RNSS射頻基帶一體化芯片測試方法研究

夏天，劉英乾，楊文彬，王田

(北京東方計量測試研究所，北京 100086)

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RNSS射頻基帶一體化芯片測試方法研究

夏天，劉英乾，楊文彬，王田

(北京東方計量測試研究所，北京 100086)

摘要：隨著衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，導(dǎo)航芯片成為民用衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用的核心競爭力。擁有諸多優(yōu)勢的射頻基帶一體化芯片是導(dǎo)航芯片發(fā)展的主流方向之一，本文依托某應(yīng)用推廣項(xiàng)目，對國產(chǎn)的該類芯片進(jìn)行測試驗(yàn)證，通過不同模態(tài)下對其定位精度和跟蹤靈敏度的考核，驗(yàn)證了芯片的基本功能，對該類芯片的測試方法進(jìn)行了初步研究。

關(guān)鍵詞：民用導(dǎo)航；一體化芯片；測試方法

0引言

隨著移動通信和衛(wèi)星導(dǎo)航融合趨勢的不斷加深，衛(wèi)星導(dǎo)航芯片的形態(tài)也在不斷地演進(jìn)變化。從獨(dú)立的導(dǎo)航射頻芯片和基帶芯片到射頻基帶一體化芯片，集成度越來越高，功能越來越完善，市場推進(jìn)也越來越深入[1]。目前，同國外相比，國內(nèi)衛(wèi)星導(dǎo)航芯片的主要形態(tài)是獨(dú)立的導(dǎo)航射頻芯片和基帶芯片，性能方面存在較大差距，因此一體化芯片的比測工作顯得十分重要。本文主要內(nèi)容是一體化芯片測試方法研究，以此驗(yàn)證該類國產(chǎn)芯片的功能。

1測試方法

針對一體化芯片測試項(xiàng)目較多、應(yīng)用場景豐富的特點(diǎn)，采用實(shí)際信號和室內(nèi)仿真信號相結(jié)合、動態(tài)測試和靜態(tài)測試相結(jié)合的測試方式。利用精密參考點(diǎn)和跑車試驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)建實(shí)際信號下的靜態(tài)和動態(tài)測試環(huán)境，利用衛(wèi)星導(dǎo)航信號模擬器搭建室內(nèi)仿真測試環(huán)境。本文選取靜態(tài)定位精度和跟蹤靈敏度兩項(xiàng)典型指標(biāo)進(jìn)行分析。

1.1　靜態(tài)定位精度測試

該項(xiàng)目考核被測芯片接受衛(wèi)星實(shí)際信號時靜態(tài)定位性能，利用已經(jīng)標(biāo)定的精確坐標(biāo)點(diǎn)開展測試，其系統(tǒng)連接如圖1所示。實(shí)際測試中，固定在精確已知點(diǎn)的導(dǎo)航型天線將衛(wèi)星實(shí)際信號輸入測試系統(tǒng)，并通過功分器為多路并行測試創(chuàng)造條件；通過測控計算機(jī)、串口服務(wù)器、程控電源實(shí)現(xiàn)被測芯片的自動加斷電以及播發(fā)控制指令，使芯片在BDS模式和BDS+GPS聯(lián)合模式下分別定位上報結(jié)果，再由專用軟件對被測芯片該項(xiàng)性能進(jìn)行評估。

1.2　跟蹤靈敏度測試

跟蹤靈敏度是指被測芯片在捕獲信號后，能夠保持穩(wěn)定輸出并符合定位精度要求的最小信號電平。實(shí)際測試中，根據(jù)要求設(shè)計特定的場景導(dǎo)入衛(wèi)星導(dǎo)航信號模擬器產(chǎn)生衛(wèi)星導(dǎo)航射頻信號，芯片接收該信號進(jìn)行定位解算并上報定位結(jié)果信息。通過設(shè)置測試系統(tǒng)輸出信號功率以1 dB步進(jìn)遞減直至無法定位，得到芯片跟蹤靈敏度性能。測試現(xiàn)場照片如圖2所示。

圖1　靜態(tài)定位精度測試系統(tǒng)連接圖

(a) 測試評估系統(tǒng)　　　　(b) 被測芯片

2評估方法

2.1　靜態(tài)定位精度評估方法

采集的各時刻定位數(shù)據(jù)，剔除定位語句中有效標(biāo)示符為“無效”的數(shù)據(jù)；在得到的剩余實(shí)時定位數(shù)據(jù)中剔除平面精度因子HDOP>4或位置精度因子PDOP>6的測量數(shù)據(jù)，剔除后的定位數(shù)據(jù)參與定位準(zhǔn)確度的解算，參與解算的定位數(shù)據(jù)與標(biāo)定的已知位置值相比，計算定位準(zhǔn)確度。計算方法如下：

