全球卫星导航信号采集回放仪性能要求及测试方法—征求意见稿编制说明.docx

国家标准编制说明（征求意见稿）项目名称：全球卫星导航信号采集回放仪性能要求及测试方法计划项目代号：主要起草单位：上海交通大学、上海市计量测试技术研究所、上海北斗导航创新研究院、北京卫星导航中心、中国东方计量测试研究所2018年6月一、工作简况1、任务来源 为适应我国卫星导航发展对标准的需要，在北斗卫星导航标准化技术委员会管理和指导下，上海交通大学牵头，联合上海市计量测试技术研究院，上海北斗导航创新研究院，北京卫星导航中心和中国东方计量测试研究所等单位，起草了《全球卫星导航信号采集回放仪性能要求及测试方法》标准征求意见稿项目起止时间2018年1月1日——2018年12月31日本文件规定了全球卫星导航信号采集回放仪的一般要求、功能及性能要求、测试方法等内容2、主要工作过程根据编制要求，2018年1月，本单位牵头与联合单位共同成立标准编制工作组，确定了工作计划标准编制工作组对相关领域技术资料进行了搜集、整理和研究，于2018年5月底完成了《全球卫星导航信号采集回放仪性能要求及测试方法》标准的初稿2018年6月13日，北斗卫星导航标准化技术委员会组织召开了该标准草案的专家研讨会，会中标准编制工作组详细介绍了标准的测试指标、测试指标确定依据和相应的测试方法，与会专家对标准进行了逐条阅读并提出了修改意见。

针对转就的修改意见，标准编制工作组于会后对标准草案进行了逐条修改，并进一步丰富完善了标准编制说明，于6月30日行程了《全球卫星导航信号采集回放仪性能要求及测试方法》征求意见稿二、国家标准编制原则和确定国家标准主要内容1. 编制原则本标准依据《GB/T 1.1-2009标准化工作导则第1部分：标准的结构和编写》规定的要求进行编写的，规定了全球卫星导航信号采集回放仪的一般要求、功能及性能要求、测试方法等内容适用于支持全球卫星导航系统（GNSS）公开民用信号、采用射频多级下变频采样或射频直接带宽采样的采集回放仪（以下简称“采集回放仪”）的研制、生产和检验本标准编制过程中参考的主要文件有：[1] GB/T 3358.2-2009 统计学词汇及符号 第2 部分：应用统计[2] GB/T 6379.1-2004 测量方法与结果的准确度(正确度与精密度) 第1 部分：总则与定义[3] JJF 1180-2007 时间频率计量名词术语及定义[4] JJF 1188-2008 无线电计量名词术语及定义[5] BD 110001-2015 北斗卫星导航术语[6] BD 420005-2015 北斗/全球卫星导航系统(GNSS)导航单元性能要求及测试方法[7] BD 420012-2015 北斗/全球卫星导航系统(GNSS)信号模拟器性能要求及测试方法 2. 编制依据本规程在编制时，针对主要卫星导航信号采集回放仪产品的技术指标进行了调研。

典型技术指标如表1所示表1 采集回放仪产品性能指标参数Bird X-COM IQC5000BSpirent GSS6425Averna RP-6100系列湖南矩阵REC7640 频点/GPS - L1,L2,L5 Galileo - E1, E5a\b GLONASS - L1, L2, L3 BeiDou - B1, B2, B3 QZSS - L1, L2 SBAS (eg. OmniSTAR, StarFire)/模式1：B1/L1/E1模式2：B2/E5b/L2模式3：R1模式4：R2模式5：L5/E5a量化位数16 bit2 bit14 bit 采集16 bit 回放4 bit存储内置硬盘2/4TB外置硬盘8/15TB内置硬盘1TB外置硬盘1TB2TB SSD (RP-6120D)4TB SSD (RP-6120P)3.8TB SSD/16TB HDD (RP-6120/6140)采样时常≥10小时频率中心：2400MHz/10MHz ~ 6GHz/频率分辨率//< 1 Hz/带宽输入：最小19.531kHz，最大 255 MHz输出：225 MHz10/30/50 MHz156 kHz ~ 80 MHz （每通道）50MHz相位噪声//-97dBc/Hz@1GHz-105dBc/Hz@1GHz-115dBc/Hz@1GHz-65dBc/Hz@1kHz-75dBc/Hz@10kHz-85dBc/Hz@100kHz-90dBc/Hz@1MHz无杂散动态范围//80 dB/幅值精度//1dB/幅值分辨率//0.5dB/通道数2/1~44参考时钟频率10 MHz///功率范围///-30 ~ -90dBm从表1中可以看出，不同采集回放仪产品采用的性能指标体系是不相同的。

根据表1，可以总结出涵盖不同采集回放仪产品类型的关键性能指标，主要包括存储、频点、带宽、量化位数、无杂散动态范围、噪声特性、频率特性和功率特性用户通常关心的是回放信号导航性能相关的指标，所有的采集回放仪厂商并没有涉及相关指标，可以从卫星导航定位的原理出发，选取定位和定速精度作为评价指标3. 标准主要内容本标准规定的主要内容有：采集回放仪的一般要求（设备构成、接口、外观及附件和基本功能）和性能要求（数据存储、信号采集回放频点、回放带宽、量化位数、无杂散动态范围、载噪比回放测试一致性、频率准确度和稳定度、功率范围、绝对功率准确度、定位回放和定速回放测试一致性）1） 频点采集回放仪应能够满足至少一个频点的导航信号的采集，各卫星导航信号的频点如所表2示表2 卫星导航信号频点卫星导航信号中心频点（MHz）BDS B111561.098BDS B2\GALILEO E5b1207.140BDS B1C\GPS L1\GALILEO E11575.420GPS L21227.600BDS B2a\GPS L5\GALILEO E5a1176.450GLONASS G11602.000GLONASS G21246.000GLONASS G31202.025（2） 带宽为了使采集回放仪在采集卫星导航信号的过程中引入的采集损耗较小，采集通道的带宽必须满足一定要求。

