高精度增强定位导航模块测试标准化研究

朱辉 徐海潮

摘要：随着导航定位技术发展，人民对高精度定位提出了更高的要求。为研究高精度增强定位导航模块测试标准化技术，先介绍了定位模块组成、功能和性能;再通过研究定位模块测试内容，确定功能测试和性能测试两项主要内容;然后研究定位模块测试环境、设备、场地等条件。为便于指导第三方测试机构测试，还研究了定位模块测试方法。最后对高精度增强定位导航模块测试提出了未来发展建议。

关键词：导航 定位 高精度定位 标准化 测试

Research on Testing Standardization of High Precision Enhanced Positioning and Navigation Module

ZHU Hui1  XU Haichao2

（1.JSTI Group Co.， Ltd.， Nanjing， Jiangsu Province， 211106 China;

2.China Design Group Co.，Ltd.， Nanjing， Jiangsu， 210014 China）

Abstract： With the development of navigation and positioning technology， people put forward higher requirements for high-precision positioning. In order to study the test standardization technology of high precision enhanced positioning and navigation module， this paper first introduces the composition， function and performance of positioning module; Then， by studying the test content of positioning module， the two main contents of function test and performance test are determined; Then the test environment， equipment and site of positioning module are studied. In order to guide the third-party testing institutions， the positioning module testing method is also studied. Finally， some suggestions for the future development of high precision enhanced positioning and navigation module testing are proposed.

Key Words： Navigation; Positioning; High precision positioning; Standardization; Testing

隨着科技发展，高精度地图、车辆自动驾驶、智能船舶等产品和设备让人民享受到科技带给生活的极大便利[1，2]，但同时也对高精度定位导航的定位、授时、测速等方面提出了更高的要求，高精度定位增强模块的广泛应用，为上述产品和设备带来了曙光。当前，市场上有泰斗、千寻、华测等多个厂商生产高精度定位增强模块，但由于缺乏统一的测试技术，各个厂商生产的高精度定位增强模块性能千差万别，不利于上述产品和设备的良性发展，故急需研究高精度增强定位导航模块测试技术。

1 定位模块介绍

1.1 定位模块组成

高精度定位模块采用通用型增强定位模块，其正常工作电压为：DC 5.0V～36.0V。高精度定位模块的常用整体结构如图1所示[3]。其中数据处理单元是模块的核心部分，实现通信协议处理;接收单元包括接收天线、GPRS模块、RJ45接口等三种接口，以三种不同方式接收卫星修正参数数据报文;输出单元包括RS232接口、RS485接口、RJ45接口等三种接口，以三种不同方式为定位设备提供卫星修正参数数据。

1.2 定位模块功能

结合定位模块组成及结构，推测出高精度定位模块主要工作任务为接收卫星修正参数数据报文、解析卫星修正参数数据报文、发送卫星修正参数数据[4]，故其主要功能如下表所示。

1.3 定位模块性能

在高精度地图业务中，要求高精度定位模块的水平定位和垂直定位性能较好;在车辆自动驾驶业务中，要求高精度定位模块的水平定位和测速性能较好;在交通基础设施观测业务中，要求要求高精度定位模块的垂直定位性能较好[5，6]。为保障交通运输业务的精细化管理，急需高精度定位模块在定位（水平定位、垂直定位）、测速、启动等多个方面提供优异性能，各性能指标如表2所示。

2 测试内容

2.1 功能测试

高精度定位模块功能测试内容为：接收功能、解析功能、发送功能、数据存储功能、天线检测和报告功能、固件升级功能、获取厂家信息等。功能测试重点要求如：（1）若是界面测试，需要将测试界面显示出来;（2）测试方案按照样标准模板格式进行编写;（3）只允许一个序号对应一个测试点和一个检验点;（4）测试类型分为三种：常规测试、异常测试、边界值测试。每种类型都有多个测试点。（5）常规测试包括功能点的基本功能和派生功能。测试点是对测试内容的概述，测试方法需详细说明测试过程，检验措施是对预计测试结果的描述;（6）异常测试包括测试功能点的异常值或操作，以及保护措施;（7）边界值测试包括功能界限的边界点情况;（8）当新添加的测试点与以前的测试点版本不同时，需要备注说明。

2.2 性能测试

高精度定位模块性能测试内容为：静态定位精度、动态定位精度、测速精度、冷启动定位时间、热启动定位时间、位置更新率、位置分辨力等。性能测试重点要求如：（1）只允许一个序号对应一条记录;（2）测试条件的描述需要符合性能测试要求;（3）如结果分析项描述通过测试，需要考虑分析的性能点;（4）当测试点的版本与测试项目的基线版本不一样时，需要备注说明。

