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

王淑慧

（中交星宇科技有限公司，北京 100088）

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是我國自主研發(fā)的全球微信導(dǎo)航定位系統(tǒng)，對于我國而言，有著不同的政治意義和歷史意義。目前，該衛(wèi)星系統(tǒng)尚未在市場上大面積應(yīng)用，主要適用于我國軍事、交通運輸、應(yīng)急救援等領(lǐng)域，本文主要介紹北斗衛(wèi)星系統(tǒng)應(yīng)用終端的檢測技術(shù)。該系統(tǒng)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(shù)。通過對其檢測技術(shù)進行分析，為以后北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的認證檢測環(huán)節(jié)提供技術(shù)支撐。

1 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)概述

1.1 北斗導(dǎo)航系統(tǒng)

近年來，我國為研發(fā)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)投入大量的人力、物力。在該系統(tǒng)正式投入應(yīng)用之后，我國人民都為之自豪、驚嘆。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)可以為全球人民提供全天24h 的定位、導(dǎo)航、授時以及短報文通信服務(wù)。經(jīng)過研究計算分析，該系統(tǒng)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(tǒng)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(wèi)星和非靜止軌道衛(wèi)星。在2018年12月，北斗三號基本系統(tǒng)既可以為全球提供定位、導(dǎo)航、授時等服務(wù)，在2019年9月，北斗系統(tǒng)正式為全球展開服務(wù)，截止2019年11月5日，我國發(fā)射第49顆導(dǎo)航衛(wèi)星，這標(biāo)志著我國北斗三號系統(tǒng)軌道組網(wǎng)順利完成，預(yù)計在2020年，我國將完成北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)全系統(tǒng)的組網(wǎng)。其實，我國研發(fā)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)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(shù)人員作為國家代表奔赴我國學(xué)習(xí)北斗技術(shù)，這代表眾多國家對我國衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)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(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)納入全球無線電導(dǎo)航系統(tǒng)。美國學(xué)者凱文曾表示，北斗系統(tǒng)可在其復(fù)雜的范圍內(nèi)進行精確的定位。這是對我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)功能的肯定，隨著我國北斗系統(tǒng)越來越完善，該系統(tǒng)可以為全球人民提供更加全面的服務(wù)。

1.2 北斗導(dǎo)航系統(tǒng)工作原理及應(yīng)用

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)主要的工作原理如下：我國發(fā)射的衛(wèi)星大多數(shù)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(wèi)星或四顆以上的衛(wèi)星找到，而空中的衛(wèi)星位置均為已知，只要接收機對高空中的衛(wèi)星進行觀測，就可以獲得最近幾顆衛(wèi)星距離接收端的距離，再通過三維坐標(biāo)中的距離公式可以構(gòu)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(wèi)星的時鐘存在誤差，所以最好采用四顆衛(wèi)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(dǎo)航系統(tǒng)可以用于軍事領(lǐng)域和民用領(lǐng)域。在軍事領(lǐng)域中，該系統(tǒng)可對正在運動的目標(biāo)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(fā)射位置進行定位從而縮短反應(yīng)時間。除此之外，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位導(dǎo)航系統(tǒng)還可以進行部隊的指揮管制活動，這也是美國GPS 系統(tǒng)所沒有的內(nèi)容。在民用領(lǐng)域中，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用范圍就更加廣泛，引起高精度的定位系統(tǒng)可以為人民提供交通運輸定位導(dǎo)航服務(wù)，還可以為人民預(yù)測氣候變化、提供個人定位導(dǎo)航服務(wù)等，在日產(chǎn)生活中的應(yīng)急救援也會采用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以穩(wěn)定、安全的運行，為人民提供更加精密的定位導(dǎo)航服務(wù)。

