GNSS接收机内部噪声水平测量规范.doc

国家卫星导航定位与授时产业计量测试中心测量规范

接收机传导骚扰电压测量规范
Receiver disturbance voltage Measurement Specification

2015-01-04 发布 2015-XX-XX 实施
北京市计量检测科学研究院制定

接收机传导骚扰电压测量规范
Receiver Interior Noise Level Measurement Specification

归 口 单 位： 北京市计量检测科学研究院
主要起草单位： 北京市计量检测科学研究院

本规程技术条文由归口单位负责解释。

本规程主要起草人
黄 艳 (北京市计量检测科学研究院)
仲 崇 霞 (北京市计量检测科学研究院)
梁 炜 (北京市计量检测科学研究院)
许 原 (北京市计量检测科学研究院)

JJG（京）XX-XXXX
目 录
1　范围 2
2　引用文件 2
3　术语及定义 2
3.1　GNSS　Global Navigation Satellite System 2
3.2　GNSS导航型接收机　GNSS Navigation Receiver 2
3.3 GNSS测地型接收机 GNSS Receiver of Surveying Model 2
3.4 GNSS授时型接收机 GNSS Timing Receiver 3
3.5　内部时延　internal delay 3
4　概述 3
5　测量条件 4
5.1　外观 4
5.2 其他要求 4
5.3 测量环境条件 4
6　测量设备 4
6.1　GNSS信号模拟器 4
6.2 计时装置 5
6.3　导航信号转发记录仪 5
6.5　参考接收机 5
6.6　参考时间频率源 5
6.7　频标比对器 5
6.8　时间间隔测量装置 5
6.9　其它配件 5
7 溯源框图 5
8 测量原理及测量方法 6
8.1　外观和工作正常性检查 6
8.2　功能检查 6
8.3　接收机内部时延 6
9 数据处理 7
10 测量不确定度评定 7
11 测量结果表达 7
12 测量周期 8
附录A 9

接收机传导骚扰电压测量规范
1 范围
本规程适用于导航型、测地型和授时型GNSS（全球导航卫星系统）接收机（含OEM板以及接收机芯片模块，下同）在研制、生产、使用过程的传导骚扰电压测量。
2 引用文件
本规程引用下列文件：
GB4706.1-2005《家用和类似用途电器的安全第一部分：通用要求》
GB4343.1-2003《电磁兼容家用电器、电动工具和类似器具的要求第1部分：发射》
GB/T 4365-2003《电磁兼容术语》
GB 9254-2008/CISPR 22:2006《信息技术设备的无线电骚扰限值和测量方法》
GB/T 6113.402-2006/CISPR16-4-2:2003 《无线电骚扰和抗扰度测量设备和测量方法规范 第4-2部分：不确定度、统计学和限值建模测量设备和设施的不确定度》
凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本规程；凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本规程。
3 术语及定义
3.1 EUT Equipment Under Test
受试设备。
3.2 端子骚扰电压 Terminal Disturbance Voltage
端子骚扰电压是指被测设备（EUT）的电缆端子（如电源线、负载线、控制线）与参考接地平面之间的射频共模电压。
3.3 人工电源网络 Artificial Mains Network
串接在被试设备电源进线处的网络。它在给定频率范围内，为骚扰电压的测量提供规定的负载阻抗，并使被试设备与电源相互隔离。
3.4 △形网络 Delta Network
能够分别测量单相电路中共模及差模电压的人工电源网络。
3.5 V形网络 V－Network
能够分别测量每个导体对地电压的人工电源网络。
注：V形网络可设计成用于任意导体数的网络。
3.6 接地（参考）平面 Ground (Reference) Plane
一块导电平面，其电位用作公共参考电位。
3.7 （电磁）发射 （Electromagnetic） Emission
从源向外发出电磁能的现象。
3.8 （电磁）辐射 （Electromagnetic） Radiation
能量以电磁波形式由源发射到空间的现象。
3.9 电磁屏蔽 Electromagnetic Screen
用导电材料减少交变电磁场向指定区域穿透的屏蔽
3.10 峰值检波器 Peak Detector
输出电压为所施加信号峰值的检波器。
3.11 (设备的）带宽 bandwidth （of a device）
设备或传输通道的给定特性偏离其参考值不超过某一规定值或比率时的频带宽度。
注：这个给定的特性可以是幅／频特性、相／频特性或时延／频率特性。分类与命名（alt+0）
3.12 测试接收机
电源：230/240V与100/120V （47-420）Hz
测量频率范围：9KHz-1GHz
4 概述
GNSS（全球导航卫星系统）接收机，主要是指目前应用最广泛的GPS、BDS、GLONASS和GALILEO四大导航卫星系统的用户终端，既包括单系统的接收机，也包括可同时接收至少两种系统卫星信号的兼容接收机。接收机主要天线单元、接收主机单元两部分组成。天线单元将卫星信号电磁波转化为电流，并进行滤波和放大处理；接收主机单元对天线单元输出的信号进行跟踪、处理和测量。GNSS接收机的硬件部分是由天线单元、接收主机单元等所组成的可实现其功能的软件算法的硬件平台；软件部分是支持接收机捕获、跟踪、解调、解扩以最终进行导航解算，实现授时、定位、导航等功能的算法。接收机的基本结构和工作原理图如图1所示。