將被測模塊輸出的大地坐標(biāo)系定位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為站心坐標(biāo)系定位數(shù)據(jù)，計算各歷元輸出的定位數(shù)據(jù)在站心坐標(biāo)系下各方向(NEU方向，即北東天方向)的定位誤差，有

ΔNi=Ni-N0i

ΔEi=Ei-E0i

ΔUi=Ui-U0i

式中：ΔNi，ΔEi，ΔUi為第i次實(shí)時定位數(shù)據(jù)沿N，E，U方向的定位誤差(i] 1，2，…，n)，m；Ni，Ei，Ui為第i次實(shí)時定位數(shù)據(jù)沿N，E，U方向的分量，m；N0i，E0i，U0i為第i次實(shí)時定位的標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)沿N，E，U方向的分量，m。

計算站心坐標(biāo)系下各方向的定位偏移：

計算定位誤差的標(biāo)準(zhǔn)差：

式中：σN，σE，σU為定位誤差的標(biāo)準(zhǔn)差在N，E，U方向的分量，m。

則，水平定位精度uH為

垂直定位精度uU為

uU=σU

2.2　跟蹤靈敏度評估方法

被測設(shè)備定位結(jié)果(三維)連續(xù)十次小于60 m的條件下，被測芯片RF輸入接口電平即為跟蹤靈敏度[2]。

3結(jié)果分析

一體化芯片的比測集中了多家國內(nèi)領(lǐng)先的芯片廠商，本文選取其中表現(xiàn)優(yōu)異的某型號SOC芯片的測試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。該芯片的靜態(tài)定位精度和跟蹤靈敏度在BDS模式和BDS+GPS聯(lián)合模式下分別進(jìn)行了測試[3]，結(jié)果如表1所示。

表1　測試結(jié)果

從表1給出的測試結(jié)果來看，在北斗+GPS聯(lián)合定位模式下，結(jié)果均好于單北斗模式，從側(cè)面反映出雙模對定位性能提高的優(yōu)勢[4]。該結(jié)果滿足了指標(biāo)規(guī)定要求，反映出國內(nèi)廠家在軟件算法和硬件設(shè)計上取得了長足進(jìn)步，其芯片已接近國際先進(jìn)水平。

4總結(jié)

隨著民用導(dǎo)航的快速發(fā)展，消費(fèi)類市場對于衛(wèi)星導(dǎo)航芯片發(fā)展的基本要求就是在不斷提升性能指標(biāo)的同時追求芯片產(chǎn)品的低功耗、低成本、小尺寸和易集成。將導(dǎo)航射頻和基帶功能集成(包括低噪放、濾波器和抗干擾在內(nèi)的元器件和功能)，形成一體化導(dǎo)航芯片，在降低外圍物料面積和成本的同時也降低用戶應(yīng)用時的設(shè)計難度，是芯片發(fā)展的方向之一[5]。

本文依托某應(yīng)用推廣項(xiàng)目，對國產(chǎn)射頻基帶一體化芯片進(jìn)行了比測，通過對不同模式下定位精度、跟蹤靈敏度的測試分析，形成了一體化芯片的初步測試方法，有助于后續(xù)此類測試工作的開展。

參考文獻(xiàn)

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Study on Test Method of System on Chip for RNSS

XIA Tian，LIU Yingqian，YANG Wenbin，WANG Tian

(Beijing Orient Institute for Measurement & Test，Beijing 100086，China)

Abstract：Navigation chip has become the core competitiveness of civil satellite application with the rapid development of satellite navigation industry.System on Chip(SOC)with many advantages is one of the mainstreams of navigation chip development.We conducted test and certification to this homemade chips based on an application promotion project.This paper presents a study on test method and verifies the basic functions of the chip through assessing positioning accuracy and tracking sensitivity under different modalities.

Key words：civil navigation；system on chip；test method

作者簡介：夏天(1985-)，男，湖南安化人，工程師，現(xiàn)從事導(dǎo)航測試研究工作。

基金項(xiàng)目：中國第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)專項(xiàng)產(chǎn)業(yè)化民用基礎(chǔ)類項(xiàng)目(0303010206)

收稿日期：2015-06-16；修回日期：2015-08-21

中圖分類號：TB9；TN407

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1674-5795(2015)05-0049-03

doi：10.11823/j.issn.1674-5795.2015.05.11