2 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)技術(shù)原理

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)主要是為人民提供定位導(dǎo)航服務(wù)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要依靠通用無線分組業(yè)務(wù)技術(shù)和地理信息技術(shù)進行定位和導(dǎo)航實現(xiàn)系統(tǒng)功能。在北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中最主要的功能就是導(dǎo)航技術(shù)，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航可以在短時間內(nèi)完成衛(wèi)星導(dǎo)航定位、地理信息匹配以及導(dǎo)航路線自動規(guī)劃等功能，正是因為上述功能，為人民提供動態(tài)的定位導(dǎo)航服務(wù)。在北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中，其主要的組成部分可以分為靜止軌道衛(wèi)星、非靜止軌道衛(wèi)星、衛(wèi)星導(dǎo)航信號接收端、衛(wèi)星導(dǎo)航信號發(fā)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(zhǔn)確，應(yīng)該對接受信號進行質(zhì)量分析，并且應(yīng)該對全部衛(wèi)星的工作狀態(tài)進行實時監(jiān)控，通過對其進行監(jiān)控，出現(xiàn)誤差可以引起警報，便于工作人員及時調(diào)整。工作人員可以對衛(wèi)星的工作狀態(tài)進行調(diào)整、控制。通過對衛(wèi)星工作狀態(tài)進行檢測還可以保證衛(wèi)星發(fā)送信號質(zhì)量。衛(wèi)星導(dǎo)航信號接收端和發(fā)送端可以接受各種信息，并將其發(fā)送到使用中斷中，為人類提供服務(wù)。該系統(tǒng)地面段與空間段實現(xiàn)通信功能是依靠通用無線分組業(yè)務(wù)技術(shù)，該技術(shù)可以通過TCP/IP 協(xié)議和互聯(lián)網(wǎng)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(xiàn)SGSN 服務(wù)，然后保證移動數(shù)據(jù)可以實現(xiàn)有效傳輸和管理功能，之后通用無線分組業(yè)務(wù)主干網(wǎng)連接網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點可以通過TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換的功能。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)可以通過上述操作實現(xiàn)視頻連接以及語音通信的功能。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中的地理信息技術(shù)主要應(yīng)用在地理信息系統(tǒng)之中實現(xiàn)為北斗衛(wèi)星系統(tǒng)提供位置信息的功能。地理信息系統(tǒng)可以分為兩部分，分別為軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要通過現(xiàn)代計算機圖形技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)實現(xiàn)定位功能中地理空間的計算，該系統(tǒng)的主要功能就是為北斗系統(tǒng)提供地理信息和位置特征等服務(wù)。在地理信息系統(tǒng)中主要負責(zé)信息數(shù)據(jù)的分析和管理功能，該系統(tǒng)的信息主要是以表格、地圖等數(shù)據(jù)形式輸出或存儲。

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

3.1 準(zhǔn)備工作

為保證其應(yīng)用終端工作的穩(wěn)定性，應(yīng)該對其選型進行智能檢測。在進行北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用終端檢測時應(yīng)該做好充足的準(zhǔn)備工作。

（1）檢測環(huán)境應(yīng)該符合相關(guān)及技術(shù)要求，如在實驗室對應(yīng)用終端進行檢測，應(yīng)保證周圍溫度濕度適宜，周圍無電磁干擾，其供電電源應(yīng)該保證為電壓為220V，頻率為5Hz，保證測量儀器以及參考衛(wèi)星數(shù)據(jù)處在正在穩(wěn)定的范圍內(nèi)，可以對應(yīng)用終端進行有效檢測，相關(guān)儀器儀表應(yīng)該經(jīng)過有關(guān)部門校驗，確保無誤差。（2）在鑒定前，應(yīng)該確認實驗用具不缺少，應(yīng)用終端的全部附件完整齊全，無遺失損壞跡象，比對應(yīng)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(yīng)該對設(shè)備的相關(guān)技術(shù)要求與說明書進行對比確認。在準(zhǔn)備檢測前，應(yīng)該根據(jù)相關(guān)要求提供與RS232串口相連接的數(shù)據(jù)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(yīng)用終端全部功能無損壞就可以開始檢測。如下圖1為應(yīng)用終端與檢測平臺連接示意圖。

