北斗衛星導航系統應用終端檢測技術研究

王淑慧

（中交星宇科技有限公司，北京 100088）

北斗衛星導航系統是我國自主研發的全球微信導航定位系統，對于我國而言，有著不同的政治意義和歷史意義。目前，該衛星系統尚未在市場上大面積應用，主要適用于我國軍事、交通運輸、應急救援等領域，本文主要介紹北斗衛星系統應用終端的檢測技術。該系統可以采用GNSS 和RNSS 兩種接收端接受信號。本文主要以車載RNSS 接收端作為研究對象，分析其終端的檢測技術。通過對其檢測技術進行分析，為以后北斗衛星導航系統的認證檢測環節提供技術支撐。

1 北斗衛星導航系統概述

1.1 北斗導航系統

近年來，我國為研發北斗衛星導航系統投入大量的人力、物力。在該系統正式投入應用之后，我國人民都為之自豪、驚嘆。北斗衛星導航系統可以為全球人民提供全天24h 的定位、導航、授時以及短報文通信服務。經過研究計算分析，該系統用的定位精度為10m，測速精度為0.2m/s，授時精度為10ns。整個系統可以分為三部分，其中空間段可以分為兩部分組成，分別為靜止軌道衛星和非靜止軌道衛星。在2018年12月，北斗三號基本系統既可以為全球提供定位、導航、授時等服務，在2019年9月，北斗系統正式為全球展開服務，截止2019年11月5日，我國發射第49顆導航衛星，這標志著我國北斗三號系統軌道組網順利完成，預計在2020年，我國將完成北斗衛星導航系統全系統的組網。其實，我國研發的北斗衛星導航系統也受到國外人士的贊譽，在2014年，泰國、文萊、馬來西亞等八個國家的技術人員作為國家代表奔赴我國學習北斗技術，這代表眾多國家對我國衛星導航技術的肯定。在2014年11月，國際海事組織海上安全委員會將北斗衛星導航系統納入全球無線電導航系統。美國學者凱文曾表示，北斗系統可在其復雜的范圍內進行精確的定位。這是對我國北斗衛星導航系統功能的肯定，隨著我國北斗系統越來越完善，該系統可以為全球人民提供更加全面的服務。

1.2 北斗導航系統工作原理及應用

北斗衛星導航系統主要的工作原理如下：我國發射的衛星大多數都在2×104km 的高空中按照一定路徑運動，在地面上任何一點都可以被四顆衛星或四顆以上的衛星找到，而空中的衛星位置均為已知，只要接收機對高空中的衛星進行觀測，就可以獲得最近幾顆衛星距離接收端的距離，再通過三維坐標中的距離公式可以構建方程，就可以求得接收端的具體位置。另外，因為地面接收端的時鐘與空間段衛星的時鐘存在誤差，所以最好采用四顆衛星對接收端的位置點進行定位計算，這會使得接收端的位置更加精確。目前，北斗導航系統可以用于軍事領域和民用領域。在軍事領域中，該系統可對正在運動的目標進行快速定位，可以用于海上搜救行動，通過對部分武器的載具發射位置進行定位從而縮短反應時間。除此之外，北斗衛星導航定位導航系統還可以進行部隊的指揮管制活動，這也是美國GPS 系統所沒有的內容。在民用領域中，北斗衛星導航系統的應用范圍就更加廣泛，引起高精度的定位系統可以為人民提供交通運輸定位導航服務，還可以為人民預測氣候變化、提供個人定位導航服務等，在日產生活中的應急救援也會采用北斗衛星導航系統，該系統可以穩定、安全的運行，為人民提供更加精密的定位導航服務。

2 北斗衛星導航系統技術原理

北斗衛星導航系統主要是為人民提供定位導航服務的系統，該系統主要依靠通用無線分組業務技術和地理信息技術進行定位和導航實現系統功能。在北斗衛星導航系統中最主要的功能就是導航技術，北斗衛星導航可以在短時間內完成衛星導航定位、地理信息匹配以及導航路線自動規劃等功能，正是因為上述功能，為人民提供動態的定位導航服務。在北斗衛星導航系統中，其主要的組成部分可以分為靜止軌道衛星、非靜止軌道衛星、衛星導航信號接收端、衛星導航信號發送端以及地面控制中心等部分組成。為保證地面控制中心中所接受的信號均為準確，應該對接受信號進行質量分析，并且應該對全部衛星的工作狀態進行實時監控，通過對其進行監控，出現誤差可以引起警報，便于工作人員及時調整。工作人員可以對衛星的工作狀態進行調整、控制。通過對衛星工作狀態進行檢測還可以保證衛星發送信號質量。衛星導航信號接收端和發送端可以接受各種信息，并將其發送到使用中斷中，為人類提供服務。該系統地面段與空間段實現通信功能是依靠通用無線分組業務技術，該技術可以通過TCP/IP 協議和互聯網建立通信。其信息交換功能主要是依靠移動終端通過移動基站實現SGSN 服務，然后保證移動數據可以實現有效傳輸和管理功能，之后通用無線分組業務主干網連接網關支持節點可以通過TCP/IP 網絡協議實現數據交換的功能。北斗衛星導航系統可以通過上述操作實現視頻連接以及語音通信的功能。北斗衛星導航系統中的地理信息技術主要應用在地理信息系統之中實現為北斗衛星系統提供位置信息的功能。地理信息系統可以分為兩部分，分別為軟件系統和硬件系統，該系統主要通過現代計算機圖形技術和數據庫技術實現定位功能中地理空間的計算，該系統的主要功能就是為北斗系統提供地理信息和位置特征等服務。在地理信息系統中主要負責信息數據的分析和管理功能，該系統的信息主要是以表格、地圖等數據形式輸出或存儲。

