GB-T47426-2026《高轨星载北斗-GNSS接收机规范》

1高轨星载北斗/GNSS接收机通用规范1范围本文件适用于通过接收北斗及其他全球卫星导航系统天线主瓣和旁瓣信号实现定位与授时功能，轨道高度在3000km～400000km的接收机的生产、检测和应用。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/T191包装储运图形符号标志GB/T2423.15电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验Ga和导则：稳态加速度GB/T2423.57电工电子产品环境试验第2-81部分：试验方法试验Ei:冲击冲击响应谱航天器包装、运输通用要求航天电子产品静电防护要求航天器振动试验方法GB/T37079—2018设备可靠性可靠性评估方法第1部分：高可靠集成电路与分立半导体器件通用要求GB/T40134—2021航天系统电磁兼容性要求GB/T40602.1天线及接收系统的无线电干扰第1部分：基础测量天线方向图的室内远场测量方法GB/T40602.2天线及接收系统的无线电干扰第2部分：基础测量高增益天线方向图室内平面近场测量方法GB/T41041宇航禁限用元器件控制要求GB/T42863—2023航天器通用试验方法3术语、定义和缩略语3.1术语和定义2信号跟踪灵敏度signaltrackingsensitivity授时精度timingaccuracy接收机输出时间与协调世界时(UTC)或用户规定时间系统之间的偏差的统计值。3.2缩略语下列缩略语适用于本文件。BOC:二进制偏移载波(binaryoffsetcarGalileo:伽利略卫星导航系统(Galileonavigationsatellitesystem)GEO:地球静止轨道(geostationaryearthorbit)GTO:地球静止转移轨道(geostationarytransferorbit)HEO:高地球轨道(highearthorbit)IGSO:地球同步轨道(inclinedgeosyUTC:协调世界时(coordinateduniversaltime)WGS-84:1984世界大地坐标系(wordgeodeticsystem-1984)接收机一般包括以下组成部分：b)低噪声放大器；c)接收机主机；3接收机外观符合以下要求：b)接收机主机、低噪声放大器应具备足够的刚度和机械强度；d)涂(镀)层不应起泡、龟裂或脱落；e)金属零件不应有锈蚀和其他机械损伤；f)紧固件不应有松动现象。接收机标识要求如下：a)文字符号应清晰；b)连接器标识应无歧义。4.4元器件和原材料4.4.1元器件选用接收机元器件选用应满足GB/T37312.1中确定的高性能应用领域电子元器件要求和GB/T41041中确定的宇航禁限用元器件控制要求选用或符合专用技术文件规定。4.4.2原材料选用接收机的任何部件应选用符合材料选用标准的材料，优先选用有成功飞行经验且满足卫星寿命要求的材料。4.5机电热接口4.5.1机械接口接收机机械接口要求如下：a)接收机几何尺寸、质量、结构设计应符合专用技术文件中机械接口要求；b)接收机基频应避开航天器结构基频或符合专用技术文件的规定；c)天线的安装法兰或支架一般与航天器舱壁相连；d)接收机在满足电性能及接口要求的条件下，接收机的机械性能在经受环境试验后不应产生有害塑性变形，且结构简单、体积小、重量轻，并有良好的工艺性和可维修性；f)接收机表面粗糙度不应大于3.2μm;g)若接收机的非密封结构形成了密封腔体，机壳上应有一个或多个不超过φ2mm的通气孔。接收机电接口要求如下：d)整机搭接阻值一般小于10mΩ;4e)接收机主机应具有1553B总线、CAN总线、RS422或RS232等一种或多种通用卫星通信接口；g)抑制浪涌电流设计应满足专用技术文件规定。接收机热接口要求如下：a)除安装面外，天线表面应喷涂热控涂层，半球发射率不应小于0.85,或符合专用技术文件的规定；b)除安装面外，接收机主机、低噪声放大器表面应进行表面处理，半球发射率不应小于0.85;c)接收机主机、低噪声放大器的安装面应热接触，接收天线应满足热接触或隔热安装要求。