图1 接收机的基本机构和工作原理
GNSS接收机传导骚扰电压是衡量GNSS接收机整机性能好坏的一个非常重要的指标。
5 测量条件
5.1 外观
5.1.1 被测接收机前面板或后面板上应标有产品名称、型号、产品制造厂名或商标、产品出厂年月及编号。
5.1.2 被测接收机的电源开关、输入输出端口、功能设置开关和旋钮应有明确的识别标志。
5.1.3 被测接收机不应有影响正常工作的机械损伤。电源开关、功能设置开关和旋钮应灵活、可靠，输入输出端口牢固。
5.2 其他要求
被测接收机首次测量要携带使用说明书；后续测量要携带前次的结果报告。
5.3 测量环境条件
5.3.1 环境温度
实验室环境温度：(15～35)℃。
5.3.2 环境相对湿度：25%～75%。
5.3.3 供电电源
交流，电压220（1±10%）V，频率50（1±2%）Hz。
5.3.4 大气压力：86kPa～106kPa。
5.4电磁条件
5.4.1在屏蔽室内测试（屏蔽效果为60～80dB），被测样机接入测量线路，而未开机运行，此时测得的环境所造成的干扰电压应比EUT的骚扰电压允许值至少要低20dB。
5.5运行条件
5.5.1测量前，受试器具应运行足够长的时间，以保证测量时的运行状态与器具正常使用时状态一致，尤其是电机驱动的器具。
6 测量设备
6.1 人工电源网络
1) 电源：230/240V （47-63）Hz
2）额定电流：单相16A/3相32A
3）测量频率范围：150kHz-30MHz
4）阻抗值：V型 50Ω/50µH+5Ω±20％
6.2 脉冲限幅器
1）插入损耗：17dB(150kHz-30MHz)
7 溯源框图

图2 GNSS内部噪声水平测量溯源框图
8 测量原理及测量方法
8.1 外观和工作正常性检查
GNSS（全球导航卫星系统）接收机外观、标志和按键应按本规程6.1的要求。
8.2 功能检查
检查GNSS（全球导航卫星系统）接收机各功能和设置应符合本规程6.2的要求。
8.3 实验布置
8.3.1参考接地板要求：面积为2000mm*2000mm，厚度为2mm，接地使用尽可能短的薄铜条,保证每个边至少超出被测样机50mm。
8.3.2受试器具应放在(100mm和800mm)高的绝缘桌上，且与人工电源网络之间的距离为800mm，与测量仪器、屏蔽室墙壁和周围其它导体间的距离应不小于800mm。
8.3.3如果受试设备的电源线的长度超过800mm时，应将其超出部分应折叠成30～40cm长的线束；电源线的相线、零线与测试设备的相线、零线应相一致。
8.3.4接收机必须后开先关（受试设备启动后）。
8.3.5测试布置如下：

