全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)(GNSS)是一個一般術(shù)語，用于描述使用衛(wèi)星信號來確定用戶接收機位置的系統(tǒng)。目前的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)中，美國的GPS系統(tǒng)和俄羅斯的GLONASS系統(tǒng)處于完全運行狀態(tài)，可以提供全球定位服務。此外，中國的北斗系統(tǒng)(也稱為Compass)和歐盟的Galileo系統(tǒng)正在部署的進程中。在上述四種全球?qū)Ш较到y(tǒng)中，GPS是歷史最悠久的系統(tǒng)，于1994年起提供全球定位服務。GPS系統(tǒng)也在不斷的升級和更新中，來提供更多的信號和更精準的定位服務。2012年，該系統(tǒng)的BlockIIF衛(wèi)星正式投入使用，BlockIII衛(wèi)星也在規(guī)劃中。GLONASS系統(tǒng)最早始于1982年前蘇聯(lián)時期，由于蘇聯(lián)解體曾一度停滯。近年來，俄羅斯重啟并完成了該系統(tǒng)。GLONASS系統(tǒng)已于2011年10月正式運行，提供全球定位服務。俄羅斯通過使用新型GLONASS-K衛(wèi)星，發(fā)射與GPS和Galileo類似的信號，持續(xù)的對系統(tǒng)進行更新升級。

北斗系統(tǒng)于2011年12月開始提供有限的初始服務，2012年9月正式公布。公布之初，北斗的空間段包括15顆衛(wèi)星，向亞太地區(qū)提供區(qū)域定位服務。整個系統(tǒng)計劃于2020年完成。由于中國政府直到2012年12月才發(fā)布接口控制文檔(ICD)，北斗系統(tǒng)的相關(guān)產(chǎn)品開發(fā)也受到了一些限制。現(xiàn)如今，ICD已經(jīng)發(fā)布，北斗產(chǎn)品的開發(fā)有望實現(xiàn)快速增長。除了上述四種衛(wèi)全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)之外，還存在一些其它的相關(guān)衛(wèi)星系統(tǒng)。一種是星基增強系統(tǒng)(SBAS)，通過使用地球同步衛(wèi)星，為已有的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)傳遞校正和完整性數(shù)據(jù)，進而提高GNSS接收機的定位精度。星基增強系統(tǒng)包括北美的廣域增強系統(tǒng)(WAAS)、歐洲的地球同步軌道覆蓋服務(EGNOS)、日本的基于多功能衛(wèi)星的增強系統(tǒng)(MSAS)、印度的GPS和GEO增強導航系統(tǒng)(GAGAN)。另一種是區(qū)域衛(wèi)星導航系統(tǒng)(RNSS)，通過發(fā)射只在特定區(qū)域上空運行的衛(wèi)星，提高特定區(qū)域的衛(wèi)星覆蓋率，從而增加可見星的數(shù)目。區(qū)域衛(wèi)星導航系統(tǒng)包括日本的準天頂衛(wèi)星系統(tǒng)(QZSS)和印度的區(qū)域?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(IRNSS)。目前首顆QZSS衛(wèi)星已經(jīng)投入使用，已有支持該衛(wèi)星的設備上市。IRNSS系統(tǒng)還處于開發(fā)階段，預計將包括三顆地球靜止衛(wèi)星和四顆地球同步衛(wèi)星。