目前导航信号的调制主要采用二进制相移键控(BPSK)调制技术以及二进制偏置载波(BOC)调制方式在考虑主瓣带宽的情况下，由BPSK调制的导航信号最小带宽为信号码速率2倍；由BOC调制的导航信号的最小带宽为信号的码速率的4倍因为主瓣的能量占据了信号能量的90%左右，为了保证能够采集到目标导航信号，则采集设备的通道带宽应不低于目标导航信号的最小带宽如果要在单一通道上采集某一频段的多个卫星的导航信号，则通道带宽应不低于所有采集卫星导航信号的最小带宽的最大值各卫星导航信号采集回放最小带宽如表3所示表3 卫星导航信号采集回放最小带宽卫星导航信号最小带宽（MHz）BDS B114.092BDS B24.092BDS B1C4.092BDS B2a20.46GPS L12.046GPS L2C2.046GPS L520.46GLONASS G18.4GLONASS G26.8GLONASS G320.46GALILEO E14.092GALILEO E5a20.46GALILEO E5b20.46（3） 量化位数量化位数指的是将采集得到的模拟信号转换为数字信号时，每个采样点能够表示的二进制位数信号的量化过程必然存在信号失真现象，产生量化误差，增加量化位数有助于降低量化误差，从而减小由量化误差所引起的灵敏度损失。

假设射频前端带宽足够宽或者说采样频率足够高从而保证不发生频率混叠的情况下，1bit量化理论损耗为1.96dB，2bit的量化理论损耗为0.55dB，3bit的量化误理论损耗为0.16dB；在有限带宽的情况下，1bit的量化理论损耗为3.5dB，2bit的量化理论损耗为1.2dB，3bit的量化理论损耗为0.6dB不同的采集回放仪产品具有不同的量化位数，通常量化位数为2/4/8/16bit在量化比特大于3的情况下对载噪比的影响非常有限因此，为保证回放信号的准确度，要求采集回放仪的信号量化位数不小于2bit4） 载噪比回放测试一致性载噪比是表示信号能量与1Hz带宽的噪声能量的比值，其大小与接收机所采用的带宽无关，有利于不同采集回放仪之间的性能对比高的载噪比可以提供更好的信号接受率、通信质量和提高可靠性要求GNSS测量接收机进行卫星导航信号回放测试获得的载噪比与卫星导航信号直接测试获得的载噪比结果之差的统计值满足≤2dB的要求5） 无杂散动态范围无杂散动态范围参数反映了采集回放仪在强信号环境下采集非常小的信号的能力在宽带接收设备中，ADC的无杂散动态范围是制约整个接收系统动态范围的关键因素，因此对ADC的无杂散动态范围性能参数的测试很重要。

无杂散动态范围和ADC的量化位数和量化噪声有关系如果假设量化误差是在量化台阶内均匀分布且与输入信号无关的随机变量，可以得到ADC的无杂散动态范围为SFDR = 6.02NB+1.76(dB)，其中NB是有效量化比特数通常采集回放仪ADC的位数以有2bit、4bit、8bit和16bit等，为了保证采集回放仪能够采集到同时较强的卫星导航信号和干扰信号并成功还原两种信号，当信号量化位数为2bit时，无杂散动态范围SFDR应不低于18dB；信号量化位数大于等于4bit时，无杂散动态范围SFDR应不低于30dB6） 回放信号频率特性采集回放仪内部采用石英晶体振荡器产生时钟信号，对于振荡器频率性能的要求，通常用频率偏差、频率准确度和频率稳定度等指标来衡量振荡器所处环境条件的变换（如温度、电源电压、磁场和负载等）、元器件老化和电路中的各种随机噪声对会对这些频率特性指标产生影响 频率准确度频率准确度是频率偏差的最大范围，频率偏差可以通过振荡频率偏离标称频率产生的绝对频率偏差与标准频率的比值计算得到用户主要关心的是采集回放仪能否保证频率偏差在指定范围内，这个范围的上限可以用频率准确度来衡量 频率稳定度频率稳定度指的是在一定观测时间内，由于各种因素变换，引起振荡频率相对于标称频率变换的程度。

根据取样时间的长短，频率稳定度分为短期和长期两种情况取样时间在1ms~100s范围内的稳定度为短期频率稳定度，超过100s的频率稳定度称为长期频率稳定度如果采集回放仪的长期频率稳定度也能够满足短期频率稳定度的指标，说明采集回放仪具有很好的频率稳定性能晶体振荡器的频率稳定度可以比较容易地实现110-4~110-6，对晶体施加恒温控制，可以提高到110-7~110-8数量级，极限是110-12~110-13在进行数据回放时，采集回放仪必须在恒温环境下工作，要求回放信号的频率准确度优于110-7，频率稳定度优于510-8/s以频率f=1.5GHz的GPS信号为例，当频率准确度优于110-7时，此时引入的频率偏差为150Hz，接近于18T=125Hz在标准相关积分时间T=1ms的情况下，理论上由本地晶振引起的捕获误差不应该超过14T=250Hz，因此频率准确度的指标。