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卫星导航接收机高低温试验理论分析

作者: salmon范 编辑: 瑞凯仪器 来源: xh-studios.com 发布日期: 2020.04.02
    高低温试验是验证设备在实战或使用条件下的适应性并剔除设备潜在故障的有效手段。因此,设计的试验和评定方法要能检验到设备每个模块、芯片在高低温条件下的工作状态,这对设备性能与可靠性提升、设备质量保障十分重要。

    1、工作温度确定

    确定高低温工作温度需考虑两个因素:设备寿命期内可能遇到的极限气候条件;在现有科技条件下设备硬件各模块、芯片可承受的极限温度。气候类型主要有5个:基本、热、冷、严冷、沿海/海洋。我国大部分地区属于冷.基本和沿海/海洋气候,最低温度在-40℃左右,最高温度在44℃左右。目前组成卫星导航接收机的核心模块多数是国内自主研发,可承受的极限工作温度在-40~65℃。综合以上因素,为了既能达到试验目的,又不使设备遭受破坏,可确定高低温试验温度为-40~55℃。

    2、试验方法设计

    卫星导航接收机是大系统服务的载体,可捕获、跟踪卫星信号,并完成实时信息解算和显示。作为一种特殊的通信设备,高低温试验可设计两种方式:无线条件和有线条件。前者是将接收机整机、配件和外置发射天线放入高低温试验箱内,启动试验箱升温或降温到指定工作温度,保持1h,然后利用卫星导航接收机测试系统控制信号源通过发射天线连续播发某模拟场景下某频点的卫星信号,接收机通过本机天线接收该信号,通过串口上报相关数据,利用测试评估软件完成对接收机的评定。后者将信号源播发的信号通过外置的低噪放模块与接收机有线测试口直接相连来进行收发。连接方式如图1所示。

图1 连接方式

    两种方式各有利弊。无线试验条件是对整机的测试,但由于卫星信号在高低温试验箱内受多径效应影响,信号不够稳定,需提高信号功率,大约在5dB左右,且捕获、跟踪信号的效果受接收机与外置天线相对位置和角度的影响很大。有线条件下,卫星信号没有多径效应等因素的影响,信号非常稳定,测试结果能准确反映设备的工作情况,但这种方式的缺点在于它并不是设备实际工作方式;在整个试验过程中,信号的滤波、放大、去噪等是通过外置的低噪放模块完成的,没有通过本机的天线部分,所以不能达到对整机测试的目的。
综上所述,卫星导航接收机高低温试验中应采取有线加无线的方式来保证试验的准确性、公平性和完整性。

     3、合格性判定方法

    对于卫星导航接收机来说,评定它性能和功能的指标有十余项。在高低温试验中用什么来评定设备是否合格,既能准确判定设备在高低温下的工作状态,又能排除算法的影响从而找到故障的本质原因,是非常重要的一个课题。
    接收机接收到信号源发播的射频信号,经过滤波、去噪放大、变频、模数转换、解扩、解调后为某模块提供时钟信息,然后某模块产生码源给基带芯片,完成对信号的捕获、跟踪等,并由DSP来解算定位和测速,最终由ARM将解算后的数据上报并显示。虽然定位精度能够反映整机在高低温下的工作状态,但不能作为排查故障原因的依据。
    为了达到环境试验的目的,在测试定位精度的同时还应检测误码率,即解算导航电文的正确程度,它只需要C码,无需借助前文提及的某模块。在高低温工作试验中误码率达到指标要求,而定位数据不上报或精度不达标的话,问题即锁定在了某模块和DSP模块上。
    如果误码率不能满足指标要求,则很容易在天线.低噪放、射频、A\D、基带中排查问题。天线是无源设备,不受温度的影响;A\D是非常成熟的芯片;低噪放可通过有线和无线的试验方式来检验,所以问题锁定在射频和基带模块上。
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