高精度增強定位導航模塊測試標準化研究

朱輝 徐海潮

摘要：隨著導航定位技術發(fā)展，人民對高精度定位提出了更高的要求。為研究高精度增強定位導航模塊測試標準化技術，先介紹了定位模塊組成、功能和性能;再通過研究定位模塊測試內容，確定功能測試和性能測試兩項主要內容;然后研究定位模塊測試環(huán)境、設備、場地等條件。為便于指導第三方測試機構測試，還研究了定位模塊測試方法。最后對高精度增強定位導航模塊測試提出了未來發(fā)展建議。

關鍵詞：導航 定位 高精度定位 標準化 測試

Research on Testing Standardization of High Precision Enhanced Positioning and Navigation Module

ZHU Hui1? XU Haichao2

（1.JSTI Group Co.， Ltd.， Nanjing， Jiangsu Province， 211106 China;

2.China Design Group Co.，Ltd.， Nanjing， Jiangsu， 210014 China）

Abstract： With the development of navigation and positioning technology， people put forward higher requirements for high-precision positioning. In order to study the test standardization technology of high precision enhanced positioning and navigation module， this paper first introduces the composition， function and performance of positioning module; Then， by studying the test content of positioning module， the two main contents of function test and performance test are determined; Then the test environment， equipment and site of positioning module are studied. In order to guide the third-party testing institutions， the positioning module testing method is also studied. Finally， some suggestions for the future development of high precision enhanced positioning and navigation module testing are proposed.

Key Words： Navigation; Positioning; High precision positioning; Standardization; Testing

隨著科技發(fā)展，高精度地圖、車輛自動駕駛、智能船舶等產品和設備讓人民享受到科技帶給生活的極大便利[1，2]，但同時也對高精度定位導航的定位、授時、測速等方面提出了更高的要求，高精度定位增強模塊的廣泛應用，為上述產品和設備帶來了曙光。當前，市場上有泰斗、千尋、華測等多個廠商生產高精度定位增強模塊，但由于缺乏統(tǒng)一的測試技術，各個廠商生產的高精度定位增強模塊性能千差萬別，不利于上述產品和設備的良性發(fā)展，故急需研究高精度增強定位導航模塊測試技術。

1 定位模塊介紹

1.1 定位模塊組成

高精度定位模塊采用通用型增強定位模塊，其正常工作電壓為：DC 5.0V～36.0V。高精度定位模塊的常用整體結構如圖1所示[3]。其中數據處理單元是模塊的核心部分，實現通信協(xié)議處理;接收單元包括接收天線、GPRS模塊、RJ45接口等三種接口，以三種不同方式接收衛(wèi)星修正參數數據報文;輸出單元包括RS232接口、RS485接口、RJ45接口等三種接口，以三種不同方式為定位設備提供衛(wèi)星修正參數數據。

1.2 定位模塊功能

結合定位模塊組成及結構，推測出高精度定位模塊主要工作任務為接收衛(wèi)星修正參數數據報文、解析衛(wèi)星修正參數數據報文、發(fā)送衛(wèi)星修正參數數據[4]，故其主要功能如下表所示。

1.3 定位模塊性能

在高精度地圖業(yè)務中，要求高精度定位模塊的水平定位和垂直定位性能較好;在車輛自動駕駛業(yè)務中，要求高精度定位模塊的水平定位和測速性能較好;在交通基礎設施觀測業(yè)務中，要求要求高精度定位模塊的垂直定位性能較好[5，6]。為保障交通運輸業(yè)務的精細化管理，急需高精度定位模塊在定位（水平定位、垂直定位）、測速、啟動等多個方面提供優(yōu)異性能，各性能指標如表2所示。