4.5.4其他接口4.6.1定位与测速接收机应具有1PPS输出功能和时间信息输出功能，输出时间为BDT。可根据需求可转换至4.6.3多星座兼容接收机应具有基于BDS连续独立定位与授时功能，可根据需求兼容GPS、Galileo、GLONASS等系统实现融合处理，并根据需求实现坐标转换。4.6.4容错接收机应具备容错功能，包括：a)接收机自主监测信号跟踪异常、伪距测量异常、电文解调异常、接收机定位异常等软件异常和硬件异常，并自主从异常状态中恢复；b)具备单粒子防护及单粒子故障恢复功能；c)对关键数据进行冗余处理；d)对程序固化存储区进行加固处理和加载容错处理。接收机应具备定位信息、测速信息、授时信息与工作状态的输出功能，一般包括：a)单点定位的位置、速度和对应时间标签；5d)接收机电源电压；e)接收机连续工作时间；f)定位状态(包含DOP、定位有效标记、时间同步状态等);g)可用星数；h)跟踪通道载噪比估计；i)故障状态。接收机应具备在轨升级维护功能，包含参数注入和软件更改注入。接收机在非硬件故障条件下可通过在轨维护恢复功能。4.7.1天线性能4.7.1.1天线工作频率与带宽4.7.1.2天线增益表1天线增益要求±40°处不小于4±70°处不小于一5GEO,IGSO,GTO等±40°处不小于2±4°处不小于184.7.1.3天线电压驻波比4.7.2低噪声放大器性能4.7.3精度精度包括：授时精度、定位精度、测速精度、滤波定位精度、滤波测速精度等五个方面。精度的技术6特性应满足表2给出的特性值。授时精度为输出1PPS信号与标准时间信号偏差的标准差(STD)。定位精度、测速精度、滤波定位精度、滤波测速精度分别是与参考值偏差的三维均方根误差(RMS)。表2接收机精度要求定位精度mm4.7.4信号接收性能4.7.4.1信号跟踪通道接收机每个信号宜为12通道。4.7.4.2信号捕获灵敏度接收机信号捕获灵敏度为采用右旋圆极化天线，增益为0dBi情况下低噪声放大器口面信号捕获灵敏度减天线增益，宜满足表3给出的特性值。表3信号捕获灵敏度要求4.7.4.3信号跟踪灵敏度表4信号跟踪灵敏度要求4.8环境适应性7a)低噪声放大器和接收机主机工作温度范围一般为-15℃~50℃;b)轨道高小于30000km时，天线工作温度范围一般为—150℃~112℃,轨道高度在30000km~400000km时，天线的工作温度应符合专用技术文件规定。接收机在专用技术文件要求的力学试验后，应保持结构完好，能够正常工作。接收机应采用抗辐照指标满足使用要求的元器件，对不满足辐照指标的元器件进行抗辐照加固。接收机应在轨道空间辐射环境下无功能、性能下降。接收机抗辐照总剂量宜满足大于2×10⁵rad(Si)或符合专用技术文件规定。接收机应按照GB/T42863—2023中规定的要求或专用技术文件的规定进行老炼试验。试验后接收机的功能性能满足要求。4.10可靠性接收机可靠性要求如下：a)应具有可靠性量化指标和验证分析；c)设计中避免的单点失效，对技术上难消除的单点故障应通过设计降低其失效率；d)寿命不应低于卫星平台设计寿命，在设计寿命末期，接收机可靠度宜不低于0.8。接收机的安全防护要求如下：a)各接口应有明显标记和防错插措施；4.12电磁兼容性5测试方法5.1测试环境测试环境应满足以下要求：a)温度：16℃~28℃;8b)相对湿度：30%～70%;d)洁净度：100000级；5.2检验使用仪器及设备检验用仪器及设备要求如下：c)检验用仪器及设备应满足参数检验要求及精度范围要求；d)测试通用仪器包括：时间间隔分析仪、噪声系数测试仪、矢量网络分析仪、电流钳、示波器等；5.3组成检查通过目视或文、物核对检查。5.4外观检查通过目视或者放大镜检查。通过目视或文、物核对检查。5.6元器件和原材料检查检查元器件和原材料选用设计文件。5.7机电热接口检查5.7.1机械接口使用目视、游标卡尺及塞规进行检查。5.7.2电接口接收机进行电接口检查：b)使用毫欧表测试连接器接地电阻；c)试连接高频接插件，以检验其螺纹是否完好；e)使用电流钳、示波器检查浪涌。检查产品热控涂层检测报告、热试验报告。5.7.4其他接口按照专用技术文件要求检查其他接口。