北斗衛星導航系統應用終端檢測技術探究

郭健偉

（民航吉林空管分局，吉林 長春 130000）

1 北斗衛星導航系統的構成、定位原理和功能

1.1 系統構成

北斗衛星導航系統簡稱BDS，是我國自主研發的一套全球衛星導航系統，該系統的空間段由靜止軌道衛星和非靜止軌道衛星兩部分組成，前者的數量為5顆，后者的數量為30顆。隨著國家對“北斗”項目重視程度的不斷提高，相關資源的傾斜力度逐步加大，預計在2020年左右，BDS將覆蓋全球[1]。

1.2 定位原理

在距離地面2×104km以上的高空中，5顆靜止軌道衛星和30顆非靜止軌道衛星，以固定的周期環繞地球運行，使得任意時間段地面上任意一點均可同時觀測到4顆以上的衛星。位于高空中35顆衛星的位置均為已知。通過接收機對衛星進行觀測的過程中，可獲得衛星到接收機之間的距離，通過三維坐標中的距離公式，借助3顆衛星，便可構建成三個方程式，求解后能得到觀測點的位置。由于衛星上的時鐘和接收機的時鐘可能會存在一定誤差，因此需要引入第四顆衛星，使得觀測點高程和經緯度數據變得更加精確。

1.3 系統功能

BDS系統除了具備四大基本功能之外，還有軍用和民用功能。

1.3.1 基本功能

（1）短報文通信功能。BDS用戶終端具備雙向報文通信功能，單次傳輸的報文信息為40～60個漢字，該功能使系統在遠航中的應用價值得以充分體現。（2）精密授時功能。BDS系統可向用戶提供20～100 ns時間同步精度。（3）定位精度。BDS系統的水平精度可以達到100 m，設立標準校核以后，在差分狀態下，可以達到20 m。（4）容量大。BDS系統可以容納的用戶數為54萬戶/h。

1.3.2 軍用功能

在軍事方面，BDS和GPS的功能存在很多的相似之處。比如，可對處于運動狀態的目標進行定位導航，可為縮短反應時間的武器和載具發射位置進行快速定位，可進行海上人員搜救等。軍方通過應用BDS的這些功能，可實現各級部隊的主動定位，高層指揮部能隨時掌握部隊的位置，并向其發送相關的作戰指令，有助于提高任務的執行效率。

1.3.3 民用功能

在民用方面，BDS具有如下功能：個人位置服務、氣候變化預測、交通路網管理、鐵路運輸、海上運輸、航空運輸以及應急搶險救援等。

BDS系統歸屬于精密設備的范疇，在其運行環境中，存在大量的干擾源，如果系統出現問題，會對相關的功能造成影響，嚴重時可能會危及系統的運行穩定性，進而引發安全事故。通過監測能夠及時發現BDS存在的問題，從而確保BDS安全、穩定、可靠的運行。BDS運行時，極有可能受到各種因素的干擾，若是干擾問題未能得到有效處理，隨著時間的推移極有可能轉換成嚴重故障，這對BDS系統而言是非常致命的。當系統出現故障后，會對衛星測量、數據傳輸等工作造成影響。因此，對BDS的完好性進行監測評估顯得尤為重要[2]。

2 北斗衛星導航系統應用終端檢測技術

為了便于研究，以北斗衛星無線電導航業務（RNSS）/衛星無線電測定業務（RDSS）車載終端為對象，分析其相關的檢測技術。由此所得的結果，可為北斗衛星導航產品的認證檢測提供依據。

2.1 檢測前的準備工作

2.1.1 備齊物資

在進行檢測前，應當將終端的所有附件準備齊全，并對設備的技術要求加以明確。同時，要準確好使用說明書，主機和配件必須與說明書一致。

2.1.2 外觀檢查

需要檢查終端各部分的外觀是否完好，發現松動部位應當進行緊固，防止檢測時出現故障。

2.1.3 提供直連電纜

按照有關規范標準要求，終端提供與RS232串口直連的數據傳輸電纜，并確保電纜的完好性。

2.1.4 接入檢測平臺

按照正確的方法將終端接入檢測平臺，給電開機后自行啟動，所有功能應當全部可以正常使用[3]。

2.2 搭建檢測平臺

本次檢測中，采用的終端檢測平臺由兩部分組成：導航專用暗室和導航測試專用平臺。

2.2.1 導航專用暗室

該平臺包括微波暗室和相關的配套設備，其中微波暗室為矩形，具有良好的通用性，兩端均可使用，能夠收發雙向信號。導航專用暗室是一個相對比較理想的測試環境。在暗室中，來自于外界的電磁干擾不會對測試過程造成影響，利用天線引入衛星導航信號后，便可完成定位設備的無線信號測試。

