北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用終端檢測技術(shù)初探

■文/公安部檢測中心 林 川 張 翔 鄭 征 蘇智睿

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用終端檢測技術(shù)初探

■文/公安部檢測中心 林 川 張 翔 鄭 征 蘇智睿

隨著北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的部分建成和應(yīng)用，公共安全行業(yè)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)和應(yīng)用將由以全球定位系統(tǒng)（GPS）為主導(dǎo)逐步轉(zhuǎn)變至以北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BeiDou Navigation Satellite System，BDS）為主導(dǎo)，因此公共安全行業(yè)對(duì)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用終端檢測具有迫切的需求。本文以北斗警用RNSS/RDSS車載終端為例，對(duì)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用終端檢測技術(shù)進(jìn)行了初步探討，為今后北斗警用衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)品的認(rèn)證檢測提供技術(shù)依據(jù)。

北斗 北斗警用RNSS/RDSS車載終端 檢測技術(shù)

1 引言

全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，又稱天基定位、導(dǎo)航和授時(shí)系統(tǒng)，其關(guān)鍵作用是提供時(shí)間、空間基準(zhǔn)以及相關(guān)的信息服務(wù)，已經(jīng)成為國家重大的空間和信息化基礎(chǔ)設(shè)施，是關(guān)系國家經(jīng)濟(jì)安全、國防安全、國土安全、公共安全的戰(zhàn)略威懾基礎(chǔ)資源和戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)[1]。

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BeiDou Navigation Satellite System，BDS）是我國自行研制的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，是繼美國全球定位系統(tǒng)（GPS）、俄羅斯格洛納斯衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GLONASS）之后第三個(gè)成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。從2000年開始，我國已成功發(fā)射4顆北斗導(dǎo)航試驗(yàn)衛(wèi)星和12顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星，將在系統(tǒng)組網(wǎng)和試驗(yàn)基礎(chǔ)上，逐步擴(kuò)展為全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)；隨著第8顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星于2011年4月發(fā)射成功，標(biāo)志著北斗區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的基本建成；2012年10月25日，第16顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星也在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射成功，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)正式對(duì)亞太地區(qū)提供無源定位、導(dǎo)航和授時(shí)服務(wù)；2014年11月23日，國際海事組織海上安全委員會(huì)審議通過了對(duì)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)認(rèn)可的航行安全通函，標(biāo)志著北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)正式成為全球無線電導(dǎo)航系統(tǒng)的組成部分，取得面向海事應(yīng)用的國際合法地位。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)自2011年12月正式宣布提供試運(yùn)行服務(wù)以來，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，已逐步拓展到交通運(yùn)輸、氣象、漁業(yè)、林業(yè)等多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益[2]。

2014年2月，解放軍總裝備部與公安部聯(lián)合批復(fù)了中國第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)重大專項(xiàng)“北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)公安應(yīng)用示范項(xiàng)目”。項(xiàng)目旨在扭轉(zhuǎn)我國警用導(dǎo)航定位技術(shù)依賴GPS系統(tǒng)的現(xiàn)狀，為在社會(huì)公共安全領(lǐng)域全面推動(dòng)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)廣泛應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

為順利完成北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)公安應(yīng)用示范項(xiàng)目，公安部安全與警用電子產(chǎn)品質(zhì)量檢測中心受公安部北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)公安應(yīng)用示范項(xiàng)目管理辦公室委托，承擔(dān)了示范項(xiàng)目中終端產(chǎn)品選型檢測工作。目前，對(duì)各類終端的檢測業(yè)務(wù)正在穩(wěn)步有序的開展中。

由于“北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)公安應(yīng)用示范項(xiàng)目”規(guī)定了7種終端類型：北斗警用RNSS/RDSS手持終端、北斗警用RNSS/RDSS車載終端、北斗手持移動(dòng)警務(wù)終端、北斗警用RNSS車載終端、北斗RDSS警用指揮機(jī)、北斗警用授時(shí)服務(wù)器、其他終端（包括警用PDT車/手臺(tái)、警用執(zhí)法記錄儀等）。本文以北斗警用RNSS/RDSS車載終端為例，對(duì)其檢測技術(shù)進(jìn)行初步探討，為今后北斗警用衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)品的認(rèn)證檢測提供技術(shù)依據(jù)。

2 檢測環(huán)境要求

檢測環(huán)境條件應(yīng)滿足；（1）實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下檢定，無影響正常工作的電磁干擾；（2）溫度：15℃～30℃；（3）相對(duì)濕度：不大于85%；（4）供電電源：220V±11V，5Hz±1Hz。

