北斗接收机动态定位精度测试与分析

北斗接收机动态定位精度测试与分析
发表时间：2019-01-04T10:29:27.653Z 来源：《基层建设》2018年第34期作者：韩晓晶1 孟琪2 [导读] 摘要：北斗卫星导航系统属于无源定位系统，北斗接收机最为该系统的重要组成部分，主要负责对卫星信号的跟踪、观测量的提取和定位结算，其动态定位精度直接影响了接收的性能。

北京京航计算通讯研究所北京市 100073
摘要：北斗卫星导航系统属于无源定位系统，北斗接收机最为该系统的重要组成部分，主要负责对卫星信号的跟踪、观测量的提取和定位结算，其动态定位精度直接影响了接收的性能。

基于此，本论文对北斗接收机动态定位的精度测试方式进行了详细的研究和分析。

关键词：北斗接收机；动态定位；精度测试
一、北斗卫星导航系统与北斗接收机
1、北斗卫星导航系统
北斗卫星导航系统，简称北斗系统，是我国拥有自主知识产权的卫星导航系统。

北斗系统与美国的GPS、欧盟的Galileo系统基本相似，属于卫星无线电导航服务，可具有高精度、高可靠定位，以及导航和授时服务的功能，是国家经济发展、社会发展和国家安全建设中不可或缺的一项空间信息基础设施。

北斗系统在建设的过程中，选择了“先区域、后全球”的“三步走”战略。

第一步，在2000年，将北斗系统的实验系统初步建设成功；第二步，即在2012年，完成北斗系统对中国、以及中国周边地区的服务建设；第三部，即2020年全面建成北斗卫星导航系统。

截止到2012年12月28日，该系统已经开始向亚太区域提供服务。

北斗系统在定位精度上，无论是水平精度，还是高程精度，均已达到了10米，并且测速精度已经达到0.2米/秒，授时精度为单向50纳秒[1]。

目前，北斗卫星导航系统的服务性能已经基本与GPS保持相当的水平，完全可以独立提供导航、定位、授时等服务。

2、北斗接收机
北斗卫星导航系统主要包括空间段、运行与控制段、用户段三部分组成。

该系统在具体运行的过程中，空间段的卫星负责向地面发射导航信号，地面监控部位接收到空间段发射的导航信号之后，并据此对卫星运行轨道进行确定，之后将卫星轨道信息注入卫星，卫生则在下行频点上对其运行的信息进行转播；最后用户设备通过对卫星信号的接受，获得相关的参数，并对用户与卫星之间的距离信息进行推算，进而将用户的空间位置信息进行精准确定。

北斗接收机正是位于该系统用户段上，主要由接收天线、射频前端、数字基带信号处理、导航解算四个部分构成。

其中，接收天线负责对北斗导航信号的接受，射频前端对所接受的信号进行放大、模拟变频、A/D转换处理，数字基带信号处理则负责对实现中频信号进行捕获、跟踪，导航解算则通过以上参数对接收机的位置、速度和时间等信息进行解算[2]。

从北斗接收机的组成部分和功能上，不难看出：接收机对数据处理的精度要求相对较高。

因此，必须要加强北斗接收机动态定位的精度测试工作。

二、北斗接收机动态定位误差分析
北斗卫星导航系统在定位服务的过程中，采用了最新的精密单点定位方式，但该定位方式在应用的过程中常出现一定的定位误差现象。

对此，可分为三种，即：卫星误差（星力、卫星时钟），传播误差（对流层延迟改正、多路径效应、相对论效应），接收机误差（接收机钟、观测噪声、天线相应中心）
为了进一步提高北斗接收机的精度，必须要采取有效的措施，消除北斗接收机动态定位误差：首先，充分利用差分技术，或者二项式模拟卫星钟差方式，以有效消除卫星钟差；其次，充分利用导航电文中的电离层改正模式，将电离层延迟误差减少在最小阶段；或者采用对流层改正模型，将对流层延迟误差控制在最小；针对多路径效应误差的消除的时候，主要是利用天下设置抑制板的方式，对反射波进行阻挡，或者利用天线的方向图的空间特性。

