收機自動測試控制與評估技術分析

陳寶林，孫永明，次曉峰

（1.中華通信系統有限責任公司河北分公司，石家莊 050200；2.河北省中小企業發展促進中心，石家莊 050071）

隨著我國北斗導航系統的建設，目前國內導航接收機種類繁多，不同型號接收機的技術水平參差不齊[1]。通過測試證明，導航接收機（即用戶機）在功能、性能以及可靠性等情況下，顯示出測試不完整、評估有偏差等方面的問題，所以用戶機的性能測試越來越多的受到了高度重視。其中以美國的GPS接收機測試系統最具代表性[2]，該系統在室內能夠模擬接收機在各種環境條件下接收的導航信號，實現對導航接收機的全面高精度測試評估。因此，需要建立一套較高自動化測試水平、具備評估的接收機測試評估系統，在接收機應用之前對其進行全面、準確、標準的測試與評估，以確保其性能指標與相應的技術要求相符合，保障接收機可以正常的運行。導航接收機自動化測試控制與實時評估技術為解決這一問題提供了一些新的思路和方法。

1 總體設計方案

試驗控制與評估軟件是整個測試系統的控制中心[3]，對數據仿真軟件、導航信號模擬器（內含數據仿真軟件）、測試轉臺、通用測試設備等各個分系統進行控制，自動完成了對上述設備的統一、協同管理，以確保各個組成部分間同步、協調的運行，完成對接收機的功能、性能等指標的自動測試控制與實時評估分析。

1.1 硬件的組成和工作的原理

用戶機測試系統的組成如圖1所示。

圖1 用戶機測試系統組成

試驗控制與評估軟件就像用戶機測試系統的“大腦”，是用戶機與使用者之間的交互接口，應用層方面，由大量的數據庫以及人機交互界面組成。自動測試控制方面，完成了系統自動檢測控制、數據仿真控制、射頻信號仿真控制、轉臺控制、儀器設備控制、用戶機測試模式選擇等方面控制。實時評估分析方面，包括誤碼率評估、測距精度評估等功能。

數據仿真軟件能夠仿真導航接收機在多種運動狀態和條件下，接收到不同星座、許多頻點的多種觀測數據[4]，其中包含著星座的仿真、動態軌跡的仿真和觀測數據的仿真等，為導航信號模擬器提供數據源，為自動測試控制與實時評估提供了評估的標準。

導航信號模擬器能夠把數據仿真出來的觀測數據，形成射頻信號（模擬）[5]。射頻信號能夠仿真衛星產生的信號，思量多普勒效應的時候，應始終保持載波相位和偽碼相位的相關性。

接口適配單元完成對導航輸出信號的耦合監測信號輸出，同時對一路主用信號經過射頻開關切換后，分別送微波暗室內天線部分。

2 導航接收機自動測試控制和實時評估的工作原理

自動測試控制與實時評估軟件的自動化測控制功能主要運用在用戶機測試任務的自動化運行方面。用戶根據相應的試驗模板，完成測試前的配置工作后，測試控制與評估軟件即按照模板中規定的試驗項目及測試參數自動完成所有項目的測試和分析評估以及報表生成。測試過程信息分類以日志文件形式進行保存，試驗測試數據存儲入數據庫。自動化測試控制功能序列圖如圖2所示。

圖2 自動化測試控制功能序列圖

自動化測試控制方面關鍵要實現，在系統自動運行的同時，還要保證系統可靠和穩定的運行，設計該系統時，考慮了異常捕獲機制，對可能出現的問題作出了相應的處理，防止系統在自動運行中出現錯誤。

該控制與評估軟件有實時評估的能力，能夠實時對測試數據進行解析、校對，完成對RDSS、RNSS等測試項目進行評估，評估完成后自動生成測試報告。該軟件能夠根據被測用戶機的測試結果，與數據仿真軟件中相同仿真時間下的仿真數據進行比對，用特定的數學處理算法，將測試結果與仿真數據做比對和計算，實時作出評估結論。每個項目測試完成自動給出處理報告。

