一种卫星时间同步设备异常处理能力的测试装置和方法

摘要

本发明公开了一种卫星时间同步设备异常处理能力的测试装置和方法，包括GNSS授时电路、数据解析模拟电路、脉冲模拟电路、电平转换电路和时钟电路；所述数据解析模拟电路接收并解析所述外部控制设备产生的一种或多种卫星数据异常场景控制参数、通过模拟单元仿真异常场景并将产生的数据封装成为报文后发送给被测设备；所述数据解析模拟电路接收并解析脉冲异常场景控制参数并发送给脉冲模拟电路，脉冲模拟电路根据所述控制参数调整脉冲相位和/或脉冲频率，将产生的异常脉冲信号发送给被测设备。本发明用以测试卫星时间同步设备对于异常情况的容错能力及其异常处理算法的完备性，体积小，成本低，易操作，可满足一般测试要求。

说明书

技术领域

本发明涉及卫星导航系统应用技术领域，具体涉及一种卫星时间同步设备异常处理能力的测试装置和方法。

背景技术

卫星时间同步设备在通信、电力、金融等领域和国防领域有着广泛和重要的应用。行业应用中时间统一系统的安全运行，要求卫星时间同步设备具有完好的可靠性和健壮性，具备对其内部GNSS授时接收模块的异常处理能力。

常规测试方法是采用卫星模拟信号源仿真异常场景，造成GNSS授时接收模块工作异常，进而测试卫星时间同步设备的异常处理能力。这种测试的核心设备——卫星模拟信号源，其功能及操作方法繁复，体积大、功耗高，并且价格昂贵。对于卫星时间同步设备制造商而言，这种测试方法及装置成本高且效率低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种卫星时间同步设备异常处理能力的测试装置，本发明解决了目前卫星时间同步设备的异常处理能力的测试方法及装置成本高且效率低的技术问题。

本发明通过以下技术方案实现：

一种卫星时间同步设备异常处理能力的测试装置，包括GNSS授时电路、数据解析模拟电路、脉冲模拟电路、电平转换电路和时钟电路；

所述GNSS授时电路的数据端口与所述数据解析模拟电路的信息输入端口连接，所述GNSS授时电路的1PPS信号端口与所述数据解析模拟电路和所述脉冲模拟电路的1PPS信号输入端口连接；所述时钟电路与所述数据解析模拟电路和脉冲模拟电路连接，为其提供可靠的工作时钟；

所述数据解析模拟电路的控制输入端通过所述电平转换电路与外部控制设备连接；所述数据解析模拟电路的控制输出端与所述脉冲模拟电路的控制输入端连接；

所述数据解析模拟电路接收并解析所述外部控制设备产生的一种或多种卫星数据异常场景控制参数、模拟仿真异常场景并将产生的数据封装成为被测卫星时间同步设备可识别的报文后发送给所述电平转换电路的数据信号端口；所述数据解析模拟电路接收并解析所述外部控制设备产生的一种或多种脉冲异常场景控制参数并发送给脉冲模拟电路，脉冲模拟电路根据所述控制参数调整脉冲相位和/或脉冲频率，将产生的异常脉冲信号发送给所述电平转换电路的PPS信号端口；

电平转换电路进行数据信号和PPS信号的电平变换，并发送给所述被测卫星时间同步设备。

所述数据解析模拟电路包括数据解析单元、数据封装单元、RF状态信息及通道状态模拟单元、PVT信息及状态信息模拟单元和闰秒信息模拟单元；

其中所述数据解析单元接收并解析所述外部控制设备发送的一种或多种卫星数据和/或脉冲异常场景控制参数以及所述GNSS授时电路输出的RF状态、通道状态、PVT信息与状态和闰秒预告信息；

所述数据封装单元将所述RF状态信息及通道状态模拟单元、PVT信息及状态信息模拟单元和闰秒信息模拟单元产生的异常场景数据封装成为卫星时间同步设备可识别的报文；

所述RF状态信息及通道状态模拟单元模拟天线开短路状态及接收通道异常场景；所述PVT信息及状态信息模拟单元模拟异常的定时定位结果及异常的状态信息；所述闰秒信息模拟单元模拟异常的闰秒预告场景。