GNSS技術(shù)應用和增長動力

GNSS市場在很多因素的驅(qū)動下正在快速發(fā)展，其中最主要的驅(qū)動因素是手機和平板電腦中基于位置應用的迅速增長。還有些其它因素包括:車載導航的廣泛應用，內(nèi)置GPS的消費類電子設備(例如數(shù)碼相機和運動手表)的出現(xiàn)，以及基于位置的跟蹤應用的普及等等。舉例來說，通過跟蹤車隊的汽車來獲取實時的物流信息，使用個人跟蹤應用來監(jiān)控工人和保障年長者的安全，警方利用定位技術(shù)來監(jiān)控軟禁或獲得假釋的罪犯。另外，還出現(xiàn)了寵物追蹤設備和服務。正是由于GNSS市場的快速增長，傳統(tǒng)的WLAN和手機芯片廠商也在積極的進行GNSS芯片及模塊的研發(fā)。GNSS芯片向多?；姆较虬l(fā)展，即單一芯片支持多種GNSS系統(tǒng)，比如GPS+GLONASS，GPS+Galileo，GPS+北斗等等。此外，GNSS在高精度領(lǐng)域也有應用，主要是一些行業(yè)應用，包括測繪、飛行器、航空航天及國防應用(無人機或?qū)椫械闹茖到y(tǒng)等)。本應用指南主要介紹消費類GNSS設備及應用的測試。

GNSS系統(tǒng)描述

GNSS系統(tǒng)分為三個主要部分?！臻g段由衛(wèi)星或航天器(SV)組成，用于傳輸包含衛(wèi)星軌道、位置、傳輸時間的導航電文?！刂贫沃傅孛姹O(jiān)測站和主控中心，用于跟蹤衛(wèi)星信號、收集偽距測量數(shù)據(jù)和大氣層模型數(shù)據(jù)、提供導航信息更新、大氣信息和校正信息以及進行衛(wèi)星控制?！脩舳问侵窯NSS接收機。

圖1GNSS接收機工作原理

GNSS接收機通過三邊測量法來計算自身位置。它使用導航電文中的傳輸時間和位置數(shù)據(jù)，測量衛(wèi)星信號的時延，并由此計算接收機與衛(wèi)星的距離(偽距)。首先，距離某顆衛(wèi)星特定距離(偽距)的GNSS接收機所有的可能位置構(gòu)成了一個球面。兩個球面的交集是一個圓環(huán)。三個球面的交集則是兩個點。最后需要第四個數(shù)據(jù)來確定接收機的正確位置。第四個數(shù)據(jù)可以是地球表面，也就是說，如果接收機位于地球表面，則位于地球表面上的點就是接收機的正確位置。對于更普遍的解決方案，則需要第四顆衛(wèi)星的偽距，來進行定位。同時通過對四顆衛(wèi)星進行測量，不僅可以確定接收機的位置信息，即經(jīng)度、緯度和高度，還可以校正接收機的時鐘誤差，確定正確時間。

GNSS接收機測試的要求

通過使用天線接收空中的GNSS信號來進行GNSS接收機測試，是簡單可實現(xiàn)的，但是這種測試存在很多問題。首先它只能提供有限的信息，由于空中的GNSS信號受多種因素影響，在持續(xù)的變化，因此很難保證測試信號的可控性和可持續(xù)性。再有，在特定的位置和時間上，有可能沒有足夠的可用衛(wèi)星信號可以接收。此外，一些特殊情況下的測試，例如遠程測試和高速運動的場景測試，測試費用高昂，而且很難實現(xiàn)。存儲和回放系統(tǒng)可以提供仿真的GNSS信號，進行接收機測試。雖然這類系統(tǒng)能夠提供可重復的測試信號，但是它不能對所存儲的信號進行修改，不能調(diào)整單個衛(wèi)星的信號，或是在信號回放時實時添加減損。為了解決這些問題，可以使用GNSS信號仿真器來進行GNSS接收機測試。GNSS信號仿真器可以仿真GNSS接收機所接收的信號:來自于多顆衛(wèi)星的GNSS信號，每顆衛(wèi)星的信號具有不同的時延、多普勒頻偏和功率電平。實時GNSS仿真器允許在信號生成的過程中對信號進行修改。GNSS仿真器的另一個優(yōu)勢是能夠仿真實際中不存在的衛(wèi)星，從而可以在系統(tǒng)中(例如Galileo和北斗)全部衛(wèi)星完成部署之前，對系統(tǒng)進行早期測試。中電科儀器儀表公司研制的1465L微波矢量信號發(fā)生器完全可以滿足上述要求。

圖21465L微波矢量信號發(fā)生器實物圖