基于實際衛星信號的GNSS性能室內自動化測試方法研究

葉藝生，楊 賽

（廣東省通訊終端產品質量監督檢驗中心，河源 517001）

1 測試方法闡述

為實現衛星導航終端產品在真實環境下的GNSS性能測試，必須讓待測產品處于真實道路場景內的衛星信號電磁環境中，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星信號往往存在較大的差異，不能代替真實的測試環境。為實現產品在室內測試，問題的關鍵是如何提供真實場景上的衛星信號，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，采集存儲到真實環境下的衛星信號和坐標，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。

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，通過持續觀測GNSS衛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、天橋等衛星導航信號遮擋嚴重的環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星信號，并以設定的功率發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、環島、高速路出人口、高速路匝道、鬧市區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品代替實際路況測試切實可行，而且該系統具有良好的兼容性，可支持能輸出標準NMEA0183數據的GPS和北斗終端，滿足GB/T 19392-2013、GB/T 19056-2012、BD 420010-2015、BD 420011-2015等標準對靜態定位精度、動態定位精度和速度精度等GNSS性能的測試要求，可以根據相關標準要求靈活設置接收機穩定時間、定位數據個數、精度要求以及影響結果判定所依據的數據處理方法（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定可靠。該方法解決了傳統評估方法的局限性，而且具備良好的重復性和再現性，在測試效率、準確性、實用性方面也具有優勢明顯。

3 結束語

目前可以實現實際衛星信號的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基于實際衛星信號的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，解決了傳統評估方法的局限性，具備良好的重復性和再現性，在測試效率、準確性、實用性方面也具有優勢明顯，通過優化設備配置，可以進一步提高系統的測量精度，值得應用推廣。