2.3 兼容性测试

高精度定位模块兼容性测试内容为：电磁兼容性、与操作系统兼容性、与集成应用程序兼容性、与低版本设备兼容性等。其兼容性重点要求同性能测试要求。

2.4 安全性测试

高精度定位模块安全性测试内容为：用户权限控制、日志记录、网络加密、数据备份、数据恢复、数据加密等。高精度定位模块安全性测试重点要求如：（1）只允许一个序号对应一条记录;（2）测试策略需需详细描述安全测试的实现方法;（3）结果评估项描述通过安全测试后，评估该测试点安全等级的指标;（4）当测试点的版本与测试项目的基线版本不一样时，需要备注说明。

3 测试流程

高精度定位模块的一般测试流程：具有测试资质的第三方测试人员分功能分模块测试发现的问题，并提出修改建议;设备厂商测试现场人员记录整理第三方测试人员提出的问题;设备厂商测试现场人员针对第三方测试人员提出的问题进行交流沟通;设备厂商测试现场人员对已经理解清楚的问题进行汇总，并区分优先级，设备厂商产品组分析讨论和处理;问题修改完成后，提交给中设备厂商测试现场人员进行验证测试;设备厂商测试现场人员对验证通过的问题提交给第三方测试人员;第三方测试人员针对测出的问题进行确认测试。具体流程如图2所示。

4 测试条件

4.1 测试环境

我国幅员辽阔，环境温度千差万别。东北大西安岭极寒温度-30℃，重庆酷暑高温45℃，这些极寒和高温地域都不利于高精度定位模块正常工作，故需要规定测试温度和相对湿度。根据查阅测试规范和广泛调研，测试温度为15℃～35℃，测试相对湿度为20%～80%。实际测试过程中，仍有极少数区域的测试环境难以满足上述温度和相对湿度条件，需测试报告中标注测试时的真实的环境温度和相对湿度。

4.2 测试设备

优先考虑使用真实的导航卫星（BD/GPS/GLONASS）作为高精度定位模块的测试设备，在不具备导航卫星作为测试设备条件下，也可使用GNSS模拟器作为测试设备。GNSS模拟器作为测试设备时，所产生的卫星卫星信号应具有与实际卫星信号相同的特性，在正常动态星座下，能产生几何位置良好（HDOP不大于4 或PDOP不大于6）的卫星信号;另外，GNSS模拟器应有足够的测量范围、分辨力、准确度和稳定度，其性能应满足被测性能指标的要求;此外，GNSS模拟器应经过计量部门检定或校准，符合性能指标要求，并在检定或校准有效期内。

4.3 测试场地

测试场地对高精度定位模块测试结果影响较大，可能会影响第三方测试结果的公平公正评判。故为保障测试效果，为各个生产厂商提供一个理想而又公平公正的测试场地，测试场地须具备以下条件：

（1）测试场地远离大功率无线电发射源，其距离最低为200m;（2）远离高压输电线路和微波无线电信号传送通道，其距离最低为50m;（3）附近不应有强烈反射卫星信号的物体，如大型建筑物、水面等;（4）天线安装高度应高于地面1 m 以上，从天顶到水平面以上10°的仰角空间范围内对卫星的视野清晰。

5测试方法

5.1 功能测试方法

根据设备厂商提供的参考材料，如：设计方案、模块说明书、检测条件等，并依据导航卫星定位模块和电子产品硬件相关的国家标准，对接收功能、解析功能、发送功能、数据存储功能、天线检测和报告功能、固件升级功能、获取厂家信息等功能逐一进行测试，任何一项功能测试都需满足功能测试内容中性能指标要求。

5.2 性能测试方法

根据高精度定位模块性能要求及其约束条件下，对其进行性能测试，测试方法如表3所示。

5.3 兼容性测试方法

在兼容性测试方面，本研究主要以电磁兼容的瞬态抗扰性和静电放电抗扰度为主。瞬态抗扰性测试：试验脉冲发生器、试验脉冲形式和试验脉冲参数、试验方法均需满足GB/T 21437.2规范规定，并对处于正常工作状态的高精度定位模块进行试验，检查试验中和试验后的高精度定位模块功能是否满足功能要求;静电放电抗扰度：试验方法需满足GB/T 19951规范规定，并对处于正常工作状态的高精度定位模块进行接触放电、空气放电等试验，检查试验中和试验后的高精度定位模块功能是否满足功能要求。

5.4 安全性测试方法

安全性对高精度定位模块数据传输、故障排查、数据恢复等方面都有着至关重要作用，其主要测试方法如表4所示：

6 结语

随着交通业务的精准管理，高精度定位模块必将呈现百花齐放之势，其检测标准化也变得尤为关键。本研究阐述了高精度定位模块功能，深入研究测试内容、测试流程、测试条件、测试方法等，对规范高精度定位模块测试和构建测试规范具有积极指导意义。

参考文献

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[5]于素君，易昌华，李春芬，等.北斗卫星导航系统定位原理及其应用综述[J].物探装备，2020，30（1）：59-63.

[6]林川，张翔，郑征，等.北斗卫星导航系统应用终端检测技术初探[J].中国安全防范认证，2017（2）：27-29.

作者简介：朱辉（1991—），男，江苏泰兴人，本科，工程师，研究方向：智能交通。