2 測試內容

2.1 功能測試

高精度定位模塊功能測試內容為：接收功能、解析功能、發(fā)送功能、數據存儲功能、天線檢測和報告功能、固件升級功能、獲取廠家信息等。功能測試重點要求如：（1）若是界面測試，需要將測試界面顯示出來;（2）測試方案按照樣標準模板格式進行編寫;（3）只允許一個序號對應一個測試點和一個檢驗點;（4）測試類型分為三種：常規(guī)測試、異常測試、邊界值測試。每種類型都有多個測試點。（5）常規(guī)測試包括功能點的基本功能和派生功能。測試點是對測試內容的概述，測試方法需詳細說明測試過程，檢驗措施是對預計測試結果的描述;（6）異常測試包括測試功能點的異常值或操作，以及保護措施;（7）邊界值測試包括功能界限的邊界點情況;（8）當新添加的測試點與以前的測試點版本不同時，需要備注說明。

2.2 性能測試

高精度定位模塊性能測試內容為：靜態(tài)定位精度、動態(tài)定位精度、測速精度、冷啟動定位時間、熱啟動定位時間、位置更新率、位置分辨力等。性能測試重點要求如：（1）只允許一個序號對應一條記錄;（2）測試條件的描述需要符合性能測試要求;（3）如結果分析項描述通過測試，需要考慮分析的性能點;（4）當測試點的版本與測試項目的基線版本不一樣時，需要備注說明。

2.3 兼容性測試

高精度定位模塊兼容性測試內容為：電磁兼容性、與操作系統(tǒng)兼容性、與集成應用程序兼容性、與低版本設備兼容性等。其兼容性重點要求同性能測試要求。

2.4 安全性測試

高精度定位模塊安全性測試內容為：用戶權限控制、日志記錄、網絡加密、數據備份、數據恢復、數據加密等。高精度定位模塊安全性測試重點要求如：（1）只允許一個序號對應一條記錄;（2）測試策略需需詳細描述安全測試的實現方法;（3）結果評估項描述通過安全測試后，評估該測試點安全等級的指標;（4）當測試點的版本與測試項目的基線版本不一樣時，需要備注說明。

3 測試流程

高精度定位模塊的一般測試流程：具有測試資質的第三方測試人員分功能分模塊測試發(fā)現的問題，并提出修改建議;設備廠商測試現場人員記錄整理第三方測試人員提出的問題;設備廠商測試現場人員針對第三方測試人員提出的問題進行交流溝通;設備廠商測試現場人員對已經理解清楚的問題進行匯總，并區(qū)分優(yōu)先級，設備廠商產品組分析討論和處理;問題修改完成后，提交給中設備廠商測試現場人員進行驗證測試;設備廠商測試現場人員對驗證通過的問題提交給第三方測試人員;第三方測試人員針對測出的問題進行確認測試。具體流程如圖2所示。

4 測試條件

4.1 測試環(huán)境

我國幅員遼闊，環(huán)境溫度千差萬別。東北大西安嶺極寒溫度-30℃，重慶酷暑高溫45℃，這些極寒和高溫地域都不利于高精度定位模塊正常工作，故需要規(guī)定測試溫度和相對濕度。根據查閱測試規(guī)范和廣泛調研，測試溫度為15℃～35℃，測試相對濕度為20%～80%。實際測試過程中，仍有極少數區(qū)域的測試環(huán)境難以滿足上述溫度和相對濕度條件，需測試報告中標注測試時的真實的環(huán)境溫度和相對濕度。

4.2 測試設備

優(yōu)先考慮使用真實的導航衛(wèi)星（BD/GPS/GLONASS）作為高精度定位模塊的測試設備，在不具備導航衛(wèi)星作為測試設備條件下，也可使用GNSS模擬器作為測試設備。GNSS模擬器作為測試設備時，所產生的衛(wèi)星衛(wèi)星信號應具有與實際衛(wèi)星信號相同的特性，在正常動態(tài)星座下，能產生幾何位置良好（HDOP不大于4 或PDOP不大于6）的衛(wèi)星信號;另外，GNSS模擬器應有足夠的測量范圍、分辨力、準確度和穩(wěn)定度，其性能應滿足被測性能指標的要求;此外，GNSS模擬器應經過計量部門檢定或校準，符合性能指標要求，并在檢定或校準有效期內。