所述脉冲模拟电路包括相位调整电路、少脉冲电路、多脉冲电路和选择电路，

其中所述相位调整电路根据脉冲异常场景控制参数对所述GNSS授时电路输出的1PPS信号进行相位调整；

所述少脉冲电路和所述多脉冲电路根据脉冲异常场景控制参数对所述相位调整电路输出的1PPS信号进行处理，生成异常脉冲信号；

选择电路根据脉冲异常场景控制参数，选择所述相位调整电路、所述少脉冲电路和所述多脉冲电路的任一输出信号作为所述脉冲模拟电路的输出PPS信号。

所述GNSS授时电路接收GNSS卫星导航信号，为所述数据解析模拟电路的数据端口提供RF状态、通道状态、PVT信息与状态和闰秒预告信息，为所述数据解析模拟电路和所述脉冲模拟电路的1PPS信号端口提供正常的1PPS信号。

所述卫星数据异常场景控制参数包括RF异常类型、通道异常类型、PVT异常类型和闰秒异常类型。

所述脉冲异常场景控制参数包括脉冲相位参数、少脉冲异常类型、多脉冲异常类型和脉冲选择参数。

优选地，所述电平转换电路为一电压转换芯片。

优选地，所述时钟电路由晶振及其外围器件组成。

一种卫星时间同步设备异常处理能力的测试方法，所述方法涉及GNSS授时电路、数据解析模拟电路、脉冲模拟电路、电平转换电路和时钟电路，其中所述时钟电路与所述数据解析模拟电路和脉冲模拟电路连接，为所述数据解析模拟电路和脉冲模拟电路提供可靠的工作时钟，其余电路的工作步骤如下：

步骤一、GNSS授时电路通过GNSS天线接收GNSS卫星导航信号；

步骤二、所述GNSS授时电路为所述数据解析模拟电路的信息输入端口提供RF状态、通道状态、PVT信息与状态和闰秒预告信息，为所述数据解析模拟电路的1PPS信号输入端口和所述脉冲模拟电路的输入端口提供正常的1PPS信号；

步骤三、外部控制设备产生一种或多种卫星数据异常场景和脉冲异常场景控制参数，通过电平转换电路转换电平后发送给所述数据解析模拟电路；

步骤四、所述数据解析模拟电路接收并解析所述一种或多种卫星数据异常场景控制参数、仿真模拟一种或多种卫星数据异常场景并将仿真模拟产生的数据封装成为卫星时间同步设备可识别的报文后发送给所述电平转换电路的数据信号端口；

步骤五、所述数据解析模拟电路接收并解析所述的一种或多种脉冲异常场景控制参数并发送给所述脉冲模拟电路的输入端口；

步骤六、所述脉冲模拟电路根据所述控制参数调整脉冲相位和/或脉冲频率，将产生的异常脉冲信号发送给所述电平转换电路的PPS信号端口；

步骤七、所述电平转换电路进行数据信号和PPS信号的电平变换，并发送给被测卫星时间同步设备；

步骤八、检测所述卫星时间同步设备的异常处理能力。

本发明的一种卫星时间同步设备异常处理能力的测试装置和方法，用以模拟GNSS授时电路产生各种异常场景，以测试后端卫星时间同步设备对于异常情况的容错能力及其异常处理算法的完备性。该装置体积小，成本低，易操作，可满足一般测试要求，并且功能可扩展性强。

附图说明

图1为本发明的测试装置的结构框图。

图2为本发明的测试装置的数据解析模拟电路原理图。

图3为本发明的测试装置的脉冲模拟电路原理图。

图4为本发明的测试装置的装置应用实例图。

图5为GNSS授时电路PVT时间信息异常时处理流程图。

图6为GNSS授时电路1PPS脉冲异常时处理流程图。

具体实施方式

如图1所示，一种卫星时间同步设备异常处理能力的测试装置，包括GNSS授时电路、数据解析模拟电路、脉冲模拟电路、电平转换电路和时钟电路；

所述GNSS授时电路接收GNSS卫星导航信号，实现定时定位功能。其数据端口与所述数据解析模拟电路的信息输入端口连接，为数据解析模拟电路提供RF状态、通道状态、PVT信息与状态及闰秒预告等信息。所述GNSS授时电路的1PPS信号端口与所述数据解析模拟电路和所述脉冲模拟电路的1PPS信号输入端口连接，为数据解析模拟电路和脉冲模拟电路提供正常的1PPS信号；