3 北斗衛星導航系統應用終端檢測技術

3.1 準備工作

為保證其應用終端工作的穩定性，應該對其選型進行智能檢測。在進行北斗衛星導航系統應用終端檢測時應該做好充足的準備工作。

（1）檢測環境應該符合相關及技術要求，如在實驗室對應用終端進行檢測，應保證周圍溫度濕度適宜，周圍無電磁干擾，其供電電源應該保證為電壓為220V，頻率為5Hz，保證測量儀器以及參考衛星數據處在正在穩定的范圍內，可以對應用終端進行有效檢測，相關儀器儀表應該經過有關部門校驗，確保無誤差。（2）在鑒定前，應該確認實驗用具不缺少，應用終端的全部附件完整齊全，無遺失損壞跡象，比對應用附件主機和附件，確認其信號一致，沒有松脫等跡象，并且應該對設備的相關技術要求與說明書進行對比確認。在準備檢測前，應該根據相關要求提供與RS232串口相連接的數據傳送電纜，然后將終端接入檢測平臺之中，等到開機后保證應用終端全部功能無損壞就可以開始檢測。如下圖1為應用終端與檢測平臺連接示意圖。

圖1 應用終端與檢測平臺連接示意圖

3.2 搭建檢測平臺

本文主要研究的是北斗導航系統RNSS/RDSS 車載終端，將應用終端與檢測平臺連接之后就可以進行檢測。對應用終端進行檢測的平臺可以主要分為兩部分組成，分別是導航星座暗室平臺和導航測試平臺。導航星座暗室平臺主要負責模擬衛星導航信號對應用終端進行無線信號測試，導航星座暗室平臺主要是由微波暗室及其配套設備組成，導航星座暗室是一個為電磁干擾的理想環境，可以采用天線將模擬的衛星導航信號引入測試環境之中，對應用終端進行無線信號測試。導航測試平臺主要可以分為導航測試分系統和北斗通信測試分系統兩部分組成，兩個系統分別對不同形式的衛星導航信號進行測試。導航測試分系統可以對終端的RNSS 進行測試，檢測其功能其余性能指標，北斗通信分系統可以對應用終端中RDSS 功能和指標進行測試。

3.3 相關技術指標

本次檢測技術中，檢測技術指標可以分為兩部分，分別為功能性指標和性能性指標。功能性指標可以分為：（1）可以北斗定位和聯合定位；（2）可接受遠程指令進行北斗定位；（3）可動態采集位置信息；（4）可以動態儲備動態信息；（5）具有動態定位提示功能；（6）可以采用北斗RDSS 定位和通信功能；（7）可以按照制定更新位置信息；（8）可以超速報警。由于本文主要研究的應用終端為車載應用終端，所以其對于動態位置更新功能更加注重，并且超速報警十分重要，可以保證行車安全。當其移動速度大于255km/h 時，應用終端可以發送警報。本次檢測的性能檢測指標主要RNSS 和RDSS 兩種信號制式的性能檢測指標。RNSS 性能評價主要是由水平定位精度、測速精度、速度范圍以及定位數據更新率四個指標組成。RDSS 性能評價主要是由接收通道數、通信成功率、接收靈敏度以及通信誤碼率四部分組成。

3.4 終端檢測技術

3.4.1 功能檢測

將應用終端接入檢測平臺，然后通過模擬器發送模擬衛星導航信號，通過平臺中的測控計算機讀取相關定位數據，判斷應用終端的北斗定位和聯合定位功能是否完好；研究人員通過測控計算機發送定位模式切換指令，讀取相關數據判斷其是否具有遠程操控功能，人民是否可以遠程控制進行北斗定位；通過對終端定位信息的采集策略設置判斷其是否具有不同采集策略的動態采集位置信息的功能；將終端存儲信息傳入到測控計算機中判斷是否可以實現動態存儲定位。在終端接入平臺后可以通過測控計算機查看其定位狀態判斷是否具有定位狀態提示的功能；通過測控計算機發指令，判斷其是否支持北斗定位系統和通信功能；給予終端發送位置信息判斷其是否具有按照指令上報位置的功能；可以通過測控計算機設定速度闕值，判斷其是否具有超速報警功能。

3.4.2 性能檢測

RNSS 性能檢測：將終端接入北斗導航系統檢測平臺進行模擬信號輸出，讓終端按照模擬信號的位置信息作為標準位置輸出信息，判斷其水平定位誤差，進而確定水平定位精度；讓終端以模擬信號的速度信息為輸出信息判斷其速度誤差，得到測速精度；將衛星導航信號模擬器模擬的速度設定為速度范圍的最大值，判斷終端是夠可以正常輸入定位信息和速度信息，并且以該速度作為標準，計算速度誤差，判斷速度誤差是否在正常范圍內；通過檢查應用終端位置數據更新時刻得出定位數據更新率。RDSS 性能檢測：通過檢測終端信息接收狀況判斷其接收通道數；通過向終端發送電文，對比發送和終端接受電文，判斷其通信成功率；通過向終端發送信號，得出終端的出站信息，將其與模擬器的原始信息對比，判斷靈敏度和誤碼率。

4 結束語

本文主要以車載終端RNSS 為研究對象，對其檢測技術進行分析探究。北斗衛星導航系統可為人民提供定位、導航、通信、授時四項服務。通過對應用終端進行檢測可以為以后研發應用終端提供數據支撐，讓北斗衛星系統在各領域都可為人民提供服務。