測試所用衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)模擬器在正常動(dòng)態(tài)星座下，能產(chǎn)生幾何位置良好（HDOP≤4 或PDOP≤6）的衛(wèi)星信號(hào)；其余測試用儀器、設(shè)備應(yīng)有足夠的測量范圍、分辨力、準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度，其性能應(yīng)滿足被測性能指標(biāo)的要求；測試所用儀器設(shè)備應(yīng)經(jīng)過計(jì)量部門檢定或校準(zhǔn)，符合性能指標(biāo)要求，并在檢定或校準(zhǔn)有效期內(nèi)。

3 檢測準(zhǔn)備要求

檢測前的準(zhǔn)備工作包括：（1）終端應(yīng)有附件、設(shè)備技術(shù)要求和使用說明書等；同時(shí)終端各組成部分外觀應(yīng)完好，主機(jī)與配件應(yīng)齊全配套，并應(yīng)與使用說明書一致，需緊固的部位應(yīng)無松動(dòng)和脫落；（2）終端應(yīng)按照《關(guān)于發(fā)布“北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)公安應(yīng)用示范項(xiàng)目終端產(chǎn)品選型檢測程序”的公告》中的要求，提供直連RS232串口數(shù)據(jù)傳輸電纜；（3）RS232串口應(yīng)支持標(biāo)準(zhǔn)RS232串口輸出，支持參數(shù)可設(shè)置（包括波特率、數(shù)據(jù)位數(shù)、奇偶校驗(yàn)等），支持NMEA-0183協(xié)議和BD用戶設(shè)備接口要求包含的指令輸入和數(shù)據(jù)輸出，支持北斗用戶機(jī)通信協(xié)議4.0或2.1要求包含的指令輸入和數(shù)據(jù)輸出；（4）終端已正確接入檢測平臺(tái)，開機(jī)后自動(dòng)啟動(dòng)；終端自檢、信號(hào)燈指示、按鍵及顯示等功能應(yīng)正常。

4 檢測技術(shù)方案

4.1 檢測平臺(tái)組成

北斗警用RNSS/RDSS車載終端檢測平臺(tái)由2部分組成，包括導(dǎo)航星座暗室平臺(tái)和導(dǎo)航測試平臺(tái)。

導(dǎo)航星座暗室平臺(tái)由微波暗室和配套設(shè)備兩部分組成。導(dǎo)航星座暗室是一個(gè)無外界電磁干擾的理想測試環(huán)境，通過天線引入衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)模擬器輸出的衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)即可對(duì)相應(yīng)導(dǎo)航定位設(shè)備進(jìn)行無線信號(hào)測試。

導(dǎo)航測試平臺(tái)由導(dǎo)航測試分系統(tǒng)和北斗通信測試分系統(tǒng)構(gòu)成。由于導(dǎo)航測試分系統(tǒng)和北斗通信測試分系統(tǒng)所使用的衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)模擬器不同，導(dǎo)航測試分系統(tǒng)主要對(duì)終端的RNSS功能和性能指標(biāo)進(jìn)行測試，北斗通信測試分系統(tǒng)則對(duì)終端的RDSS功能和性能指標(biāo)進(jìn)行測試。

4.2 終端與檢測平臺(tái)連接方式

終端采用無線方式接入檢測平臺(tái)，如圖1所示。

圖1 終端無線檢測設(shè)備連接示意圖

4.3 檢測技術(shù)指標(biāo)

檢測技術(shù)指標(biāo)主要包括功能和性能兩個(gè)部分。功能指標(biāo)包括：（1）具備北斗定位和聯(lián)合定位功能；（2）可通過人機(jī)交互方式或接受遠(yuǎn)程指令進(jìn)行北斗定位；（3）能夠按照不同的采集策略（定時(shí)或定距）對(duì)位置信息進(jìn)行動(dòng)態(tài)采集；（4）具有動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)定位信息的功能；（5）能夠給出定位狀態(tài)提示；（6）支持北斗RDSS定位和通信功能；（7）能夠按指令上報(bào)位置信息；（8）具有超速報(bào)警功能，當(dāng)速度大于設(shè)定值（0～255km/h）時(shí)可向平臺(tái)發(fā)送告警信息。性能指標(biāo)包括RNSS性能指標(biāo)和RDSS性能指標(biāo)兩部分，RNSS性能指標(biāo)包括：水平定位精度、測速精度、速度范圍和定位數(shù)據(jù)更新率；RDSS性能指標(biāo)包括：接收通道數(shù)、通信成功率、接收靈敏度和通信誤碼率。

