北斗-全球卫星导航系统反射信号处理模块 性能要求及测试方法

ICS07.040

CCSM50

团体标准

T/ZKJXXXXXX—XXXX

北斗/全球卫星导航系统反射信号处理模块

性能要求及测试方法

Performancerequirementsandtestmethodsforreflectedsignalprocessormoduleof

BeiDou/globalnavigationsatellitesystem

（征求意见稿）

XXXX-XX-XX发布XXXX-XX-XX实施

中关村空间信息产业技术联盟发布

T/ZKJXXXXXX—2020

北斗/全球卫星导航系统反射信号处理模块性能要求及测试方法

1范围

本文件规定了支持北斗卫星导航系统的GNSS反射信号处理模块的性能要求和测试方法。

本文件适用于支持北斗卫星导航系统的GNSS反射信号处理模块的研制、生产、测试和应用。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，

仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本

文件。

GB/T2423.1—2008电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验A：低温

GB/T2423.2—2008电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验B：高温

T/ZKJXX00003—2020全球卫星导航系统反射信号遥感系统数据传输规范

3术语和定义、缩略语

术语和定义

GB/T19391—2003和BD110001—2015界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

3.1.1

时延——多普勒二维相关功率delaydopplermap

对于某段GNSS信号，利用具有不同多普勒的载波序列进行解调后，再与具有不同时延的伪码序列进

行相关运算，所得二维数据矩阵即为该段信号的时延——多普勒二维相关功率。

3.1.2

检测灵敏度detectionsensitivity

能够从反射信号时延——多普勒二维相关功率中检测到反射信号存在的最低信号电平。

3.1.3

码片chipwidth

伪随机噪声码是由有序的0和1构成的二元码流，其中的单个0或1逻辑信号的持续时长称为码片。

3.1.4

时延范围delayrange

获取反射信号时延——多普勒二维相关功率时所用时延窗的最小值和最大值。

3.1.5

时延分辨力delayresolution

相同多普勒下，反射信号时延一维相关功率相邻样点之间的时延间隔。

3.1.6

多普勒范围dopplerrange

获取反射信号时延——多普勒二维相关功率时所用多普勒窗的最小值和最大值。

3.1.7

1

T/ZKJXXXXXX—2020

多普勒分辨力dopplerresolution

相同时延下，反射信号多普勒一维相关功率相邻样点之间的多普勒间隔。

缩略语

下列缩略语适用于本文件。

BDS：北斗卫星导航系统（BeiDouNavigationSatelliteSystem）

Galileo：伽利略卫星导航系统（GalileoNavigationSatelliteSystem）

GLONASS：格洛纳斯卫星导航系统（GlobalNavigationSatelliteSystem）

GNSS：全球卫星导航系统（GlobalNavigationSatelliteSystem）

GNSS-R：全球卫星导航系统反射信号测量技术（GlobalNavigationSatelliteSystem

Reflectometry）

GPS：全球定位系统（GlobalPositioningSystem）

4总则

GNSS反射信号处理模块使用GNSS公开服务信号，以直射信号闭环同步辅助反射信号开环同步的方

式实现对两信号的协同处理，输出反射信号时延——多普勒二维相关功率信息，同时提供用户位置、

时间以及镜面反射点位置、信号入射角度等辅助信息。

GNSS反射信号处理模块性能要求及测试方法应以本文件为依据，针对产品的特殊要求和详细要求

可在产品规范中规定。

5组成

如图1所示，GNSS反射信号处理模块应至少包括下列组成部分：

a)直射信号输入接口；

b)反射信号输入接口；

c)直反射信号协同处理单元；

d)数据控制和输出接口。

反射信号处理模块

直射信号

输入接口

直射

信号

直反射信号协同处理单元

数据控制和

反射输出接口

信号

反射信号

输入接口

图1GNSS反射信号处理模块组成示意图

6性能要求

数据输出

GNSS反射信号处理模块通过数据输出接口将导航定位信息以及反射信号时延——多普勒二维相关

功率数据提供给其他模块或设备，输出的信息和数据应符合T/ZKJXX00003—2020对数据传输规范的要

求。

通道数量

2