最后，还要尽量避免不必要的人为操作造成的误差[3-4]。

三、北斗接收机动态定位精度测试
在对北斗接收机进行动态定位测试的过程中，由于接收机的基带、环路等具有明显的动态性，数据处理也不能采用普通的方式进行。

通常，北斗接收动态定位精度测试的过程中，可通过以下四种方式完成。

1、卫星信号模拟源
这是对北斗接收机进行动态定位测试的过程中，最为直接、有效的方式，主要将卫星导航接收机采用有源方式，与模拟源相接入，并通过评估报告，即可对其动态定位精度进行直接评定。

2、地图拟合法
在利用该方法对北斗接收机动态定位精度进行测试的过程中，主要是将跑车得到的动态定位结果呈现在地图上，并通过行车轨迹与道路的符合程度，对其精度进行评估。

但需要说明的是，该测试方式无法实现北斗接收机动态定位精度的准确评估，智能对其概略水平、有无跳点、野值等进行概略说明。

在具体使用该方法的时候，主要是利用GOOGLE EARTH支持提取标识点的相关信息，如：经纬度、高程，经过较为复杂的操作之后，对其结果进行概略评估。

其具体的概略评估流程为：将被测试接收机所采集的NM EA格式数据进行储存；定位结果采集的时候，应在野外空旷的道路上，沿着环形路线跑车，并连续跑2圈以上；利用转换工具，将NM EA格式数据转变为KML格式；并利用GOOGLE EARTH系统将其打开，对跑车的线路与实际道路符合程度进行查看，看其是否存在野值等动态定位情况[5]。

3、固定轨道测试法
在使用地图拟合法的时候，由于测试车辆在道路行驶的过程中，经常会出现超车、变道等现象，极容易导致其跑车路线与实际道路不一致的现象。

基于此，在对北斗接收机进行动态定位测试的过程中，还可以采用固定轨道测试方法。

该测试方法主要是采用环状的轨道进行，由于环状轨的半径、中心位置、每一点位的坐标都可以通过测量进行精准的测定，因此，该测试方法较为精准。

具体来说，在测试的过程中，应遵循以下流程：
首先，确定被测试设备的初始位置，通常会选择被测试设备的正北方为初始位置。

其次，载车在进行测试的时候，应在测试轨道上匀速进行行驶，并将其跑完一圈所花费的时间进行记录，并对每秒的定位结果进行储存。

最后，对测定的数据，进行精确评估。

4、差分定位法
当被测试的北斗接收机中的GPS设备和已知基准点的时候，可以采用差分定位法进行动态测试。

首先，在北斗接收机中，定位精度测试设备主要包括两部分，即：硬件设备和软件设备。

其中，硬件设备主要包括北斗接收机、北斗接收天线、北斗接收电缆、录取数据所用的笔记本电脑、通用串口RS232转USB数据线、GPS接收机、GPS接收天线、GPS接收馈线以及储存卡；软件设备主要包括：相应的数据处理软件、数据转换软件、“坐标转换”软件。

其次，将差分GPS的流动站接收天线与被试设备的接受天线尽量安置在一起，并进行定位数据采集，并将采集定位的结果样本进行存储。

最后，根据测定结果值对的动态结果进行评估。

通常，该评估测定方法精确度较高，并且能给出具体的外符合水平、高程等[6]。

结束语
综上所述，本文对北斗卫星导航系统中北斗接收机的动态定位误差进行了分析，并在此基础上通过北斗接收机、GPS接收机进行了动态定位精度测试，并对其测试数据与真值数据进行了比对，从而得出了北斗接收机的动态误差数据。

参考文献：
[1]王博，焦海松，谷庆，黄静华. 北斗接收机动态定位精度测试与分析[J]. 导航定位学报，2014，2（02）：109-112.
[2]王博，李锋，焦海松，张冲，税利. 北斗接收机主要指标测试方法与分析[J]. 导航定位学报，2015，3（02）：19-23.
[3]叶剑峰，彭军，李娜娜. 基于卫星导航信号模拟法的北斗接收机导航精度校准测试[J]. 计测技术，2016，36（06）：30-36.
[4]罗广镇. 北斗导航系统接收机定位解算设计与实现[D].华中科技大学，2016.
[5]柯腾伦. 北斗接收机关键技术研究[D].西安电子科技大学，2013.
[6]李娜娜，彭军，叶剑峰. 基于火箭橇弹道的北斗接收机动态仿真测试[J]. 中国测试，2018，44（04）：141-146.。