GNSS授时电路具体可由授时星卡实现，授时星卡可提供RF状态、通道状态、PVT信息与状态和闰秒等信息以及正常的1PPS信号；

所述时钟电路与所述数据解析模拟电路和脉冲模拟电路连接，向数据解析模拟电路和脉冲模拟电路提供可靠的工作时钟。时钟电路具体可由晶振及其外围器件实现；

所述数据解析模拟电路的控制输入端通过所述电平转换电路与外部控制设备连接；所述数据解析模拟电路的控制输出端与所述脉冲模拟电路的控制输入端连接；

所述数据解析模拟电路接收并解析所述外部控制设备产生的一种或多种卫星数据异常场景控制参数、模拟仿真异常场景并将产生的数据封装成为被测卫星时间同步设备可识别的报文后发送给所述电平转换电路的数据信号端口；所述数据解析模拟电路接收并解析所述外部控制设备产生的一种或多种脉冲异常场景控制参数并发送给脉冲模拟电路，脉冲模拟电路根据所述控制参数调整脉冲相位和/或脉冲频率，将产生的异常脉冲信号发送给所述电平转换电路的PPS信号端口；

电平转换电路进行串行数据信号和1PPS信号的电平转换，实现与外部控制设备及卫星时间同步设备的匹配连接。电平转换电路具体可由电压转换芯片实现。

所述卫星数据异常场景控制参数包括RF异常类型、通道异常类型、PVT异常类型和闰秒异常类型。

RF异常类型包括：1.天线短路；2.天线开路。

通道异常类型包括：在外部条件良好条件下，1.通道长时间处于无操作状态；2.通道长时间处于捕获状态(注：持续时间可设置)。

PVT异常类型包括PVT信息异常和PVT状态异常。

PVT信息异常类型包括：1.定位结果异常；2定时结果异常。

PVT状态异常类型包括：在自动位置保持模式下，1.定位长时间处于无操作状态；2.定位长时间处于2D/3D定位状态；3.定时处于长时间不可用状态(注：持续时间可设置)。

闰秒异常类型包括：

1.闰秒预告参数中当前闰秒值和未来闰秒值差值绝对值不为1，差值绝对值可设置；

2.当前闰秒值和未来闰秒值相等但同时跳变，跳变后数值可设置；

3.闰秒预告发生时间发生在过去，闰秒预告发生时间可设置。

如图2所示，所述数据解析模拟电路包括数据解析单元、数据封装单元、RF状态信息及通道状态模拟单元、PVT信息及状态信息模拟单元和闰秒信息模拟单元；

其中所述数据解析单元接收并解析所述GNSS授时电路发送的信息和外部控制设备发送的异常场景控制参数，得到所述GNSS授时电路输出的RF状态、通道状态、PVT信息与状态和闰秒预告信息以及外部控制设备发送的一种或多种卫星数据和/或脉冲异常场景控制参数；

所述数据封装单元将所述RF状态信息及通道状态模拟单元、PVT信息及状态信息模拟单元和闰秒信息模拟单元产生的异常场景数据封装成为卫星时间同步设备可识别的报文送至后端卫星时间同步设备；

所述RF状态信息及通道状态模拟单元根据RF异常类型和通道异常类型控制参数，模拟天线开短路状态及接收通道异常场景；所述PVT信息及状态信息模拟单元根据PVT信息异常类型和PVT状态异常类型控制参数，模拟异常的定时定位结果及异常的状态信息；所述闰秒信息模拟单元根据闰秒异常类型控制参数，模拟异常的闰秒预告场景。

如图3所示，所述脉冲模拟电路包括相位调整电路、少脉冲电路、多脉冲电路和选择电路，脉冲模拟电路控制输入端口与数据解析模拟电路控制输出端口连接，获得脉冲异常场景控制参数。