T/ZKJXXXXXX—2020

GNSS反射信号处理模块通道数量（即可处理的信号最大数目）要求见表1。

表1通道数量要求

类别频点数量最小系统组成反射通道数量

单模单频≥1BDS≥1

多模单频≥2BDS、GPS≥2

单模多频≥2BDS≥2

多模多频≥4BDS、GPS≥4

检测灵敏度

GNSS反射信号处理模块的反射信号检测灵敏度应优于-150dBm。

时延范围

以镜面反射信号为基准，GNSS反射信号处理模块输出的反射信号时延——多普勒二维相关功率的

时延范围应至少包括[-1.5,2.5]码片。

时延分辨力

GNSS反射信号处理模块输出的反射信号时延——多普勒二维相关功率的时延分辨力应≤0.25码片。

多普勒范围

以镜面反射信号为基准，GNSS反射信号处理模块输出的反射信号时延——多普勒二维相关功率的

多普勒范围应至少包括[-2.5,2.5]kHz。

多普勒分辨力

GNSS反射信号处理模块输出的反射信号时延——多普勒二维相关功率的多普勒分辨力应≤0.5kHz。

工作温度和贮存温度

GNSS反射信号处理模块可在-40℃至70℃的温度范围内工作，可贮存在-50℃至85℃的温度范围内。

7测试方法

测试条件

除另有规定外，所有测试应在15℃至35℃环境温度、20％至80％相对湿度的条件下进行。如果实

际测试条件不能满足上述要求，应在测试结果中标明测试时的环境温度和相对湿度。

测试设备

模块测试中使用模拟器提供测试信号。所用模拟器应满足以下要求：

a)模拟器产生的信号应具有与卫星信号相同的特性；

b)模拟器应具备多径信号模拟能力；

c)模拟器应提供两个信号输出端口；

d)模拟器输出电平可根据需要进行调节。

所有测试用仪器、设备应有足够的测量范围、分辨力、准确度和稳定度，其性能应满足被测性能

指标的要求；测试所用仪器、设备应经过计量部门检定或校准，并在检定或校准有效期内。

性能测试

7.3.1测试项目

本文件规定的测试项目及所对应的性能要求、测试方法见表2。

表2测试项目表

序号测试项目性能要求测试方法

3

T/ZKJXXXXXX—2020

1组成57.3.2

2输出6.17.3.3

3通道数量6.27.3.4

4检测灵敏度6.37.3.5

5时延范围6.47.3.6

6时延分辨力6.57.3.7

7多普勒范围6.67.3.8

8多普勒分辨力6.77.3.9

9工作温度和贮存温度6.87.3.10

7.3.2组成

目视检查被测模块的组成部分，应符合5的要求。检查被测模块提供的文档，应带有使用说明书，

具有详细的操作、接线说明，配套软件等。

7.3.3数据输出

配置运行模拟器：为两端口配置相同的用户位置、仿真时刻；设定用户运动速度为0；选择测试频

点和信号；设置两端口各系统可见卫星个数为＞8颗；设置两端口各可见星信号功率为-120dBm。

模拟器第一输出端口与被测模块直射信号输入接口通过射频线连接，模拟器第二输出端口与被测

模块反射信号输入接口通过射频线连接。

根据被测产品的说明书，将被测模块的输出接口接入计算机，通过厂家提供的软件或第三方软件

读取信息，检查输出信息是否符合6.1的要求。

7.3.4通道数量

配置运行模拟器：为两端口配置相同的用户位置、仿真时刻；设定用户运动速度为0；选择测试频

点和信号；设置两端口各系统可见卫星个数为＞8颗；设置两端口各颗卫星的信号功率为-120dBm。

模拟器第一输出端口与被测模块直射信号输入接口通过射频线连接，模拟器第二输出端口与被测

模块反射信号输入接口通过射频线连接。

根据被测产品的说明书，将被测模块的输出接口接入计算机，通过厂家提供的软件或第三方软件

读取信息，查看并记录模块输出通道数量，应符合6.2的要求。

7.3.5检测灵敏度

配置运行模拟器：为两端口配置相同的用户位置和仿真时刻，其中距地高度应不超过1/20码片对

应的距离；设定用户运动速度为0；选择测试频点和信号；设置两端口各系统可见卫星个数为＞8颗；

设置第一输出端口各可见星的信号功率为-120dBm，第二输出端口各可见星的信号功率初始值为-

120dBm。

模拟器第一输出端口与被测模块直射信号输入接口通过射频线连接，模拟器第二输出端口与被测

模块反射信号输入接口通过射频线连接。

根据被测产品的说明书，将被测模块的输出接口接入计算机，通过厂家提供的软件或第三方软件读

取信息，获取模块输出的时延——多普勒二维相关功率数据，参照附录A计算其平均信噪比。

按照1dB步长减小模拟器第二输出端口的信号功率，获取反射信号时延——多普勒二维相关功率并

计算平均信噪比，直至第一次出现信噪比低于反射信号检测所需信噪比门限为止。

计算被测模块反射通道输入的信号功率即为模块的反射信号检测灵敏度，应符合6.3的要求。检测

灵敏度测试按照图2流程进行。

4

T/ZKJXXXXXX—2020

开始

P1(1)=P2(1)=-120dBm

配置模拟器

获取DDM

P2(i+1)=P2(i)-1dB

计算平均信噪比

否

平均信噪比＜阈值？

是

结束i=I,Ps=P2(I-1)