图3 测试布置图
具体测量步骤为：
1） 按GB4343规定布置被测器具。
2） 确定EUT的运行负载和运行电压。
一般电源电压应为额定电压，如果骚扰随电源电压显著变化，则应在0.9倍--1.1倍的额定电压范围内，在产生最大骚扰的电压下进行测量。
3） 选择EUT的运行状态。
在产生最大骚扰的运行状态下测量，如果不能确定哪个状态下骚扰最大，则应在每个状态下都要进行测量。
4） 在整个频率段用峰值检波器和平均值检波器进行预扫描。
5） 再在整个频段用准峰值检波器和平均值检波器进行终测
6） 对电源端，应分别读取相线和中线对地的骚扰电压值，测量结果取每个频率上测的最大值和较大值。
7） 测试结束后正确填写原始记录的表头。
9 数据处理
在测量时间间隔内会测得很多个原始数据，这些数据中难免会有粗大误差。在进行定位偏差和定位精密度计算时，首先需要对原始数据进行粗大误差剔除，一般用准则方法（用户有特殊要求除外）进行两次剔除，利用剩余的数据计算其内部噪声水平。
10 测量不确定度评定
（1）A类不确定度
接收机的读数的变化，包括测量系统的不稳定、接收机噪声以及表头刻度内插误差等因素引起。根据测试时在同一状态下，每15秒取一读值，共10个读值如下：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
(dBμV)
31.70
31.72
31.77
31.75
31.73
31.69
31.73
31.69
31.68
31.69
(dBμV)
31.715
则dB，其标准不确定度dB，k =1
（2）B类不确定度
a）接收机和人工电源网络间连接的衰减
依据校准证书，衰减器不确定度为0.2dB，测量结果呈正态分布，包含因子k 取2，其置信概率近似为95%，标准不确定度为0.1 dB。
依生产商提供的数据，电缆不确定度为0.2dB，服从矩形分布，标准不确定度为0.12 dB。
b）人工电源网络的电压分压系数
依据校准证书，人工电源网络的电压分压系数其不确定度为0.3dB，测量结果呈正态分布，包含因子k取2，其置信概率近似为95%，则标准不确定度dB
c）接收机正弦波电压准确度
依据说明书，其不确定度为1.0 dB，概率分布为k=2，正态分布。标准不确定度dB
d）接收机脉冲响应
依据校准证书，其不确定度为1.5dB，概率分布为k=2，正态分布。标准不确定度dB
e）接收机脉冲响应随重复频率的变化
依据校准证书，其不确定度为1.5 dB，概率分布为正态分布，k=2。标准不确定度dB
f）接收机噪声本底
通常，CISPR接收机的本底噪声远低于骚扰电压限值，因此本底噪声对那些接近限值的测量结果的影响可忽略不计。
g）人工电源网络与接收机之间失配的影响
（1）
式中是从与EUT相连的人工电源网络的接收机端口看进去的反射系数；为EMI接收机的反射系数；S分别为双端口电缆的S参数。所有的参数都是针对50阻抗的。由于以上参数很难实际测得。即使知道公式中所涉及的参数的模值或模值的极限值，也不可能计算出，但可以确定其不会超过的极限值为：
（2）
对于骚扰电压的测量，是被测设备阻抗的函数，而被测设备的阻抗通常是未知的和不受限制的。可以假设在最坏情况下的反射系数模值＝1，还可以假设到接收机上是一根良好匹配的电缆（<<1，<<1），其衰减可忽略（），且接收机射频衰减为10dB或更大，这时电压驻波比VSWR ≤ 1.2:1，相当于≤ 0.09。通过计算得到。
修正值的估计值为0，而且具有宽度为（）的U形概率分布。标准不确定度dB
h）人工电源网络阻抗不理想的修正
依据校准证书，其不确定度为4.3％，概率分布为k=2，正态分布。通过计算得到其标准不确定度dB。
综上所述，依据GB/T 6113.402/CISPR16-4，由公式（2）设C=1，计算可得合成标准不确定度：
dB
当测量结果不确定度的置信水平为95％时，取k=2，对应的扩展不确定度为dB，取两位有效数字dB。150kHz-30MHz传导骚扰电压各不确定分量的评定详见表1。
表1 150kHz-30MHz传导骚扰电压不确定度评定
输入量
Xi
xi的不确定度
u（xi）
（dB）
ci
ciu（xi）
（dB）
准确度等级/最大允许偏差a（dB）
概率分布或包含因子k
接收机读数

±0.03
k=1
0.03
1
0.03
人工电源网络和接收机间衰减

±0.2
k=2
0.1
1
0.1
±0.2
矩形
0.12
1
0.12
人工电源网络电压分压系数

±0.3
k=2
0.15
1
0.15
接收机修正
正弦波电压

±1.0
k=2
0.50
1
0.50
脉冲响应

±1.5
k=2
0.75
1
0.75
脉冲重复频率响应

±1.5
k=2
0.75
1
0.75
噪声本底接近度

0
－
0
1
0
人工电源网络和接收机 之间的失配

＋0.75/
－0.82
U形
0.56
1
0.56
人工电源网络阻抗

0.36
k=2
0.18
1
0.18
因此，U=2uc（V）=2.66 dB取两位有效数字为2.7dB

11 测量结果表达
按照测量规范的规定和要求出具测量报告，包括下列内容：
a)测量方的名称和地址
b)被测方的名称和地址
c)测量时间： 年 月 日
d)被测仪器的名称、型号和出厂序列号
e)参考频标的名称、型号及校准期间的相应计量特性指标
f)测量结果及其测量不确定度
12 测量周期
各类被测GNSS接收机的传导骚扰电压测量周期一般不超过一年，建议1年复测一次。
附录A
原始记录格式
测量地点

测量时间

测量所用仪器

被测设备

测量人员

接收机传导骚扰电压原始记录内容

传导骚扰电压为
=

测量不确定度=

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