關(guān)鍵詞：導(dǎo)航信號發(fā)生器、gnss模擬器、glonass衛(wèi)星模擬器、北斗模擬信號源，北斗模擬器
時(shí)間測量型全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）接收機(jī)作為精密授時(shí)、時(shí)間同步領(lǐng)域的核心設(shè)備，其時(shí)間測量精度直接決定了電力系統(tǒng)、通信網(wǎng)絡(luò)、航空航天等關(guān)鍵領(lǐng)域的運(yùn)行可靠性。本文以西安同步電子科技有限公司研發(fā)的SYN5206型GNSS模擬器為核心校準(zhǔn)工具，結(jié)合JJF 1471-2024《全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）信號模擬器校準(zhǔn)規(guī)范》及JJF 1403-2013《全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）接收機(jī)（時(shí)間測量型）校準(zhǔn)規(guī)范》要求，詳細(xì)闡述時(shí)間測量型GNSS接收機(jī)的校準(zhǔn)原理、前期準(zhǔn)備、關(guān)鍵校準(zhǔn)項(xiàng)目操作流程，助力提升時(shí)間測量型GNSS接收機(jī)的計(jì)量精度與應(yīng)用可靠性。
一、概述
隨著全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）技術(shù)的飛速發(fā)展，時(shí)間測量型GNSS接收機(jī)憑借其高精度授時(shí)能力，已廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)同步、5G通信網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘同步、北斗導(dǎo)航終端測試、航空航天測控等關(guān)鍵領(lǐng)域。此類接收機(jī)的核心功能是通過接收GNSS衛(wèi)星信號（北斗、GPS、Galileo等），解算衛(wèi)星時(shí)間與本地時(shí)間的偏差，實(shí)現(xiàn)本地時(shí)鐘與GNSS系統(tǒng)時(shí)間的精準(zhǔn)同步，其時(shí)間測量誤差需控制在納秒至微秒級別，才能滿足行業(yè)應(yīng)用需求。

由于時(shí)間測量型GNSS接收機(jī)在長期使用過程中，會受到環(huán)境溫度、電磁干擾、硬件老化等因素影響，其時(shí)間測量精度會逐漸偏移，因此定期對其進(jìn)行校準(zhǔn)是保障設(shè)備正常運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)校準(zhǔn)方法依賴戶外實(shí)地測試，受天氣、衛(wèi)星信號強(qiáng)度、地理環(huán)境等外界因素干擾大，校準(zhǔn)效率低、精度難以保證。

西安同步電子科技有限公司研發(fā)的SYN5206型導(dǎo)航信號發(fā)生器，是一款高性能多系統(tǒng)GNSS衛(wèi)星信號模擬設(shè)備，支持北斗、GPS、Galileo、GLONASS和QZSS五大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，可仿真生成高精度、高動態(tài)射頻信號，能夠在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中構(gòu)建可控、可重復(fù)的衛(wèi)星信號場景，完美解決戶外校準(zhǔn)的諸多弊端，成為時(shí)間測量型GNSS接收機(jī)校準(zhǔn)的理想工具。本文結(jié)合該模擬器的功能特性，詳細(xì)介紹時(shí)間測量型GNSS接收機(jī)的全套校準(zhǔn)流程與技術(shù)要點(diǎn)。
二、校準(zhǔn)原理與核心設(shè)備特性
2.1 校準(zhǔn)核心原理