图2检测灵敏度测试流程图

7.3.6时延范围

配置运行模拟器：为两端口配置相同的仿真时刻；选择测试频点和信号；将第一输出端口各系统

可见星数量设定为＞8颗，用户位置设定为某颗可见星的星下点，距地高度应不小于理论最小时延所对

应的空间距离；将第二输出端口配置为仅该星可见，用户初始位置设定为星下点，设置一条来自星下

点的多径信号并屏蔽直射信号；将两端口各可见星的信号功率均设置为-120dBm。图3给出了时延范围

测试用户位置配置示意。

GNSS卫星位置

第一端口用户位置第二端口用户位置

星下点

地球

图3时延范围测试用户位置配置示意图

模拟器第一输出端口与被测模块直射信号输入接口通过射频线连接，模拟器第二输出端口与被测

模块反射信号输入接口通过射频线连接。

根据被测产品的说明书，将被测模块的输出接口接入计算机，通过厂家提供的软件或第三方软件

读取信息，获取模块输出的时延——多普勒二维相关功率数据，检查是否有规则的相关峰出现，记录

当前第二通道用户高度和峰值大小。

以0.5码片对应的距离为步长，逐渐增大模拟器第二输出端口用户位置高度，获取不同高度下反射

信号时延——多普勒二维相关功率，记录当前第二通道用户高度和峰值大小，直至无规则二维相关峰

出现为止。图4给出了时延——多普勒二维相关功率峰值随第二端口用户高度变化示意图。

5

T/ZKJXXXXXX—2020

根据第一端口用户高度和首次出现有效峰值时的第二端口用户高度，计算最小时延；根据第一端

口用户高度和末次出现有效峰值时的第二端口用户高度，计算最大时延。由最小时延和最大时延确定

的时延范围，应符合6.4的要求。

首次峰值末次峰值

最小时延第一输出端口用户高度最大时延

.

u

.

a

/

峰值

DDM

第二输出端口用户高度

/m

图4时延——多普勒二维相关功率峰值随第二端口用户高度变化情况

7.3.7时延分辨力

配置运行模拟器：为两端口配置相同的仿真时刻；选择测试频点和信号；将第一输出端口各系统

可见星数量设定为＞8颗，用户位置设定为某颗可见星的星下点，距地高度应不小于理论最小时延所对

应的空间距离；将第二输出端口配置为仅该星可见，用户初始位置设定为与第一输出端口相同，设置

一条来自星下点的多径信号并屏蔽直射信号；将两端口各可见星的信号功率均设置为-120dBm。图5给

出了时延范围测试用户位置配置示意。

GNSS卫星位置

第二端口用户位置

第一端口用户位置

星下点

地球

图5时延分辨力测试用户位置配置示意图

模拟器第一输出端口与被测模块直射信号输入接口通过射频线连接，模拟器第二输出端口与被测

模块反射信号输入接口通过射频线连接。

根据被测产品的说明书，将被测模块的输出接口接入计算机，通过厂家提供的软件或第三方软件读

取信息，获取模块输出的时延——多普勒二维相关功率数据，记录0时延样点及其右侧第三个样点的相

关功率数值。

以理论时延分辨力的1/10对应的距离为步长，逐渐增大模拟器第二输出端口用户位置高度，获取不

同高度下反射信号时延——多普勒二维相关功率，记录0时延样点及其右侧第三个样点的相关功率数值，

直至两数值均小于初次测试中0时延样点数值的1/2为止。图6给出了两个样点数值随第二端口用户高度

变化情况示意。

根据两曲线峰值对应的第二端口用户高度差即可计算时延分辨力，应满足6.5的要求。

6

T/ZKJXXXXXX—2020

.

u

.