95.8功能测试5.8.1测试说明接收机主机与低噪声放大器配合完成4.6功能测试和4.7.3、4.7.4性能测试。低噪声放大器独立完成4.7.2性能测试。5.8.2定位与测速功能定位与测速功能测试环境见图1。GNSS信号模拟器电缆A测试计算机滤波定位和时间信息等)低噪声放大器时差电缆B图1接收机定位、测速与授时功能测试连接示意图定位与测速功能测试步骤如下：a)按图1所示连接测试仪器和被测设备；c)接收机开机，待接收机工作状态显示定位数据有效时，在测试计算机上观察接收机在各系统下能否输出正确位置、速度信息。5.8.3授时功能授时功能测试环境见图1。授时功能测试步骤如下。a)按图1所示连接测试仪器和被测设备。c)接收机开机，待接收机工作状态显示时间输出有效后，观察其在各工作模式下能否输出正确BDS时间并根据指令输出UTC或GPS时间。5.8.4多星座兼容功能多星座兼容功能测试环境见图1。多星座兼容功能测试步骤如下：a)按图1所示连接测试仪器和被测设备；容错功能测试步骤如下。a)容错功能，通过GNSS信号模拟器，正常定位场景下设置异常卫星实现测试，异常种类包括：异常信号相关值、异常伪距测量、异常电文等。检查接收机是否剔除异常卫星，检验定位精度是否符合要求。b)检查故障检测功能、单粒子应对措施设计情况、关键数据的容错设计情况和加载容错设计情况，采信设计数据。按图1所示连接测试设备，更改接收机的工作状态(工作模式、跟踪卫星数、载噪比估计及授时等),通过测试计算机观察接收机的工作状态指示与实际设置模式一致性。5.8.7在轨维护功能在轨维护功能测试环境见图2。在轨维护功能测试步骤如下。a)按图2所示连接测试设备，通过计算机和接口模拟设备模拟星上总线。b)按照规定格式向接收机发送正确的上行注入数据，比对上行注入数据的执行过程的正确性以及上注后功能实现的正确性。c)按照规定格式向接收机发送错误的上行注入数据，观察接收机是否剔除异常注入数据。错误数据的种类应包括：数据长度错误、校验和错误、数据内容错误等。d)模拟在注入数据过程中发生注入中断，观察接收是否通过指令恢复功能。注入中断的种类应包括：注入过程中模拟设备中断、注入过程中接收机异常断电、注入过程中接收机复位等。图2在轨维护功能测试连接示意图5.9性能测试5.9.1天线性能天线工作频率与带宽、天线增益、天线驻波的测试按GB/T40602.1、GB/T40602.2的规定执行。5.9.2低噪声放大器5.9.2.1带宽和增益低噪声放大器带宽和增益测试环境见图3。测试步骤如下：a)校准矢量网络分析仪；b)按图3所示连接低噪声放大器和测试系统；c)通过矢量网络分析仪读取低噪声放大器带宽和增益。供电供电低噪声放大器输入输出图3低噪声放大器带宽和增益测试框图5.9.2.2噪声系数低噪声放大器噪声系数测试环境见图4。测试步骤如下：a)按图4所示连接低噪声放大器和测试系统；b)设置噪声系数测试仪的工作频率，得到低噪声放大器噪声系数。供电供电噪声源图4低噪声放大器噪声系数测试框图5.9.2.3电压驻波比低噪声放大器电压驻波比测试环境见图5。测试步骤如下：a)校准矢量网络分析仪；b)按图5所示连接低噪声放大器和测试系统；c)设置矢量网络分析仪参数，测量输入输出电压驻波比。供电供电图5低噪声放大器测试框图5.9.3精度5.9.3.1授时精度授时精度测试环境见图1。授时精度测试步骤如下。d)按公式(1)计算授时精度。D₁——授时精度，单位为纳秒(ns);△T;——时间间隔分析仪器测量两路1PPS的时间差，i表示同一次测试的采样点号，单位为纳设备连接电缆长度变化需作为参数，体现在1PPS偏差中。5.9.3.2定位测速精度定位与测速精度测试环境见图1。定位与测速精度测试步骤如下。a)按图1所示连接测试仪器和被测设备，所有测试场景GNSS信号模拟器均采用原子钟同源，测试仪器和GNSS信号模拟器同源。b)采用GNSS卫星信号模拟器进行有效测试，模拟器仿真设置高轨动态场景，按照要求设置模拟器为单系统或多系统，连接接收机对实时定位精度和轨道滤波结果进行测试。测试样本覆盖全部轨道高度范围，坐标系应统一在BDCS或WGS84坐标系下。