北斗卫星导航系统应用终端检测技术初探

■文/公安部检测中心 林 川 张 翔 郑 征 苏智睿

北斗卫星导航系统应用终端检测技术初探

■文/公安部检测中心 林 川 张 翔 郑 征 苏智睿

随着北斗卫星导航系统的部分建成和应用，公共安全行业卫星导航系统的建设和应用将由以全球定位系统（GPS）为主导逐步转变至以北斗卫星导航系统（BeiDou Navigation Satellite System，BDS）为主导，因此公共安全行业对北斗卫星导航系统应用终端检测具有迫切的需求。本文以北斗警用RNSS/RDSS车载终端为例，对北斗卫星导航系统应用终端检测技术进行了初步探讨，为今后北斗警用卫星导航产品的认证检测提供技术依据。

北斗 北斗警用RNSS/RDSS车载终端 检测技术

1 引言

全球卫星导航系统，又称天基定位、导航和授时系统，其关键作用是提供时间、空间基准以及相关的信息服务，已经成为国家重大的空间和信息化基础设施，是关系国家经济安全、国防安全、国土安全、公共安全的战略威慑基础资源和战略性新兴产业[1]。

北斗卫星导航系统（BeiDou Navigation Satellite System，BDS）是我国自行研制的全球卫星导航系统，是继美国全球定位系统（GPS）、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统（GLONASS）之后第三个成熟的卫星导航系统。从2000年开始，我国已成功发射4颗北斗导航试验卫星和12颗北斗导航卫星，将在系统组网和试验基础上，逐步扩展为全球卫星导航系统；随着第8颗北斗导航卫星于2011年4月发射成功，标志着北斗区域卫星导航系统的基本建成；2012年10月25日，第16颗北斗导航卫星也在西昌卫星发射中心发射成功，北斗卫星导航系统正式对亚太地区提供无源定位、导航和授时服务；2014年11月23日，国际海事组织海上安全委员会审议通过了对北斗卫星导航系统认可的航行安全通函，标志着北斗卫星导航系统正式成为全球无线电导航系统的组成部分，取得面向海事应用的国际合法地位。北斗卫星导航系统自2011年12月正式宣布提供试运行服务以来，系统运行稳定，已逐步拓展到交通运输、气象、渔业、林业等多个应用领域，产生了显著的经济、社会效益[2]。

2014年2月，解放军总装备部与公安部联合批复了中国第二代卫星导航系统重大专项“北斗卫星导航系统公安应用示范项目”。项目旨在扭转我国警用导航定位技术依赖GPS系统的现状，为在社会公共安全领域全面推动北斗卫星导航系统广泛应用奠定基础。

为顺利完成北斗卫星导航系统公安应用示范项目，公安部安全与警用电子产品质量检测中心受公安部北斗卫星导航系统公安应用示范项目管理办公室委托，承担了示范项目中终端产品选型检测工作。目前，对各类终端的检测业务正在稳步有序的开展中。

由于“北斗卫星导航系统公安应用示范项目”规定了7种终端类型：北斗警用RNSS/RDSS手持终端、北斗警用RNSS/RDSS车载终端、北斗手持移动警务终端、北斗警用RNSS车载终端、北斗RDSS警用指挥机、北斗警用授时服务器、其他终端（包括警用PDT车/手台、警用执法记录仪等）。本文以北斗警用RNSS/RDSS车载终端为例，对其检测技术进行初步探讨，为今后北斗警用卫星导航产品的认证检测提供技术依据。

2 检测环境要求

检测环境条件应满足；（1）实验室环境下检定，无影响正常工作的电磁干扰；（2）温度：15℃～30℃；（3）相对湿度：不大于85%；（4）供电电源：220V±11V，5Hz±1Hz。

测试所用卫星导航信号模拟器在正常动态星座下，能产生几何位置良好（HDOP≤4 或PDOP≤6）的卫星信号；其余测试用仪器、设备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；测试所用仪器设备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。

3 检测准备要求

检测前的准备工作包括：（1）终端应有附件、设备技术要求和使用说明书等；同时终端各组成部分外观应完好，主机与配件应齐全配套，并应与使用说明书一致，需紧固的部位应无松动和脱落；（2）终端应按照《关于发布“北斗卫星导航系统公安应用示范项目终端产品选型检测程序”的公告》中的要求，提供直连RS232串口数据传输电缆；（3）RS232串口应支持标准RS232串口输出，支持参数可设置（包括波特率、数据位数、奇偶校验等），支持NMEA-0183协议和BD用户设备接口要求包含的指令输入和数据输出，支持北斗用户机通信协议4.0或2.1要求包含的指令输入和数据输出；（4）终端已正确接入检测平台，开机后自动启动；终端自检、信号灯指示、按键及显示等功能应正常。