時(shí)間測量型GNSS接收機(jī)的校準(zhǔn)核心，是通過標(biāo)準(zhǔn)GNSS信號模擬器（SYN5206型）生成已知參數(shù)（衛(wèi)星星歷、信號功率、傳播時(shí)延、時(shí)間基準(zhǔn)等）的GNSS衛(wèi)星信號，輸入至被校準(zhǔn)接收機(jī)；接收機(jī)接收信號后進(jìn)行解算，輸出本地時(shí)間與GNSS系統(tǒng)時(shí)間的偏差值（即時(shí)間測量誤差）；將接收機(jī)輸出的誤差值與模擬器預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)偏差值進(jìn)行比對，判斷接收機(jī)的時(shí)間測量精度是否符合要求，若不符合則進(jìn)行修正調(diào)整。

校準(zhǔn)過程中，需確保SYN5206型GNSS模擬器生成的信號參數(shù)精準(zhǔn)可控，其自身時(shí)間基準(zhǔn)需溯源至國家時(shí)間頻率基準(zhǔn)，從而保證接收機(jī)校準(zhǔn)結(jié)果的準(zhǔn)確性與溯源性。同時(shí)，結(jié)合接收機(jī)的工作原理，重點(diǎn)校準(zhǔn)其時(shí)間測量誤差、捕獲靈敏度、跟蹤靈敏度、重捕獲時(shí)間等關(guān)鍵參數(shù)，全面評估接收機(jī)的性能。
2.2 SYN5206型GNSS模擬器核心特性
同步天下牌的SYN5206型glonass衛(wèi)星模擬器作為本次校準(zhǔn)工作的核心設(shè)備，其高性能特性為校準(zhǔn)精度提供了有力保障，主要核心特性如下：

一是多系統(tǒng)兼容，支持北斗（BDS）、GPS、Galileo、GLONASS、QZSS五大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，可靈活配置單系統(tǒng)或多系統(tǒng)組合信號輸出，滿足不同類型時(shí)間測量型GNSS接收機(jī)的校準(zhǔn)需求；二是高精度時(shí)間基準(zhǔn)，內(nèi)置高穩(wěn)定性恒溫晶振，支持外接銣鐘或GPS/北斗馴服鐘，時(shí)間精度可達(dá)納秒級別，可溯源至國家時(shí)間頻率基準(zhǔn)，確保生成信號的時(shí)間參數(shù)精準(zhǔn)可靠；三是信號參數(shù)可調(diào)，可精準(zhǔn)設(shè)置衛(wèi)星星歷、信號功率（調(diào)節(jié)范圍可達(dá)-170dBm~-50dBm，分辨力1dB）、傳播時(shí)延、多普勒頻移、偽距誤差等參數(shù)，可模擬靜態(tài)、動態(tài)等多種場景下的衛(wèi)星信號；四是豐富的接口配置，配備射頻輸出接口（含大信號和小信號輸出兩種接口）、以太網(wǎng)接口、RS232接口等，可實(shí)現(xiàn)與被校準(zhǔn)接收機(jī)、計(jì)算機(jī)的便捷連接，支持遠(yuǎn)程控制與數(shù)據(jù)傳輸；五是功能全面，可完成接收機(jī)測距精度、導(dǎo)航電文測試、失鎖重捕測試、定位精度測試、靈敏度測試等多種校準(zhǔn)項(xiàng)目，廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星導(dǎo)航設(shè)備的研制、生產(chǎn)和測試全過程。
三、校準(zhǔn)前期準(zhǔn)備
3.1 校準(zhǔn)環(huán)境準(zhǔn)備
為確保校準(zhǔn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，需搭建符合要求的校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，具體要求如下：環(huán)境溫度控制在（23±2）℃，相對濕度控制在45%~65%，避免溫度、濕度劇烈變化；實(shí)驗(yàn)室需遠(yuǎn)離強(qiáng)電磁干擾源（如變頻器、高壓設(shè)備、無線通信設(shè)備等），防止電磁干擾影響接收機(jī)與模擬器的正常工作；地面需鋪設(shè)防靜電墊，操作人員佩戴防靜電手環(huán)，避免靜電損壞設(shè)備；實(shí)驗(yàn)室保持清潔，無灰塵、無振動，確保設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。