2.2.2 導航測試專用平臺

該平臺主要是由兩個分系統組成：北斗通信測試分系統和導航測試分系統。由于該測試平臺中兩個分系統使用的是不同導航衛星信號模擬器，因此兩個分系統能夠分別對終端的RNSS和RDSS的功能和性能進行測試。在具體的檢測過程中，北斗通信測試分系統主要負責測試RDSS，導航測試分系統主要負責測試RNSS[4]。

2.3 終端檢測技術的關鍵指標

由于本次的檢測任務主要是對系統的功能和性能進行檢測，因此檢測技術的關鍵指標也是由這兩部分組成。

2.3.1 功能性指標

功能性指標主要包括：第一，當速度超過預先最大值255 km/h時，系統能夠向平臺發出報警信號；第二，系統能夠支持北斗 RDSS 定位和通信功能，可以根據接收的指令上報當前位置信息，同時給出準確的定位狀態信息；第三，系統需要具備北斗定位和聯合定位功能，可以通過人機交互方式完成北斗定位，當接受遠程控制指令時也能進行北斗定位；第四，可根據相應的采集策略如定時采集或定距采集，實時動態采集具體的位置信息，并動態存儲采集的位置信息，給出定位狀態提示。

2.3.2 性能指標

性能指標由兩個部分組成：RNSS性能指標和RDSS性能指標。RNSS性能指標主要包括水平定位精度、定位數據更新率、測速精度以及速度范圍等。RDSS性能指標包括通信成功率、誤碼率、接收通道數以及靈敏度等。

2.4 終端檢測技術的實施要點

檢測中性能檢測是重點，可以分為兩部分：一是RNSS的性能檢測，二是RDSS 的性能檢測。

2.4.1 RNSS檢測

第一，在對RNSS性能進行檢測的過程中，操作人員可將終端直接接入到檢測平臺中，隨后對模擬器進行靜態和動態仿真場景的設置，并對包含B1頻點在內的射頻仿真信號進行輸出。

第二，依據特定位置的更新率，使終端輸出相應的定位數據，隨后對標準位置進行確定，在該環節的測試中，以衛星導航信號模擬器仿真的用戶位置作為標準位置，據此對水平定位誤差進行計算，結合其分布情況，獲得水平定位精度。

第三，按照特定位置的更新率，使終端輸出相應的速度數據，并以仿真速度作為檢測標準，通過計算速度誤差，結合其分布情況獲得測試速度。隨后，將測得的速度范圍最大值作為仿真速度，利用測控計算機讀取終端輸出的定位數據和速度數據，判斷終端的定位，實現測速功能。

第四，借助測控計算機讀取終端輸出的定位數據，按照位置數據的更新時刻獲得定位數據的更新率。

2.4.2 RDSS檢測

第一，在對RDSS性能進行檢測時，操作人員可將終端直接接入到檢測平臺中，然后對模擬器進行靜態和動態仿真場景的設置，對包含S和L頻點在內的射頻仿真信號進行輸出。

第二，利用10個波束向終端發送定位和通信數據，再通過測控計算機對終端接收信息的情況進行檢測，并對接收通道數進行統計。

第三，利用10個波束中的某一個向終端發送電文，隨后對比終端返回的電文和發出的電文，根據比對結果，對本次通信過程的成功率進行統計。再以10個波束中的某一個向終端發送電平值模擬信號，當終端接收到該信號之后，操作人員可在測控計算機上，對出站信息和原始信息進行比較，據此對終端發送信號的靈敏度和誤碼率進行統計[5]。

3 結 論

綜上所述，北斗衛星導航系統是我國自主研發的系統，填補了多項技術空白，標志著我國在衛星導航方面已經達到國際先進水平。隨著技術的不斷完善，其應用范圍越來越廣，可快速完成終端的性能檢測，為相關產品認證提供詳實可靠的依據。未來，應不斷加大對北斗衛星導航系統的研究力度，對相關技術進行優化改進，從而使該系統能夠為更多的領域提供服務。