基于實際衛(wèi)星信號的GNSS性能室內自動化測試方法研究

葉藝生，楊 賽

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

1 測試方法闡述

為實現(xiàn)衛(wèi)星導航終端產(chǎn)品在真實環(huán)境下的GNSS性能測試，必須讓待測產(chǎn)品處于真實道路場景內的衛(wèi)星信號電磁環(huán)境中，同時能給出相應位置準確的位置坐標。而模擬器模擬出來的信號與實際衛(wèi)星信號往往存在較大的差異，不能代替真實的測試環(huán)境。為實現(xiàn)產(chǎn)品在室內測試，問題的關鍵是如何提供真實場景上的衛(wèi)星信號，同時還能提供高精度的坐標信息。通過分析GNSS性能的測試原理，為達到該目的，需要搭建一個由硬件設備和測試軟件組成的測試系統(tǒng)，采集存儲到真實環(huán)境下的衛(wèi)星信號和坐標，并可以在實驗室內重復回放和測試。這里搭建了一套硬件設備主要由衛(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

基準站架設在坐標固定的位置上，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組合慣導接收機，利用基準站廣播的差分改正量以獲得厘米級的動態(tài)定位精度，組合慣導可增強流動站在城市、峽谷、隧道、天橋等衛(wèi)星導航信號遮擋嚴重的環(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，用于記錄路測的運動軌跡與實時速度。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移動站接收機和衛(wèi)星信號采集回放儀，以保證RTK標定結果的準確性。利用控制終端上的控制軟件可以靈活設置信號采集的位寬、采集時間，可實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，并以設定的功率發(fā)送給被測終端接收機。被測終端定位結果輸出的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定NMEA信息與之進行對比分析，以實現(xiàn)自動化測試。

2 方法驗證與評估

通過對實驗樣品（包括導航儀、汽車行駛記錄儀、GPS手機）的反復測試和總結分析，結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，具有較強的代表性，作為標準測試場景為產(chǎn)品代替實際路況測試切實可行，而且該系統(tǒng)具有良好的兼容性，可支持能輸出標準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等標準對靜態(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)相關標準要求靈活設置接收機穩(wěn)定時間、定位數(shù)據(jù)個數(shù)、精度要求以及影響結果判定所依據(jù)的數(shù)據(jù)處理方法（2σ評定法、均方根評定法）。

同時，通過采集實際路況場景中的衛(wèi)星射頻信號作為標準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的衛(wèi)星射頻信號和NMEA信息，便可快速地進行樣品測試，每個項目的測試時間平均只需15分鐘，與實際搭載上路進行測試相比，測試效率提升了近10倍，而且測試結果更加穩(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性和再現(xiàn)性，在測試效率、準確性、實用性方面也具有優(yōu)勢明顯。

3 結束語

目前可以實現(xiàn)實際衛(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實際搭載在運動載體上的方式，這兩種方式都存在較大的應用弊端，本文重點闡述了提出了一種實現(xiàn)基于實際衛(wèi)星信號的GNSS性能室內自動化測試方法，該方法可以取代實際搭載的方式，解決了傳統(tǒng)評估方法的局限性，具備良好的重復性和再現(xiàn)性，在測試效率、準確性、實用性方面也具有優(yōu)勢明顯，通過優(yōu)化設備配置，可以進一步提高系統(tǒng)的測量精度，值得應用推廣。