北斗卫星导航系统应用终端检测技术研究

王淑慧

（中交星宇科技有限公司，北京 100088）

北斗卫星导航系统是我国自主研发的全球微信导航定位系统，对于我国而言，有着不同的政治意义和历史意义。目前，该卫星系统尚未在市场上大面积应用，主要适用于我国军事、交通运输、应急救援等领域，本文主要介绍北斗卫星系统应用终端的检测技术。该系统可以采用GNSS 和RNSS 两种接收端接受信号。本文主要以车载RNSS 接收端作为研究对象，分析其终端的检测技术。通过对其检测技术进行分析，为以后北斗卫星导航系统的认证检测环节提供技术支撑。

1 北斗卫星导航系统概述

1.1 北斗导航系统

近年来，我国为研发北斗卫星导航系统投入大量的人力、物力。在该系统正式投入应用之后，我国人民都为之自豪、惊叹。北斗卫星导航系统可以为全球人民提供全天24h 的定位、导航、授时以及短报文通信服务。经过研究计算分析，该系统用的定位精度为10m，测速精度为0.2m/s，授时精度为10ns。整个系统可以分为三部分，其中空间段可以分为两部分组成，分别为静止轨道卫星和非静止轨道卫星。在2018年12月，北斗三号基本系统既可以为全球提供定位、导航、授时等服务，在2019年9月，北斗系统正式为全球展开服务，截止2019年11月5日，我国发射第49颗导航卫星，这标志着我国北斗三号系统轨道组网顺利完成，预计在2020年，我国将完成北斗卫星导航系统全系统的组网。其实，我国研发的北斗卫星导航系统也受到国外人士的赞誉，在2014年，泰国、文莱、马来西亚等八个国家的技术人员作为国家代表奔赴我国学习北斗技术，这代表众多国家对我国卫星导航技术的肯定。在2014年11月，国际海事组织海上安全委员会将北斗卫星导航系统纳入全球无线电导航系统。美国学者凯文曾表示，北斗系统可在其复杂的范围内进行精确的定位。这是对我国北斗卫星导航系统功能的肯定，随着我国北斗系统越来越完善，该系统可以为全球人民提供更加全面的服务。

1.2 北斗导航系统工作原理及应用

北斗卫星导航系统主要的工作原理如下：我国发射的卫星大多数都在2×104km 的高空中按照一定路径运动，在地面上任何一点都可以被四颗卫星或四颗以上的卫星找到，而空中的卫星位置均为已知，只要接收机对高空中的卫星进行观测，就可以获得最近几颗卫星距离接收端的距离，再通过三维坐标中的距离公式可以构建方程，就可以求得接收端的具体位置。另外，因为地面接收端的时钟与空间段卫星的时钟存在误差，所以最好采用四颗卫星对接收端的位置点进行定位计算，这会使得接收端的位置更加精确。目前，北斗导航系统可以用于军事领域和民用领域。在军事领域中，该系统可对正在运动的目标进行快速定位，可以用于海上搜救行动，通过对部分武器的载具发射位置进行定位从而缩短反应时间。除此之外，北斗卫星导航定位导航系统还可以进行部队的指挥管制活动，这也是美国GPS 系统所没有的内容。在民用领域中，北斗卫星导航系统的应用范围就更加广泛，引起高精度的定位系统可以为人民提供交通运输定位导航服务，还可以为人民预测气候变化、提供个人定位导航服务等，在日产生活中的应急救援也会采用北斗卫星导航系统，该系统可以稳定、安全的运行，为人民提供更加精密的定位导航服务。

2 北斗卫星导航系统技术原理

北斗卫星导航系统主要是为人民提供定位导航服务的系统，该系统主要依靠通用无线分组业务技术和地理信息技术进行定位和导航实现系统功能。在北斗卫星导航系统中最主要的功能就是导航技术，北斗卫星导航可以在短时间内完成卫星导航定位、地理信息匹配以及导航路线自动规划等功能，正是因为上述功能，为人民提供动态的定位导航服务。在北斗卫星导航系统中，其主要的组成部分可以分为静止轨道卫星、非静止轨道卫星、卫星导航信号接收端、卫星导航信号发送端以及地面控制中心等部分组成。为保证地面控制中心中所接受的信号均为准确，应该对接受信号进行质量分析，并且应该对全部卫星的工作状态进行实时监控，通过对其进行监控，出现误差可以引起警报，便于工作人员及时调整。工作人员可以对卫星的工作状态进行调整、控制。通过对卫星工作状态进行检测还可以保证卫星发送信号质量。卫星导航信号接收端和发送端可以接受各种信息，并将其发送到使用中断中，为人类提供服务。该系统地面段与空间段实现通信功能是依靠通用无线分组业务技术，该技术可以通过TCP/IP 协议和互联网建立通信。其信息交换功能主要是依靠移动终端通过移动基站实现SGSN 服务，然后保证移动数据可以实现有效传输和管理功能，之后通用无线分组业务主干网连接网关支持节点可以通过TCP/IP 网络协议实现数据交换的功能。北斗卫星导航系统可以通过上述操作实现视频连接以及语音通信的功能。北斗卫星导航系统中的地理信息技术主要应用在地理信息系统之中实现为北斗卫星系统提供位置信息的功能。地理信息系统可以分为两部分，分别为软件系统和硬件系统，该系统主要通过现代计算机图形技术和数据库技术实现定位功能中地理空间的计算，该系统的主要功能就是为北斗系统提供地理信息和位置特征等服务。在地理信息系统中主要负责信息数据的分析和管理功能，该系统的信息主要是以表格、地图等数据形式输出或存储。