4.4檢測方法

4.4.1 功能檢測

終端接入檢測平臺(tái)，設(shè)置模擬器仿真場景（靜態(tài)或動(dòng)態(tài)），輸出射頻仿真信號(hào)（包含B1、S、L頻點(diǎn)）。通過測控計(jì)算機(jī)，讀取終端輸出的定位信息數(shù)據(jù)，判斷終端是否具備北斗定位和聯(lián)合定位功能；通過測控計(jì)算機(jī)向終端發(fā)送定位模式切換指令，讀取終端輸出的定位信息數(shù)據(jù)，判斷終端是否可通過人機(jī)交互方式或接受遠(yuǎn)程指令進(jìn)行北斗定位；通過測控計(jì)算機(jī)對(duì)終端定位信息的采集策略進(jìn)行設(shè)置（設(shè)置一定的時(shí)間間隔或距離間隔），讀取終端輸出的定位信息數(shù)據(jù)，判斷終端是否能夠按照不同的采集策略對(duì)位置信息進(jìn)行動(dòng)態(tài)采集；通過將終端存儲(chǔ)的定位信息數(shù)據(jù)傳輸至測控計(jì)算機(jī)，判斷終端是否具有動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)定位信息的功能。

在終端正常定位或無定位信息時(shí)，通過測控計(jì)算機(jī)查看終端的定位狀態(tài)，判斷終端是否能夠給出定位狀態(tài)提示；通過測控計(jì)算機(jī)向終端發(fā)出RDSS定位和通信指令，判斷終端是否支持北斗RDSS定位和通信功能；通過測控計(jì)算機(jī)向終端發(fā)送上報(bào)位置信息指令，判斷終端是否能夠按指令上報(bào)位置信息；通過測控計(jì)算機(jī)設(shè)置速度閾值，查看終端報(bào)警信息，判斷終端是否具有超速報(bào)警功能。

4.4.2 性能檢測

4.4.2.1 RNSS性能檢測

終端接入檢測平臺(tái)，設(shè)置模擬器仿真場景（靜態(tài)或動(dòng)態(tài)），輸出射頻仿真信號(hào)（包含B1頻點(diǎn)）。將終端按照特定位置更新率輸出定位數(shù)據(jù)，以衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)模擬器仿真的用戶位置作為標(biāo)準(zhǔn)位置，計(jì)算水平定位誤差及其分布，得到水平定位精度；將終端按照特定位置更新率輸出速度數(shù)據(jù)，以衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)模擬器仿真的速度作為標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算速度誤差及其分布，得到測速精度。

以速度范圍的最大值作為衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)模擬器的仿真速度，通過測控計(jì)算機(jī)讀取終端輸出的定位和速度信息數(shù)據(jù)，判斷終端是否正常定位和測速，然后以衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)模擬器仿真的速度作為標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算速度誤差及其分布，查看速度誤差是否超出正常范圍；通過測控計(jì)算機(jī)讀取終端輸出的定位信息數(shù)據(jù)，檢查終端每秒輸出的位置數(shù)據(jù)和每次位置數(shù)據(jù)的更新時(shí)刻，得到定位數(shù)據(jù)更新率。

4.4.2.2 RDSS性能檢測

終端接入檢測平臺(tái)，設(shè)置模擬器仿真場景（靜態(tài)或動(dòng)態(tài)），輸出射頻仿真信號(hào)（包含S、L頻點(diǎn)）。通過10個(gè)波束向終端發(fā)送定位和通信數(shù)據(jù)，利用測控計(jì)算機(jī)檢測終端的信息接收情況，統(tǒng)計(jì)接收通道數(shù)；通過某一波束向終端發(fā)送電文信息，在測控計(jì)算機(jī)中將終端返回的電文信息和發(fā)出的電文信息進(jìn)行比對(duì)，統(tǒng)計(jì)通信成功率；通過某一波束向終端發(fā)送一定電平值的衛(wèi)星模擬信號(hào)，終端接收模擬信號(hào)后，在測控計(jì)算機(jī)中將終端接收的出站信息與信號(hào)源播發(fā)的原始信息進(jìn)行比較，統(tǒng)計(jì)靈敏度和誤碼率。

5 結(jié)語

本文針對(duì)當(dāng)前開展的“北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)公安應(yīng)用示范項(xiàng)目”終端選型檢測工作，以北斗警用RNSS/RDSS車載終端為例，對(duì)其檢測技術(shù)進(jìn)行了初步探討，旨在為今后北斗警用衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)品的認(rèn)證檢測提供技術(shù)依據(jù)，也為進(jìn)一步規(guī)范基于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)定位、導(dǎo)航、授時(shí)及短報(bào)文通信的警用裝備質(zhì)量提供科學(xué)保障。

[1]蘇雪梅.導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)展概述[J].科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊，2016,25: 87-88.

[2]馬智偉.2014年北斗衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)發(fā)展綜述與展望[J].衛(wèi)星應(yīng)用，2015,01:46-48.