浅谈卫星导航接收机定位精度测试的方法

2018-03-20章俊华杨通旭戴志春

数字通信世界 2018年1期

章俊华，杨通旭，戴志春，彭超，伍俊

（湖南卫导信息科技有限公司，长沙 410000）

1 引言

随着我国卫星技术的发展，自主产权的北斗二号卫星导航系统一期建设已经基本完成，并且已将城市的投入使用，随着卫星技术的发展，与卫星导航相关的产业也都发展迅速，包括维保系统、运控系统、运营系统以及相应的终端产业。

在卫星导航接收机的性能指标中，最为重要的就是卫星导航接收机的定位精度。所谓的定位精度就是在一定条件下，卫星导航接收机所能够达到的定位水平，换句话说，就是卫星导航接收机确定的坐标和实际坐标间的离散度和差异度。定位精度的评估要和一定的测试条件以及导航接收机的状态所对应，主要包含以下几个方面：

（1）卫星导航接收机的状态：动态和静态。

（2）定位精度测试的坐标系统：地方坐标和大地坐标。

（3）不同时段的定位精度。

因此本文从以上几个方面进行卫星导航接收机的定位精度测试方法的探讨。

2 定位精度评估方法

评估定位精度的方法通常采用的是内符合精度以及外符合精度两种方法。内符合精度表示的是定位结果的离散度，参考值为一组定位结果的平均值；外符合定位精度表示的定位结果和实际坐标的差异，参考值为实际的坐标。

3 静态定位精度测试方法

通过上一节的内容能够知道，静态定位精度的评估方法通常都是采用内符合定位精度以及外符合定位精度两者相结合的方法进行的。内符合定位精度无需已知的坐标，只需要卫星通视状况良好，没有电磁信号干扰的场地即可。外符合定位精度的测试，不仅需要卫星通视状况良好，没有电磁信号干扰的场地，还要把被测试的卫星导航接收机的天线放到已知坐标的点位上进行。无论是哪种方法，基本的原理都是概率统计法，因此，需要的样本一定要很多，这样才能够满足方法的要求。

4 动态定位精度测试方法

在实际的工作中，卫星导航在接收时并不是完全静止不动的，所以动态定位才是常用的工作模式，因此动态定位精度测试是更为重要的。

卫星导航接收机不论是静态还是动态定位，基本的信号处理与数据处理方法是基本一样的，存在的不同点在于，动态定位方法需要接收机的环路和基带要有一定的动态特性，并且数据的处理方法也不能使用传统的平滑处理方法，通常情况下都是采用下面4种：

4.1 静态定位代替动态定位精度方法

使用这种方法的通常针对的是不具备动态测试条件的用户，或者是对动态精度的要求并不是很高的情况。

4.2 地图拟合方法

地图拟合方法是把跑车得到的动态定位结果显示在地图上面，然后判断道路和行车轨迹的符合程度的概略评估定位精度的方法，这种方法的缺点就是结果不精准，只可以说明动态定位的概略水平，有无跳点、野值等情况。GOOGLE EARTH支持提取标识点的经纬度和高程信息，但是方法的操作流程特别的繁琐。

4.3 固定轨道测试方法

在采用地图拟合方法进行精度的测试时，由于车辆在道路行驶的过程中一定出发生变道或者超车等行为，因此车辆的形式轨迹并不是一直不变的，采用这样的思想，我们能够使用固定的轨道进行精读的测试，在采用固定轨道测试方法的时候，通常采用的是环状的轨道。比如公园里面儿童乘坐的小火车就能够实现。环状轨道的半径能够测量得到，轨道的北向以及中心位置也能够通过标定精确确定，所以这个轨道上面的每一点位的坐标都能够精准获得。

4.4 差分定位方法

这种方法具有一定的局限性，要求具备差分GPS设备以及已知基准点时，才能够使用这种方法。这种方法的优势就是差分GPS的定位精度很高，所以，被试设备的定位精度评估非常的准确，可以给出具体的外符合水平和高程定位精度；并且，由于差分GPS流动站设备和被试设备是同步采样，能够对定位结果的时间特性进行考察。

5 定位精度测试需要考虑的其他因素

5.1 时段因素

北斗二号一期卫星导航系统的星座构成包含5颗IGSO卫星、5颗GEO卫星以及4颗MEO卫星。其中5颗GEO卫星横跨中国地区的精度，位于赤道的上空，相对于导航接收机是基本不动的，剩下的MEO以及IGSO卫星都是按照自己的轨道进行升降，这样，对于不同的时段，同一个地点的卫星的数量都是不一样的，所以几何的布局也是不一样的，因此严格的说，定位精度的测试还需要对不同时段的影响进行考虑。

5.2 地区因素

通过上一节内容的分析，某一地区北斗二号能够看见卫星的数量是不一样的，所以其构成的卫星集合精度因子也是不一样的，造成接收机的定位精度有所区别。但是在实际的测试过程中发现，如果考虑不同地区卫星星座的不同，某一个设备需要到全国几个典型地区进行现场的实测才可以将该因素体现出来，这样对于测试的物力、人力和时间的要求较高，所以采用卫星信号模拟器来模拟不同地区的卫星星座，进而进行不同地区定位精度的评估。该模拟星座遵守所有卫星的轨道尽量模拟现实，不同地区采用同一个星座，这样才可以起到评估的作用。