a

/

0时延样点

右侧第三样点

样点数值

第二输出端口用户高度

/m

图60时延样点及其右侧第三样点数值随第二端口用户高度变化情况

7.3.8多普勒范围

配置运行模拟器：为两端口配置相同的仿真时刻、用户位置和运动速度，其中用户位置、运动速

度设定应确保理论最大和最小多普勒线与最大时延环有交点；选择测试频点和信号；设第一输出端口

各系统可见星数量＞8颗；任选其中一颗可见星，将第二输出端口配置为仅该星可见，设置一条来自0

多普勒线与最大时延环交点的多径信号并屏蔽直射信号；将两端口各可见星的信号功率均设置为-120

dBm。图7给出了多普勒范围测试用户位置配置示意。

GNSS卫星位置

第一端口信号

用户位置

第二端口信号

0多普勒线

镜面反射点

沿等时延环调整

最大时延环

图7多普勒范围测试用户位置配置示意图

模拟器第一输出端口与被测模块直射信号输入接口通过射频线连接，模拟器第二输出端口与被测

模块反射信号输入接口通过射频线连接。

根据被测产品的说明书，将被测模块的输出接口接入计算机，通过厂家提供的软件或第三方软件读

取信息，获取模块输出的时延——多普勒二维相关功率数据，记录峰值大小。

记多普勒小于0的一侧为正向，多普勒大于0的一侧为反向。

以前述0多普勒线与最大时延环交点为初始点：沿着最大时延环正向调整反射点位置使多径信号载

波频率以0.5kHz减小，获取不同位置下的反射信号时延——多普勒二维相关功率，观察峰值位置变化情

况，当峰值抵达最小多普勒行时即获得最小多普勒；沿着最大时延环反向调整反射点位置使多径信号载

波频率以0.5kHz增大，获取不同位置下的反射信号时延——多普勒二维相关功率，观察峰值位置变化情

况，当峰值抵达最大多普勒行时即获得最大多普勒。

由最小多普勒和最大多普勒确定的多普勒范围，应满足6.6的要求。

7.3.9多普勒分辨力

配置运行模拟器：为两端口配置相同的仿真时刻、用户位置和运动速度，其中用户位置、运动速

度设定应确保理论最大和最小多普勒线与最大时延环有交点；选择测试频点和信号；设第一输出端口

各系统可见星数量＞8颗；任选其中一颗可见星，将第二输出端口配置为仅该星可见，设置一条来自0

7

T/ZKJXXXXXX—2020

多普勒线与最大时延环交点的多径信号并屏蔽直射信号；将两端口各可见星的信号功率均设置为-

120dBm。

模拟器第一输出端口与被测模块直射信号输入接口通过射频线连接，模拟器第二输出端口与被测

模块反射信号输入接口通过射频线连接。

根据被测产品的说明书，将被测模块的输出接口接入计算机，通过厂家提供的软件或第三方软件读

取信息，获取模块输出的时延——多普勒二维相关功率数据，记录峰值大小。

记多普勒小于0的一侧为正向，多普勒大于0的一侧为反向。

以前述0多普勒线与最大时延环交点为初始点，沿着最大时延环正向调整反射点位置使多径信号载

波频率以理论多普勒分辨力的1/10为步长逐渐减小，获取反射信号时延——多普勒二维相关功率，记录

多径信号载波频率与最大时延列上0多普勒样点及其下方第三样点相关功率数值。图8给出了两个样点

相关功率数值随多径信号载波多普勒变化情况示意。

根据两曲线峰值对应的多径信号载波多普勒即可计算时延分辨力，应满足6.7的要求。

.

u

.

a

/

0多普勒样点

下方第三样点

样点数值

多径信号载波多普勒/Hz

图8最大时延列0多普勒样点及其下方第三样点数值随多径信号载波多普勒变化情况

7.3.10工作温度和贮存温度

低温工作和贮存按照GB/T2423.1—2008的规定进行测试，高温工作和贮存按照GB/T2423.2—2008

的规定进行测试，应符合6.8的要求。

8

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A

B

附录A

（资料性）

反射信号时延——多普勒二维相关功率信噪比计算方法

参照图A.1对反射信号时延——多普勒二维相关功率信噪比计算方法进行说明。

Pmax

P

n

图A.1反射信号时延——多普勒二维相关功率

首先，给出任意可见星反射信号时延——多普勒二维相关功率表达：

PPPkkk

11121M

kk

kPPP

P21222M................(A.1)

kkk

PPPNN12NM

其中，M和N均为大于0的整数，分别代表时延和多普勒样点数量。

然后，给出该可见星反射信号反射信号时延——多普勒二维相关功率信噪比计算过程：

a)提取该可见星反射信号时延——多普勒二