所述脉冲异常场景控制参数包括脉冲相位参数、少脉冲异常类型、多脉冲异常类型和脉冲选择参数。

少脉冲异常类型包括：持续X秒无1PPS信号，X值可设置。

多脉冲异常类型包括:1秒输出X个脉冲，X值可设置。

其中所述相位调整电路根据脉冲相位参数，对所述GNSS授时电路输出的1PPS信号进行相位调整；

所述少脉冲电路和所述多脉冲电路根据少脉冲异常类型和多脉冲异常类型参数，对所述相位调整电路输出的1PPS信号进行处理，生成异常脉冲信号；

选择电路根据脉冲选择参数，选择所述相位调整电路、所述少脉冲电路和所述多脉冲电路的任一输出信号，进行三选一输出，即异常PPS信号。

脉冲模拟电路的1PPS信号精度受时钟电路精度限制。脉冲模拟电路具体可由逻辑器件实现。

如图4所示，该测试平台是本发明的一种典型应用实例，整个测试平台包括1个GNSS天线，1台测试装置，1台上位机（即外部控制设备）和一台被测卫星时间同步设备。

一种卫星时间同步设备异常处理能力的测试方法，一种卫星时间同步设备异常处理能力的测试方法，所述方法涉及GNSS授时电路、数据解析模拟电路、脉冲模拟电路、电平转换电路和时钟电路，其中所述时钟电路与所述数据解析模拟电路和脉冲模拟电路连接，为所述数据解析模拟电路和脉冲模拟电路提供可靠的工作时钟，其余电路的工作步骤如下：

步骤一、GNSS授时电路通过GNSS天线接收GNSS卫星导航信号；

步骤二、所述GNSS授时电路为所述数据解析模拟电路的信息输入端口提供RF状态、通道状态、PVT信息与状态和闰秒预告信息，为所述数据解析模拟电路的1PPS信号输入端口和所述脉冲模拟电路的输入端口提供正常的1PPS信号；

步骤三、外部控制设备产生一种或多种卫星数据异常场景和脉冲异常场景控制参数，通过电平转换电路转换电平后发送给所述数据解析模拟电路；

步骤四、所述数据解析模拟电路接收并解析所述一种或多种卫星数据异常场景控制参数、仿真模拟一种或多种卫星数据异常场景并将仿真模拟产生的数据封装成为卫星时间同步设备可识别的报文后发送给所述电平转换电路的数据信号端口；

步骤五、所述数据解析模拟电路接收并解析所述的一种或多种脉冲异常场景控制参数并发送给所述脉冲模拟电路的输入端口；

步骤六、所述脉冲模拟电路根据所述控制参数调整脉冲相位和/或脉冲频率，将产生的异常脉冲信号发送给所述电平转换电路的PPS信号端口；

步骤七、所述电平转换电路进行数据信号和PPS信号的电平变换，并发送给被测卫星时间同步设备；

步骤八、检测所述卫星时间同步设备的异常处理能力。

示例1:模拟GNSS授时电路PVT信息时间异常

测试装置按照上图4连接方式与GNSS天线、上位机、被测设备进行连接，测试装置上电重启，观察测试装置输出的报文，待GNSS授时电路授时状态正常后，进行异常测试。

进行时间异常测试时，上位机向测试装置发送时间异常控制参数，该参数为时间跳秒参数(参数为正表示向后跳秒，参数为负表示向前跳秒，参数为0表示无跳秒)，数据解析模拟电路根据GNSS授时电路PVT时间信息以及时间跳秒参数，重新生成时间信息，然后将该时间信息封装到卫星时间同步设备可识别的报文中，经电平转换电路发送给后端被测设备。

处理流程如图5所示。

示例2:模拟GNSS授时电路1PPS脉冲异常

测试装置按照上图4连接方式与GNSS天线、上位机、被测设备进行连接，测试装置上电重启，观察测试装置输出的报文，待GNSS授时电路授时状态正常后，进行异常测试。

进行脉冲异常测试时，上位机向测试装置发送脉冲异常控制参数，该参数包括脉冲类型(多脉冲、少脉冲)选择参数以及脉冲相位调整量参数，数据解析模拟电路将控制参数通过接口传递给脉冲模拟电路，脉冲模拟电路根据跟踪GNSS授时电路的1PPS信号以及控制参数进行相应的操作，重新生成PPS信号，经电平转换电路输入后端被测设备。

处理流程如图6所示。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。