3 北斗卫星导航系统应用终端检测技术

3.1 准备工作

为保证其应用终端工作的稳定性，应该对其选型进行智能检测。在进行北斗卫星导航系统应用终端检测时应该做好充足的准备工作。

（1）检测环境应该符合相关及技术要求，如在实验室对应用终端进行检测，应保证周围温度湿度适宜，周围无电磁干扰，其供电电源应该保证为电压为220V，频率为5Hz，保证测量仪器以及参考卫星数据处在正在稳定的范围内，可以对应用终端进行有效检测，相关仪器仪表应该经过有关部门校验，确保无误差。（2）在鉴定前，应该确认实验用具不缺少，应用终端的全部附件完整齐全，无遗失损坏迹象，比对应用附件主机和附件，确认其信号一致，没有松脱等迹象，并且应该对设备的相关技术要求与说明书进行对比确认。在准备检测前，应该根据相关要求提供与RS232串口相连接的数据传送电缆，然后将终端接入检测平台之中，等到开机后保证应用终端全部功能无损坏就可以开始检测。如下图1为应用终端与检测平台连接示意图。

图1 应用终端与检测平台连接示意图

3.2 搭建检测平台

本文主要研究的是北斗导航系统RNSS/RDSS 车载终端，将应用终端与检测平台连接之后就可以进行检测。对应用终端进行检测的平台可以主要分为两部分组成，分别是导航星座暗室平台和导航测试平台。导航星座暗室平台主要负责模拟卫星导航信号对应用终端进行无线信号测试，导航星座暗室平台主要是由微波暗室及其配套设备组成，导航星座暗室是一个为电磁干扰的理想环境，可以采用天线将模拟的卫星导航信号引入测试环境之中，对应用终端进行无线信号测试。导航测试平台主要可以分为导航测试分系统和北斗通信测试分系统两部分组成，两个系统分别对不同形式的卫星导航信号进行测试。导航测试分系统可以对终端的RNSS 进行测试，检测其功能其余性能指标，北斗通信分系统可以对应用终端中RDSS 功能和指标进行测试。

3.3 相关技术指标

本次检测技术中，检测技术指标可以分为两部分，分别为功能性指标和性能性指标。功能性指标可以分为：（1）可以北斗定位和联合定位；（2）可接受远程指令进行北斗定位；（3）可动态采集位置信息；（4）可以动态储备动态信息；（5）具有动态定位提示功能；（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）可以超速报警。由于本文主要研究的应用终端为车载应用终端，所以其对于动态位置更新功能更加注重，并且超速报警十分重要，可以保证行车安全。当其移动速度大于255km/h 时，应用终端可以发送警报。本次检测的性能检测指标主要RNSS 和RDSS 两种信号制式的性能检测指标。RNSS 性能评价主要是由水平定位精度、测速精度、速度范围以及定位数据更新率四个指标组成。RDSS 性能评价主要是由接收通道数、通信成功率、接收灵敏度以及通信误码率四部分组成。

3.4 终端检测技术

3.4.1 功能检测

将应用终端接入检测平台，然后通过模拟器发送模拟卫星导航信号，通过平台中的测控计算机读取相关定位数据，判断应用终端的北斗定位和联合定位功能是否完好；研究人员通过测控计算机发送定位模式切换指令，读取相关数据判断其是否具有远程操控功能，人民是否可以远程控制进行北斗定位；通过对终端定位信息的采集策略设置判断其是否具有不同采集策略的动态采集位置信息的功能；将终端存储信息传入到测控计算机中判断是否可以实现动态存储定位。在终端接入平台后可以通过测控计算机查看其定位状态判断是否具有定位状态提示的功能；通过测控计算机发指令，判断其是否支持北斗定位系统和通信功能；给予终端发送位置信息判断其是否具有按照指令上报位置的功能；可以通过测控计算机设定速度阙值，判断其是否具有超速报警功能。

3.4.2 性能检测

RNSS 性能检测：将终端接入北斗导航系统检测平台进行模拟信号输出，让终端按照模拟信号的位置信息作为标准位置输出信息，判断其水平定位误差，进而确定水平定位精度；让终端以模拟信号的速度信息为输出信息判断其速度误差，得到测速精度；将卫星导航信号模拟器模拟的速度设定为速度范围的最大值，判断终端是够可以正常输入定位信息和速度信息，并且以该速度作为标准，计算速度误差，判断速度误差是否在正常范围内；通过检查应用终端位置数据更新时刻得出定位数据更新率。RDSS 性能检测：通过检测终端信息接收状况判断其接收通道数；通过向终端发送电文，对比发送和终端接受电文，判断其通信成功率；通过向终端发送信号，得出终端的出站信息，将其与模拟器的原始信息对比，判断灵敏度和误码率。

4 结束语

本文主要以车载终端RNSS 为研究对象，对其检测技术进行分析探究。北斗卫星导航系统可为人民提供定位、导航、通信、授时四项服务。通过对应用终端进行检测可以为以后研发应用终端提供数据支撑，让北斗卫星系统在各领域都可为人民提供服务。