圖1 應(yīng)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(dǎo)航系統(tǒng)RNSS/RDSS 車載終端，將應(yīng)用終端與檢測平臺連接之后就可以進行檢測。對應(yīng)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(dǎo)航星座暗室平臺和導(dǎo)航測試平臺。導(dǎo)航星座暗室平臺主要負責(zé)模擬衛(wèi)星導(dǎo)航信號對應(yīng)用終端進行無線信號測試，導(dǎo)航星座暗室平臺主要是由微波暗室及其配套設(shè)備組成，導(dǎo)航星座暗室是一個為電磁干擾的理想環(huán)境，可以采用天線將模擬的衛(wèi)星導(dǎo)航信號引入測試環(huán)境之中，對應(yīng)用終端進行無線信號測試。導(dǎo)航測試平臺主要可以分為導(dǎo)航測試分系統(tǒng)和北斗通信測試分系統(tǒng)兩部分組成，兩個系統(tǒng)分別對不同形式的衛(wèi)星導(dǎo)航信號進行測試。導(dǎo)航測試分系統(tǒng)可以對終端的RNSS 進行測試，檢測其功能其余性能指標(biāo)，北斗通信分系統(tǒng)可以對應(yīng)用終端中RDSS 功能和指標(biāo)進行測試。

3.3 相關(guān)技術(shù)指標(biāo)

本次檢測技術(shù)中，檢測技術(shù)指標(biāo)可以分為兩部分，分別為功能性指標(biāo)和性能性指標(biāo)。功能性指標(biāo)可以分為：（1）可以北斗定位和聯(lián)合定位；（2）可接受遠程指令進行北斗定位；（3）可動態(tài)采集位置信息；（4）可以動態(tài)儲備動態(tài)信息；（5）具有動態(tài)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(yīng)用終端為車載應(yīng)用終端，所以其對于動態(tài)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(dāng)其移動速度大于255km/h 時，應(yīng)用終端可以發(fā)送警報。本次檢測的性能檢測指標(biāo)主要RNSS 和RDSS 兩種信號制式的性能檢測指標(biāo)。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(shù)據(jù)更新率四個指標(biāo)組成。RDSS 性能評價主要是由接收通道數(shù)、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(shù)

3.4.1 功能檢測

將應(yīng)用終端接入檢測平臺，然后通過模擬器發(fā)送模擬衛(wèi)星導(dǎo)航信號，通過平臺中的測控計算機讀取相關(guān)定位數(shù)據(jù)，判斷應(yīng)用終端的北斗定位和聯(lián)合定位功能是否完好；研究人員通過測控計算機發(fā)送定位模式切換指令，讀取相關(guān)數(shù)據(jù)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(shè)置判斷其是否具有不同采集策略的動態(tài)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(xiàn)動態(tài)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(tài)判斷是否具有定位狀態(tài)提示的功能；通過測控計算機發(fā)指令，判斷其是否支持北斗定位系統(tǒng)和通信功能；給予終端發(fā)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(shè)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(dǎo)航系統(tǒng)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(biāo)準(zhǔn)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(wèi)星導(dǎo)航信號模擬器模擬的速度設(shè)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(biāo)準(zhǔn)，計算速度誤差，判斷速度誤差是否在正常范圍內(nèi)；通過檢查應(yīng)用終端位置數(shù)據(jù)更新時刻得出定位數(shù)據(jù)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(shù)；通過向終端發(fā)送電文，對比發(fā)送和終端接受電文，判斷其通信成功率；通過向終端發(fā)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(jié)束語

本文主要以車載終端RNSS 為研究對象，對其檢測技術(shù)進行分析探究。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)可為人民提供定位、導(dǎo)航、通信、授時四項服務(wù)。通過對應(yīng)用終端進行檢測可以為以后研發(fā)應(yīng)用終端提供數(shù)據(jù)支撐，讓北斗衛(wèi)星系統(tǒng)在各領(lǐng)域都可為人民提供服務(wù)。