3.2 設(shè)備與工具準(zhǔn)備
本次校準(zhǔn)所需設(shè)備與工具主要包括：核心設(shè)備SYN5206型GNSS模擬器1臺、被校準(zhǔn)時(shí)間測量型GNSS接收機(jī)1臺；輔助設(shè)備包括：高穩(wěn)定性外接銣鐘（可選，用于提升模擬器時(shí)間基準(zhǔn)精度）、射頻電纜（低損耗，長度適中）、計(jì)算機(jī)（安裝模擬器控制軟件與數(shù)據(jù)處理軟件）、功率計(jì)（用于校準(zhǔn)模擬器射頻輸出功率）、示波器（用于觀測信號波形）；配套工具包括：螺絲刀、剝線鉗、防靜電手環(huán)、設(shè)備說明書、校準(zhǔn)記錄表格等。

3.3 設(shè)備預(yù)熱與調(diào)試
校準(zhǔn)前，需對所有設(shè)備進(jìn)行預(yù)熱與調(diào)試，確保設(shè)備處于正常工作狀態(tài)：一是將SYN5206型GNSS模擬器、被校準(zhǔn)接收機(jī)、外接銣鐘（若使用）等設(shè)備接通電源，預(yù)熱30分鐘以上，使設(shè)備內(nèi)部電路達(dá)到穩(wěn)定工作狀態(tài)；二是通過計(jì)算機(jī)連接SYN5206型模擬器，啟動控制軟件，檢查模擬器的各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置，確保時(shí)間基準(zhǔn)、衛(wèi)星系統(tǒng)、信號功率、星歷等參數(shù)符合校準(zhǔn)要求，若使用外接銣鐘，需完成模擬器與銣鐘的時(shí)間同步；三是檢查被校準(zhǔn)接收機(jī)的工作狀態(tài)，啟動接收機(jī)，確保其能夠正常接收GNSS信號、解算時(shí)間偏差，并通過接口將數(shù)據(jù)傳輸至計(jì)算機(jī)；四是連接射頻電纜，將模擬器的射頻輸出接口與接收機(jī)的射頻輸入接口連接牢固，檢查電纜連接是否松動，避免信號損耗影響校準(zhǔn)結(jié)果。
3.4 校準(zhǔn)依據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)
本次校準(zhǔn)工作嚴(yán)格遵循以下依據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)：JJF 1471-2024《全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）信號模擬器校準(zhǔn)規(guī)范》、JJF 1403-2013《全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）接收機(jī)（時(shí)間測量型）校準(zhǔn)規(guī)范》、GB/T 39413-2020《北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)信號模擬器性能要求及測試方法》、SYN5206型GNSS模擬器使用說明書、被校準(zhǔn)時(shí)間測量型GNSS接收機(jī)使用說明書。同時(shí)，校準(zhǔn)過程中需確保所有標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備均在檢定有效期內(nèi)，校準(zhǔn)記錄需符合計(jì)量檢測規(guī)范要求。
四、基于SYN5206型模擬器的接收機(jī)校準(zhǔn)流程
結(jié)合時(shí)間測量型GNSS接收機(jī)的核心性能指標(biāo)，本次校準(zhǔn)重點(diǎn)開展時(shí)間測量誤差、捕獲靈敏度、跟蹤靈敏度、重捕獲時(shí)間四項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù)的校準(zhǔn)，各項(xiàng)參數(shù)的校準(zhǔn)流程如下，所有校準(zhǔn)步驟均通過SYN5206型北斗模擬信號源實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制。