c)接收机开机，待接收机工作状态显示定位数据有效时，通过地检设备记录接收机输出定位和测速信息以及位置信息对应的时间信息，记录时间不小于1h。d)接收机输出有效后，评估单点定位精度、测速精度和经过动力学模型滤波后的定位和测速精度。e)应将GNSS信号模拟器位置数据内插至接收机定位时刻，真实位置信息的采样间隔不大于1s。按公式(2)计算单点定位、单点测速、滤波定位、滤波测速精度。式中：Dp——解算的位置精度，单位为米(m);Dv——解算的速度精度，单位为米每秒(m/s);D(x)——接收机输出x轴坐标与GNSS信号模拟器输出理论x轴坐标值差值的均方根，单位为米(m);D(y)——接收机输出y轴坐标与GNSS信号模拟器输出理论y轴值坐标差值的均方根，单位为米(m);D(z)——接收机输出z轴坐标与GNSS信号模拟器输出理论z轴值坐标差值的均方根，单位为米(m);D(x)——接收机输出x轴方向速度与GNSS信号模拟器输出理论x轴方向速度值差值的均方根，单位为米每秒(m/s);D(y)——接收机输出y轴方向速度与GNSS信号模拟器输出理论y轴方向速度值差值的均方根，单位为米每秒(m/s);D(z)——接收机输出z轴方向速度与GNSS信号模拟器输出理论z轴方向速度值差值的均方根，单位为米每秒(m/s)。D(x),D(y),D(z)按公式(3)计算。式中：N——采样点个数；x——接收机输出x轴坐标与GNSSy——接收机输出y轴坐标与GNSSz——接收机输出z轴坐标与GNSSD(x),D(j),D(z)按公式(4)计算。信号模拟器输出x轴理论坐标的差值，单位为米(m);信号模拟器输出y轴理论坐标的差值，单位为米(m);信号模拟器输出≈轴理论坐标的差值，单位为米(m)。式中：N——为采样点个数；x——接收机输出x轴方向速度与GNSS信号模拟器输出x轴方向理论速度的差值，单位为米每y——接收机输出y轴方向速度与GNSS信号模拟器输出y轴方向理论速度的差值，单位为米每之——接收机输出z轴方向速度与GNSS信号模拟器输出z轴方向理论速度的差值，单位为米每秒(m/s)。5.9.4信号接收性能5.9.4.1信号跟踪通道信号跟踪通道测试环境见图1。信号跟踪通道测试步骤如下。a)按图1所示连接测试仪器和被测设备。b)采用GNSS卫星信号模拟器设置高轨动态场景，按照要求设置模拟器为单系统或多系统，设置GNSS信号模拟器输出功率为捕获灵敏度电平，运行GNSS信号模拟器。c)接收机开机，实际操作被测设备观察其在各个工作模式下能否正确定位。通过工作状态输出信息查看接收机接收到的卫星信号的通道数，观察并记录接收机的跟踪卫星个数。5.9.4.2信号捕获灵敏度信号捕获灵敏度测试环境见图1。信号捕获灵敏度测试测试步骤如下。a)按图1所示连接测试仪器和被测设备。捕获灵敏度-3dB,运行GNSS信号模拟器。c)接收机开机，观察接收机是否完成捕获，并进入跟踪状态。如果无法进入跟踪状态，则将信号功率调高1dB,直到接收机可以捕获信号并进入跟踪状态，正常输出伪距或信噪比估计值，此时低噪声放大器的入口功率为接收机主机(包含低噪声放大器)的信号捕获灵敏度，接收机主机捕获灵敏度减接收天线增益为接收机捕获灵敏度。记录该电平值。5.9.4.3信号跟踪灵敏度信号跟踪灵敏度测试环境见图1。信号跟踪灵敏度测试测试步骤如下。a)按图1所示连接测试仪器和被测设备。c)接收机开机，当设备进入信号跟踪状态后，开始调低接收机入口信号功率。每分钟下调1dB,直到出现接收机跟踪通道失锁、信噪比估计值与理论值差别大于2dB,记录能保持信号稳定跟踪的电平值，该值为接收机主机(包含低噪声放大器)信号跟踪灵敏度，接收机主机信号跟踪灵敏度减接收天线增益为接收机信号跟踪灵敏度。5.10环境适应性测试接收机力学测试按GB/T34516中描述的振动试验，按GB/T2423.57中描述的冲击试验、按GB/T2423.15中描述的加速度试验或根据专用技术文件要求进行。试验后检查接收机是否正常定位，目测外观结构是否完好。5.10.4空间辐照检查接收机抗辐设计报告。5.12可靠性测试5.13安全性测试按照产品使用说明检查各接口端是否有明显标识和防插错措施，检查接收机安全性设计报告。5.14电磁兼容性测试按GB/T42863—2023中7.3描述航天系统电磁