基于實(shí)際衛(wèi)星信號的GNSS性能室內(nèi)自動化測試方法研究

葉藝生，楊 賽

（廣東省通訊終端產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，河源 517001）

1 測試方法闡述

為實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星導(dǎo)航終端產(chǎn)品在真實(shí)環(huán)境下的GNSS性能測試，必須讓待測產(chǎn)品處于真實(shí)道路場景內(nèi)的衛(wèi)星信號電磁環(huán)境中，同時能給出相應(yīng)位置準(zhǔn)確的位置坐標(biāo)。而模擬器模擬出來的信號與實(shí)際衛(wèi)星信號往往存在較大的差異，不能代替真實(shí)的測試環(huán)境。為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品在室內(nèi)測試，問題的關(guān)鍵是如何提供真實(shí)場景上的衛(wèi)星信號，同時還能提供高精度的坐標(biāo)信息。通過分析GNSS性能的測試原理，為達(dá)到該目的，需要搭建一個由硬件設(shè)備和測試軟件組成的測試系統(tǒng)，采集存儲到真實(shí)環(huán)境下的衛(wèi)星信號和坐標(biāo)，并可以在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)重復(fù)回放和測試。這里搭建了一套硬件設(shè)備主要由衛(wèi)星信號采集回放儀、RTK移動站、天線、功分器、控制終端、被測終端等構(gòu)成，軟件包括控制軟件和測評軟件的測試系統(tǒng)。

1.1 信號采集階段

基準(zhǔn)站架設(shè)在坐標(biāo)固定的位置上，通常是視野開闊，障礙物較少的樓頂或開闊地面，通過持續(xù)觀測GNSS衛(wèi)星信號獲取大氣延時、星鐘誤差等公共誤差改正量，并使用網(wǎng)絡(luò)或電臺方式的無線鏈路與RTK移動站通信。RTK移動站采用RTK組合慣導(dǎo)接收機(jī)，利用基準(zhǔn)站廣播的差分改正量以獲得厘米級的動態(tài)定位精度，組合慣導(dǎo)可增強(qiáng)流動站在城市、峽谷、隧道、天橋等衛(wèi)星導(dǎo)航信號遮擋嚴(yán)重的環(huán)境中的定位可靠性和定位精度。RTK移動站的定位結(jié)果輸出的NMEA信息通過RS232傳輸至衛(wèi)星信號采集回放儀儲存，用于記錄路測的運(yùn)動軌跡與實(shí)時速度。衛(wèi)星信號采集回放儀和RTK移動站共用一個測量型天線，接收的射頻信號通過功分器分別傳輸至RTK移動站接收機(jī)和衛(wèi)星信號采集回放儀，以保證RTK標(biāo)定結(jié)果的準(zhǔn)確性。利用控制終端上的控制軟件可以靈活設(shè)置信號采集的位寬、采集時間，可實(shí)時觀察信號頻譜信息。

1.2 自動化測試階段

衛(wèi)星信號采集回放儀在控制終端的控制下，回放出事先采集的衛(wèi)星信號，并以設(shè)定的功率發(fā)送給被測終端接收機(jī)。被測終端定位結(jié)果輸出的NMEA信息通過串口發(fā)送給控制終端，測評軟件同時通過提取采集階段記錄儲存的高精度標(biāo)定NMEA信息與之進(jìn)行對比分析，以實(shí)現(xiàn)自動化測試。

2 方法驗(yàn)證與評估

通過對實(shí)驗(yàn)樣品（包括導(dǎo)航儀、汽車行駛記錄儀、GPS手機(jī)）的反復(fù)測試和總結(jié)分析，結(jié)果證明該方法建立的測試場景通過采集包括高架橋、隧道、平行路、丁字路、環(huán)島、高速路出人口、高速路匝道、鬧市區(qū)街道等多種典型路況，具有較強(qiáng)的代表性，作為標(biāo)準(zhǔn)測試場景為產(chǎn)品代替實(shí)際路況測試切實(shí)可行，而且該系統(tǒng)具有良好的兼容性，可支持能輸出標(biāo)準(zhǔn)NMEA0183數(shù)據(jù)的GPS和北斗終端，滿足GB/T 19392-2013、GB/T 19056-2012、BD 420010-2015、BD 420011-2015等標(biāo)準(zhǔn)對靜態(tài)定位精度、動態(tài)定位精度和速度精度等GNSS性能的測試要求，可以根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求靈活設(shè)置接收機(jī)穩(wěn)定時間、定位數(shù)據(jù)個數(shù)、精度要求以及影響結(jié)果判定所依據(jù)的數(shù)據(jù)處理方法（2σ評定法、均方根評定法）。

同時，通過采集實(shí)際路況場景中的衛(wèi)星射頻信號作為標(biāo)準(zhǔn)測試場景并存儲記錄厘米級的NMEA信息，每次測試只需通過提取所需的測試場景回放出相應(yīng)的衛(wèi)星射頻信號和NMEA信息，便可快速地進(jìn)行樣品測試，每個項(xiàng)目的測試時間平均只需15分鐘，與實(shí)際搭載上路進(jìn)行測試相比，測試效率提升了近10倍，而且測試結(jié)果更加穩(wěn)定可靠。該方法解決了傳統(tǒng)評估方法的局限性，而且具備良好的重復(fù)性和再現(xiàn)性，在測試效率、準(zhǔn)確性、實(shí)用性方面也具有優(yōu)勢明顯。

3 結(jié)束語

目前可以實(shí)現(xiàn)實(shí)際衛(wèi)星信號的GNSS性能測試的方法很多，普遍的做法是采用模擬器代替法或?qū)嶋H搭載在運(yùn)動載體上的方式，這兩種方式都存在較大的應(yīng)用弊端，本文重點(diǎn)闡述了提出了一種實(shí)現(xiàn)基于實(shí)際衛(wèi)星信號的GNSS性能室內(nèi)自動化測試方法，該方法可以取代實(shí)際搭載的方式，解決了傳統(tǒng)評估方法的局限性，具備良好的重復(fù)性和再現(xiàn)性，在測試效率、準(zhǔn)確性、實(shí)用性方面也具有優(yōu)勢明顯，通過優(yōu)化設(shè)備配置，可以進(jìn)一步提高系統(tǒng)的測量精度，值得應(yīng)用推廣。