4 检测技术方案

4.1 检测平台组成

北斗警用RNSS/RDSS车载终端检测平台由2部分组成，包括导航星座暗室平台和导航测试平台。

导航星座暗室平台由微波暗室和配套设备两部分组成。导航星座暗室是一个无外界电磁干扰的理想测试环境，通过天线引入卫星导航信号模拟器输出的卫星导航信号即可对相应导航定位设备进行无线信号测试。

导航测试平台由导航测试分系统和北斗通信测试分系统构成。由于导航测试分系统和北斗通信测试分系统所使用的卫星导航信号模拟器不同，导航测试分系统主要对终端的RNSS功能和性能指标进行测试，北斗通信测试分系统则对终端的RDSS功能和性能指标进行测试。

4.2 终端与检测平台连接方式

终端采用无线方式接入检测平台，如图1所示。

图1 终端无线检测设备连接示意图

4.3 检测技术指标

检测技术指标主要包括功能和性能两个部分。功能指标包括：（1）具备北斗定位和联合定位功能；（2）可通过人机交互方式或接受远程指令进行北斗定位；（3）能够按照不同的采集策略（定时或定距）对位置信息进行动态采集；（4）具有动态存储定位信息的功能；（5）能够给出定位状态提示；（6）支持北斗RDSS定位和通信功能；（7）能够按指令上报位置信息；（8）具有超速报警功能，当速度大于设定值（0～255km/h）时可向平台发送告警信息。性能指标包括RNSS性能指标和RDSS性能指标两部分，RNSS性能指标包括：水平定位精度、测速精度、速度范围和定位数据更新率；RDSS性能指标包括：接收通道数、通信成功率、接收灵敏度和通信误码率。

4.4检测方法

4.4.1 功能检测

终端接入检测平台，设置模拟器仿真场景（静态或动态），输出射频仿真信号（包含B1、S、L频点）。通过测控计算机，读取终端输出的定位信息数据，判断终端是否具备北斗定位和联合定位功能；通过测控计算机向终端发送定位模式切换指令，读取终端输出的定位信息数据，判断终端是否可通过人机交互方式或接受远程指令进行北斗定位；通过测控计算机对终端定位信息的采集策略进行设置（设置一定的时间间隔或距离间隔），读取终端输出的定位信息数据，判断终端是否能够按照不同的采集策略对位置信息进行动态采集；通过将终端存储的定位信息数据传输至测控计算机，判断终端是否具有动态存储定位信息的功能。

在终端正常定位或无定位信息时，通过测控计算机查看终端的定位状态，判断终端是否能够给出定位状态提示；通过测控计算机向终端发出RDSS定位和通信指令，判断终端是否支持北斗RDSS定位和通信功能；通过测控计算机向终端发送上报位置信息指令，判断终端是否能够按指令上报位置信息；通过测控计算机设置速度阈值，查看终端报警信息，判断终端是否具有超速报警功能。

4.4.2 性能检测

4.4.2.1 RNSS性能检测

终端接入检测平台，设置模拟器仿真场景（静态或动态），输出射频仿真信号（包含B1频点）。将终端按照特定位置更新率输出定位数据，以卫星导航信号模拟器仿真的用户位置作为标准位置，计算水平定位误差及其分布，得到水平定位精度；将终端按照特定位置更新率输出速度数据，以卫星导航信号模拟器仿真的速度作为标准，计算速度误差及其分布，得到测速精度。

以速度范围的最大值作为卫星导航信号模拟器的仿真速度，通过测控计算机读取终端输出的定位和速度信息数据，判断终端是否正常定位和测速，然后以卫星导航信号模拟器仿真的速度作为标准，计算速度误差及其分布，查看速度误差是否超出正常范围；通过测控计算机读取终端输出的定位信息数据，检查终端每秒输出的位置数据和每次位置数据的更新时刻，得到定位数据更新率。

4.4.2.2 RDSS性能检测

终端接入检测平台，设置模拟器仿真场景（静态或动态），输出射频仿真信号（包含S、L频点）。通过10个波束向终端发送定位和通信数据，利用测控计算机检测终端的信息接收情况，统计接收通道数；通过某一波束向终端发送电文信息，在测控计算机中将终端返回的电文信息和发出的电文信息进行比对，统计通信成功率；通过某一波束向终端发送一定电平值的卫星模拟信号，终端接收模拟信号后，在测控计算机中将终端接收的出站信息与信号源播发的原始信息进行比较，统计灵敏度和误码率。

5 结语

本文针对当前开展的“北斗卫星导航系统公安应用示范项目”终端选型检测工作，以北斗警用RNSS/RDSS车载终端为例，对其检测技术进行了初步探讨，旨在为今后北斗警用卫星导航产品的认证检测提供技术依据，也为进一步规范基于北斗卫星导航系统定位、导航、授时及短报文通信的警用装备质量提供科学保障。

[1]苏雪梅.导航卫星发展概述[J].科技经济导刊，2016,25: 87-88.

[2]马智伟.2014年北斗卫星导航产业发展综述与展望[J].卫星应用，2015,01:46-48.