3 導航接收機自動測試控制設計

試驗控制與評估軟件結合自動化運行控制、腳本化編輯、異常處理機制等技術實現了測試控制的自動化。

用戶選擇測試任務的自動化測試開始后，試驗控制與評估軟件讀取試驗項目模板獲取相應的試驗項目信息。根據試驗項目列表順序進行每一個單項試驗項目的自動化運行。單項試驗項目在自動化運行過程中如果遇到異常，則提示相應的錯誤信息并退出當前試驗項目進入下一個試驗項目的自動化運行。每一個單項試驗項目自動化運行結束后自動測試控制函數檢查試驗項目列表指針是否為列表尾，如果不為試驗項目列表尾則讀取下一個試驗項目ID開始下一項目的單項試驗項目的自動化運行，如果試驗項目列表指針指向列表尾則表示所有測試已經結束，測試自動化已運行完成，等待用戶的下一步操作[6]。測試控制自動化運行流程如圖3所示。

圖3 測試控制自動化運行流程圖

腳本化的測試項目模板是實現軟件自動化運行的關鍵之一[7]。軟件自動化測試就是自動執行試驗腳本的步驟及內容的過程，在整個自動化測試的實現流程中，選擇一種靈活可靠的試驗腳本來進行自動化測試就成了其重要內容。測試項目模板使用腳本化的xml文件將試驗項目的步驟和測試參數保存下來。它是軟件實現自動化運行的基礎。

試驗控制與評估軟件具備各分部分及設備的實時控制功能。在開放式試驗環境中，試驗控制與評估軟件可以對每個部分及設備進行參數設置。實現獨立控制每個分系統及設備的功能，并實時獲得各分系統和設備的相應狀態信息。系統實時控制的主要設備為：仿真信號源、被測導航接收機、轉臺等。

4 導航接收機評估方法分析

試驗控制與評估軟件根據用戶機的功能和性能指標，深刻理解各個指標的涵義，依據每個指標的特點，選擇科學、合理、準確的算法，保證評估算法的準確性[8]。

4.1 誤碼率和靈敏度的評估方法

誤碼率和靈敏度測試的核心問題是測試接收機在不同信號電平下導航電文接收誤碼率的問題[9]，因此，對于此項測試，軟件解決的重點即是導航電文的解調和比對。測試開始后，測試控制模塊接收用戶機和數據仿真軟件上報的電文信息，在處理數據的時候，先將導航電文傳遞給分析評估模塊（接收機和數仿分系統上報的電文），接下來開始處理接收機上報的導航電文，然后對該幀電文里面的周內秒計數以及子幀編號進行解調處理，此時，也解調數據仿真軟件形成的導航電文，找到與用戶機上報電文相同的子幀，進行導航電文比對，按位處理，計算用戶電文的誤碼率，最后把計算結果存儲到數據庫中，并按報表格式生成誤碼率測試報表，誤碼率和靈敏度的評估過程圖如圖4所示

圖4 誤碼率和靈敏度實時評估過程圖

4.2 測距精度的評估算法

測試啟動后，測試控制模塊接收數仿軟件和接收機上報數據信息，該數據信息包含通道號、歷元的偽距測量值、衛星號、接收機鐘差等，分析評估模塊在系統調度下啟動，處理使用通道歷元的偽距測量值，根據接收機報上來的接收機鐘差以及歷元信息，運用內插算法，計算出理論偽距值；并開始統計每個通道的偽距測量結果；然后計算各通道的偽距測量精度，最后完成評估結果的存儲和測試報表的生成，測距精度的評估過程圖如圖5所示。

各個通道上報的偽距測算精度計算方法：

設接收機上報的偽距值為xi，j，i是通道號，j是采樣時刻。

通常是第一個通道的偽距值作為基準，在采樣時刻相同時，其余各個通道的觀測值與基準通道里的偽距值分別做差，計算出來的結果，再減去通道間偽距差值。

式中，n為i通道和一通道偽距采樣時刻相同的數量。

4.3 其他的實時評估方法

輸出秒信號精度、雙向零值、BPSK相位調制偏差和載波抑制、和單向設備時延的實時評估采用對樣本值取均值，并把均值和指標要求進行比較的評估方法。

帶外輻射功率、首次捕獲時間和失鎖重捕時間的實時評估對測試數據取最大值，并把最大值和指標要求進行比較。

5 結束語

導航接收機自動測試控制和評估技術的分析，依據測試項目不同，完成了接收機各項功能、性能的測試，并可以評估接收機各項指標是否合格，并自動生成測試報告。通過該研究，能夠推動實現導航接收機測試更加標準和規范，為以后研制導航接收機以及生產導航接收機等提供有力保障，促進提升我國接收機技術水平及質量，從而有效確保裝備的戰斗力[10]。