4.1 時(shí)間測量誤差校準(zhǔn)（核心項(xiàng)目）
時(shí)間測量誤差是時(shí)間測量型GNSS接收機(jī)的核心指標(biāo)，指接收機(jī)解算的本地時(shí)間與GNSS系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的偏差，校準(zhǔn)流程如下：
第一步，打開SYN5206型GNSS模擬器控制軟件，進(jìn)入“信號設(shè)置”界面，選擇被校準(zhǔn)接收機(jī)支持的衛(wèi)星系統(tǒng)（如北斗+GPS雙系統(tǒng)），加載標(biāo)準(zhǔn)衛(wèi)星星歷（可選用模擬器內(nèi)置星歷或?qū)胪獠烤珳?zhǔn)星歷），設(shè)置信號傳播時(shí)延為0（模擬衛(wèi)星信號直接傳輸，無額外時(shí)延），多普勒頻移為0（靜態(tài)場景），射頻輸出功率設(shè)置為-130dBm（常規(guī)接收信號功率），時(shí)間基準(zhǔn)選擇模擬器內(nèi)置恒溫晶振（或外接銣鐘），確保模擬器時(shí)間基準(zhǔn)精準(zhǔn)。
第二步，啟動模擬器信號輸出，確保信號穩(wěn)定輸出后，啟動被校準(zhǔn)接收機(jī)，讓接收機(jī)正常接收信號并進(jìn)行時(shí)間解算，持續(xù)運(yùn)行10分鐘，使接收機(jī)解算結(jié)果達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。
第三步，通過計(jì)算機(jī)分別采集SYN5206型模擬器輸出的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號（作為標(biāo)準(zhǔn)值）和被校準(zhǔn)接收機(jī)輸出的時(shí)間偏差數(shù)據(jù)（作為測量值），采集頻率設(shè)置為1次/秒，連續(xù)采集300組數(shù)據(jù)。
第四步，對采集到的300組數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，計(jì)算每組數(shù)據(jù)的時(shí)間測量誤差（測量值-標(biāo)準(zhǔn)值），然后計(jì)算誤差的最大值、最小值、平均值及標(biāo)準(zhǔn)差，判斷誤差是否在接收機(jī)的允許誤差范圍內(nèi)（通常時(shí)間測量型接收機(jī)允許誤差≤100ns）。若誤差超出允許范圍，需調(diào)整接收機(jī)的時(shí)間同步參數(shù)，重新進(jìn)行校準(zhǔn)，直至符合要求。
4.2 捕獲靈敏度校準(zhǔn)
捕獲靈敏度指接收機(jī)在無先驗(yàn)導(dǎo)航數(shù)據(jù)和時(shí)間信息的情況下，能夠成功捕獲GNSS衛(wèi)星信號的最小信號功率，直接影響接收機(jī)在弱信號環(huán)境下的工作能力，校準(zhǔn)流程如下：
第一步，將被校準(zhǔn)接收機(jī)開機(jī)，通過其控制界面清除所有先驗(yàn)導(dǎo)航數(shù)據(jù)和時(shí)間信息，然后關(guān)閉接收機(jī)電源，確保接收機(jī)處于冷啟動狀態(tài)。
第二步，打開SYN5206型模擬器控制軟件，進(jìn)入“靈敏度校準(zhǔn)”場景，設(shè)置場景為靜態(tài)場景，僅選擇一顆衛(wèi)星（位于天頂上空，信號傳播路徑最優(yōu)），仿真時(shí)間設(shè)置為60分鐘，射頻輸出功率初始值設(shè)置為-160dBm。
第三步，啟動模擬器信號輸出，同時(shí)啟動被校準(zhǔn)接收機(jī)，等待5分鐘，觀察接收機(jī)是否成功捕獲衛(wèi)星信號。接收機(jī)是否成功捕獲衛(wèi)星，可通過其輸出的NMEA-0183協(xié)議GSV語句判斷，若語句中<7>位（信噪比）顯示0~99dB，則表明捕獲成功；若為空，則表明未捕獲成功。若接收機(jī)不支持該協(xié)議，可按照其操作手冊的要求判斷捕獲狀態(tài)。