4.3 測試場地

測試場地對高精度定位模塊測試結果影響較大，可能會影響第三方測試結果的公平公正評判。故為保障測試效果，為各個生產廠商提供一個理想而又公平公正的測試場地，測試場地須具備以下條件：

（1）測試場地遠離大功率無線電發(fā)射源，其距離最低為200m;（2）遠離高壓輸電線路和微波無線電信號傳送通道，其距離最低為50m;（3）附近不應有強烈反射衛(wèi)星信號的物體，如大型建筑物、水面等;（4）天線安裝高度應高于地面1 m 以上，從天頂到水平面以上10°的仰角空間范圍內對衛(wèi)星的視野清晰。

5測試方法

5.1 功能測試方法

根據設備廠商提供的參考材料，如：設計方案、模塊說明書、檢測條件等，并依據導航衛(wèi)星定位模塊和電子產品硬件相關的國家標準，對接收功能、解析功能、發(fā)送功能、數據存儲功能、天線檢測和報告功能、固件升級功能、獲取廠家信息等功能逐一進行測試，任何一項功能測試都需滿足功能測試內容中性能指標要求。

5.2 性能測試方法

根據高精度定位模塊性能要求及其約束條件下，對其進行性能測試，測試方法如表3所示。

5.3 兼容性測試方法

在兼容性測試方面，本研究主要以電磁兼容的瞬態(tài)抗擾性和靜電放電抗擾度為主。瞬態(tài)抗擾性測試：試驗脈沖發(fā)生器、試驗脈沖形式和試驗脈沖參數、試驗方法均需滿足GB/T 21437.2規(guī)范規(guī)定，并對處于正常工作狀態(tài)的高精度定位模塊進行試驗，檢查試驗中和試驗后的高精度定位模塊功能是否滿足功能要求;靜電放電抗擾度：試驗方法需滿足GB/T 19951規(guī)范規(guī)定，并對處于正常工作狀態(tài)的高精度定位模塊進行接觸放電、空氣放電等試驗，檢查試驗中和試驗后的高精度定位模塊功能是否滿足功能要求。

5.4 安全性測試方法

安全性對高精度定位模塊數據傳輸、故障排查、數據恢復等方面都有著至關重要作用，其主要測試方法如表4所示：

6 結語

隨著交通業(yè)務的精準管理，高精度定位模塊必將呈現百花齊放之勢，其檢測標準化也變得尤為關鍵。本研究闡述了高精度定位模塊功能，深入研究測試內容、測試流程、測試條件、測試方法等，對規(guī)范高精度定位模塊測試和構建測試規(guī)范具有積極指導意義。

參考文獻

[1] 王延文，王爾申，唐遠江，等.便攜式北斗通信定位終端系統(tǒng)的研究與設計[J].電子器件，2017，40（6）：1404-1407.

[2] 武新波，李萌，夏天，等.北斗車載終端云測試系統(tǒng)設計與實現[A].中國衛(wèi)星導航系統(tǒng)管理辦公室學術交流中心.第十一屆中國衛(wèi)星導航年會論文集——S08 測試評估技術[C].中國衛(wèi)星導航系統(tǒng)管理辦公室學術交流中心：中科北斗匯（北京）科技有限公司，2020：4.

[3]孟慶偉，蒲莉莉.新疆北斗衛(wèi)星地基增強系統(tǒng)性能測試及分析[J].測繪與空間地理信息，2021，44（S1）：58-61+64.

[4]萬豪，劉曼，王桂娟.北斗衛(wèi)星導航產品質量檢測機構比對測試方案[J].中國檢驗檢測，2019，27（4）：23-25+14.

[5]于素君，易昌華，李春芬，等.北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)定位原理及其應用綜述[J].物探裝備，2020，30（1）：59-63.

[6]林川，張翔，鄭征，等.北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)應用終端檢測技術初探[J].中國安全防范認證，2017（2）：27-29.

作者簡介：朱輝（1991—），男，江蘇泰興人，本科，工程師，研究方向：智能交通。