基于实际卫星信号的GNSS性能室内自动化测试方法研究

叶艺生，杨 赛

（广东省通讯终端产品质量监督检验中心，河源 517001）

1 测试方法阐述

为实现卫星导航终端产品在真实环境下的GNSS性能测试，必须让待测产品处于真实道路场景内的卫星信号电磁环境中，同时能给出相应位置准确的位置坐标。而模拟器模拟出来的信号与实际卫星信号往往存在较大的差异，不能代替真实的测试环境。为实现产品在室内测试，问题的关键是如何提供真实场景上的卫星信号，同时还能提供高精度的坐标信息。通过分析GNSS性能的测试原理，为达到该目的，需要搭建一个由硬件设备和测试软件组成的测试系统，采集存储到真实环境下的卫星信号和坐标，并可以在实验室内重复回放和测试。这里搭建了一套硬件设备主要由卫星信号采集回放仪、RTK移动站、天线、功分器、控制终端、被测终端等构成，软件包括控制软件和测评软件的测试系统。

1.1 信号采集阶段

基准站架设在坐标固定的位置上，通常是视野开阔，障碍物较少的楼顶或开阔地面，通过持续观测GNSS卫星信号获取大气延时、星钟误差等公共误差改正量，并使用网络或电台方式的无线链路与RTK移动站通信。RTK移动站采用RTK组合惯导接收机，利用基准站广播的差分改正量以获得厘米级的动态定位精度，组合惯导可增强流动站在城市、峡谷、隧道、天桥等卫星导航信号遮挡严重的环境中的定位可靠性和定位精度。RTK移动站的定位结果输出的NMEA信息通过RS232传输至卫星信号采集回放仪储存，用于记录路测的运动轨迹与实时速度。卫星信号采集回放仪和RTK移动站共用一个测量型天线，接收的射频信号通过功分器分别传输至RTK移动站接收机和卫星信号采集回放仪，以保证RTK标定结果的准确性。利用控制终端上的控制软件可以灵活设置信号采集的位宽、采集时间，可实时观察信号频谱信息。

1.2 自动化测试阶段

卫星信号采集回放仪在控制终端的控制下，回放出事先采集的卫星信号，并以设定的功率发送给被测终端接收机。被测终端定位结果输出的NMEA信息通过串口发送给控制终端，测评软件同时通过提取采集阶段记录储存的高精度标定NMEA信息与之进行对比分析，以实现自动化测试。

2 方法验证与评估

通过对实验样品（包括导航仪、汽车行驶记录仪、GPS手机）的反复测试和总结分析，结果证明该方法建立的测试场景通过采集包括高架桥、隧道、平行路、丁字路、环岛、高速路出人口、高速路匝道、闹市区街道等多种典型路况，具有较强的代表性，作为标准测试场景为产品代替实际路况测试切实可行，而且该系统具有良好的兼容性，可支持能输出标准NMEA0183数据的GPS和北斗终端，满足GB/T 19392-2013、GB/T 19056-2012、BD 420010-2015、BD 420011-2015等标准对静态定位精度、动态定位精度和速度精度等GNSS性能的测试要求，可以根据相关标准要求灵活设置接收机稳定时间、定位数据个数、精度要求以及影响结果判定所依据的数据处理方法（2σ评定法、均方根评定法）。

同时，通过采集实际路况场景中的卫星射频信号作为标准测试场景并存储记录厘米级的NMEA信息，每次测试只需通过提取所需的测试场景回放出相应的卫星射频信号和NMEA信息，便可快速地进行样品测试，每个项目的测试时间平均只需15分钟，与实际搭载上路进行测试相比，测试效率提升了近10倍，而且测试结果更加稳定可靠。该方法解决了传统评估方法的局限性，而且具备良好的重复性和再现性，在测试效率、准确性、实用性方面也具有优势明显。

3 结束语

目前可以实现实际卫星信号的GNSS性能测试的方法很多，普遍的做法是采用模拟器代替法或实际搭载在运动载体上的方式，这两种方式都存在较大的应用弊端，本文重点阐述了提出了一种实现基于实际卫星信号的GNSS性能室内自动化测试方法，该方法可以取代实际搭载的方式，解决了传统评估方法的局限性，具备良好的重复性和再现性，在测试效率、准确性、实用性方面也具有优势明显，通过优化设备配置，可以进一步提高系统的测量精度，值得应用推广。