第四步，若接收機(jī)未成功捕獲衛(wèi)星信號，將模擬器輸出功率每次增大1dB（符合模擬器功率調(diào)節(jié)分辨力要求），每次調(diào)節(jié)后等待5分鐘，直至接收機(jī)成功捕獲衛(wèi)星信號，此時(shí)模擬器的輸出功率即為接收機(jī)的捕獲靈敏度。
4.3 跟蹤靈敏度校準(zhǔn)
跟蹤靈敏度指接收機(jī)在成功捕獲衛(wèi)星信號后，能夠持續(xù)跟蹤信號、維持正常時(shí)間解算的最小信號功率，校準(zhǔn)流程如下：
第一步，重復(fù)捕獲靈敏度校準(zhǔn)的第一步，使被校準(zhǔn)接收機(jī)清除先驗(yàn)數(shù)據(jù)、斷電，處于冷啟動狀態(tài)。
第二步，打開SYN5206型模擬器控制軟件，開啟靈敏度校準(zhǔn)場景，設(shè)置與捕獲靈敏度校準(zhǔn)相同的靜態(tài)場景（單顆天頂衛(wèi)星，仿真時(shí)間60分鐘），將模擬器輸出功率調(diào)節(jié)為上一步測得的捕獲靈敏度功率，啟動信號輸出。
第三步，啟動被校準(zhǔn)接收機(jī)，等待其成功捕獲衛(wèi)星信號并進(jìn)入穩(wěn)定跟蹤狀態(tài)，確保接收機(jī)能夠正常輸出時(shí)間偏差數(shù)據(jù)。
第四步，逐漸降低模擬器輸出功率，每次降低1dB，每次調(diào)節(jié)后等待60秒，觀察接收機(jī)的跟蹤狀態(tài)。若60秒內(nèi)接收機(jī)能夠持續(xù)跟蹤信號、正常解算時(shí)間，則繼續(xù)降低功率；若接收機(jī)出現(xiàn)信號失鎖、無法正常解算時(shí)間的情況，停止降低功率，此時(shí)接收機(jī)失鎖前一次的模擬器輸出功率即為跟蹤靈敏度。
4.4 重捕獲時(shí)間校準(zhǔn)
重捕獲時(shí)間指接收機(jī)在衛(wèi)星信號中斷后，重新接收到信號并輸出第一個(gè)有效時(shí)間解算值（或定位值）的時(shí)間間隔，校準(zhǔn)流程如下：
第一步，打開SYN5206型模擬器控制軟件，進(jìn)入信號設(shè)置界面，按照時(shí)間測量誤差校準(zhǔn)的參數(shù)設(shè)置場景（雙系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)星歷、靜態(tài)、輸出功率-130dBm），啟動模擬器信號輸出。
第二步，啟動被校準(zhǔn)接收機(jī)，待其正常定位、時(shí)間解算穩(wěn)定后，持續(xù)運(yùn)行1分鐘，確保接收機(jī)與模擬器信號同步。
第三步，通過模擬器控制軟件暫停輸出仿真信號，保持暫停狀態(tài)5秒（或按接收機(jī)技術(shù)要求設(shè)置暫停時(shí)間），然后恢復(fù)模擬器信號輸出，同時(shí)啟動計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)。
第四步，密切觀察被校準(zhǔn)接收機(jī)的輸出數(shù)據(jù)，記錄從模擬器重新輸出信號至接收機(jī)輸出第一個(gè)有效時(shí)間解算值（或定位值）的時(shí)間間隔，即為單次重捕獲時(shí)間。
第五步，重復(fù)上述步驟5次，采集5組重捕獲時(shí)間數(shù)據(jù)，計(jì)算5組數(shù)據(jù)的平均值，作為接收機(jī)的重捕獲時(shí)間校準(zhǔn)結(jié)果，通常要求重捕獲時(shí)間≤10秒。
總結(jié)
時(shí)間測量型GNSS接收機(jī)的校準(zhǔn)是保障其高精度時(shí)間測量與同步能力的關(guān)鍵手段，傳統(tǒng)戶外校準(zhǔn)方法受外界因素干擾大、效率低，而西安同步SYN5206型北斗模擬器憑借其多系統(tǒng)兼容、高精度時(shí)間基準(zhǔn)、信號參數(shù)可調(diào)等優(yōu)勢，能夠在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化、可重復(fù)的校準(zhǔn)場景，有效解決了傳統(tǒng)校準(zhǔn)方法的弊端。

審核編輯 黃宇