一种GNSS接收机航向角的测试方法及系统与流程

本发明涉及卫星导航设备精度测试技术领域，尤其涉及一种GNSS接收机航向角的测试方法及系统。

背景技术：

随着社会的发展及科技的进步，卫星导航技术得到飞速的发展，进而使得卫星导航的精度也越来越高。GNSS(Global Navigation Satellite System，全球卫星导航系统/全球导航卫星系统)接收机则是卫星导航系统中非常重要的构成部件，根据用途、工作原理、接收频率等可将GNSS接收机划分为多种类别。

虽然GNSS接收机能够应用在诸如航空、陆地及较浅的水下等空间局限性相对较小的环境中，但由于GNSS接收机正常工作均需要外部信息的支持，就使得GNSS接收机测量载体的航向角的局限性比较大，即使得GNSS接收机无法应用到较深的水中进行作业。

基于GNSS接收机的GPS导航系统虽然可应用于在一些对环境因素影响要求不高的行业中，但由于GNSS接收机会一定程度上受到外界的电磁波或强磁场的干扰，在要求较高的航空领路中其只能作为辅助导航系统；基于当前基于GNSS接收机的导航设备在不同的使用环境及要求，可根据用途、工作原理、接收频率等将GNSS接收机划分为的不同的类别，例如可依据用途将GNSS接收机划分为导航型接收机(主要用于运动载体的导航，可以实时给出载体的位置和速度。一般采用C/A码伪距测量，单点实时定位精度较低，一般为10米左右。接收机价格便宜，应用广泛)、测地型接收机(主要用于精密大地测量和精密工程测量。这类仪器主要采用载波相位观测值进行相对定位，定位精度高。仪器结构复杂，价格较贵。)及授时型接收机(主要利用GNSS卫星提供的高精度时间标准进行授时，常用于天文台、无线通信及电力网络中时间同步。)

目前，业界为了测试不同类别的GNSS接收机是否满足相应的标准，对GNSS接收机测试载体的航向角的精度时进行测试时，一般需要找一个使用环境比较多为且受外界干扰比较小的仪器来完成接收机的航向角的对比测试。但是，根据目前航向角及速度的相关测试，基本都是通过不同板卡类型的GNSS接收机之间测试数据对比来得到GNSS接收机在不同环境不同时段下的航向角和速度值的稳定性，但其测试的精度均无法达到当前的需求。

技术实现要素：

针对上述问题，本申请提供了一种GNSS接收机航向角的测试方法，可包括：

提供一待测GNSS接收机及与其连接的一惯性导航装置；

将所述待测GNSS接收机和所述惯性导航装置连接后，安装于同一载体上；

将一数据接收/处理设备分别与所述待测GNSS接收机和所述惯性导航装置通讯连接；

所述载体承载所述待测GNSS接收机和所述惯性导航装置进行测试运动，所述数据接收/处理设备接收并处理所述待测GNSS接收机和所述惯性导航装置同步输出的导航数据，以输出所述GNSS接收机的导航误差数据。

优选的，上述的GNSS接收机航向角的测试方法，所述载体为潜水设备和/或飞行设备和/或无人驾驶陆行设备。

优选的，上述的GNSS接收机航向角的测试方法，所述数据接收/处理设备为具有数据接收/处理/输出的电子设备(诸如计算机和/或平板电脑、手机等具有数据处理及输出功能的智能移动终端设备等)。

优选的，上述的GNSS接收机航向角的测试方法，所述测试运动为非同向非匀速运动。

优选的，上述的GNSS接收机航向角的测试方法，所述载体承载所述待测GNSS接收机和所述惯性导航装置进行测试运动时，所述惯性导航装置获取所述待测GNSS接收机输出的位置信息进行位置校正。

优选的，上述的GNSS接收机航向角的测试方法，所述惯性导航装置每隔预设的时间段进行所述位置校正；

其中，所述预设的时间段为(0，10]s。

优选的，上述的GNSS接收机航向角的测试方法，所述导航数据包括航向角和速度值。

优选的，上述的GNSS接收机航向角的测试方法，所述数据接收/处理设备以做差的方式来获取所述导航误差数据。

优选的，上述的GNSS接收机航向角的测试方法，所述数据接收/处理设备以折线图的方式呈现所述导航误差数据。

本申请还提供了一种GNSS接收机航向角的测试系统，可包括：

待测GNSS接收机，用以实时获取位置信息及第一导航数据；

惯性导航装置，与所述待测接收机连接，根据参考点位置信息输出第二导航数据；

载体，用以承载所述待测GNSS接收机和所述惯性导航装置进行测试运动；

数据接收/处理设备，分别与所述待测GNSS接收机和所述惯性导航装置通讯连接；

其中，所述载体承载所述待测GNSS接收机和所述惯性导航装置进行所述测试运动时，所述数据接收/处理设备接收并处理所述待测GNSS接收机和所述惯性导航装置同步输出的所述第一导航数据和所述第二导航数据，以输出所述GNSS接收机的导航误差数据。

优选的，上述的GNSS接收机航向角的测试系统，所述载体承载所述待测GNSS接收机和所述惯性导航装置进行测试运动时，所述惯性导航装置获取所述待测GNSS接收机输出的位置信息进行位置校正。

本申请所提供的一种GNSS接收机航向角的测试方法及系统，可基于惯性导航系统的基础上，通过将该惯性导航系统与GNSS接收机进行通讯连接，并基于一致的坐标系进行导航信息的记录，同时于预设的时间段利用GNSS接收机对惯性导航系统进行位置校正，进而能够精准获取GNSS接收机的航向角和速度值等导航信息在不同时间及不同环境下的偏差值。

附图说明

参考所附附图，以更加充分的描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。

图1为本申请实施例中GNSS接收机航向角的测试系统的结构示意图；

图2为本申请实施例中GNSS接收机航向角的测试方法的流程示意图。

具体实施方式

本发明将通过实施例的方式结合附图予以阐述。在附图中，各个图中相同或相关结构或功能元素会以相似的标号表示。附图中元件的尺寸和特点仅是作为方便阐述的目的。它们不对本发明的范围有所界定，且并不一定表示实际尺寸和比例关系。

惯性导航是一种以陀螺和加速度计为敏感器件的导航参数解算系统，即该系统可根据陀螺的输出建立导航坐标系，并根据加速度计输出解算出运载体在导航坐标系中的速度和位置。惯性导航系统为一种推算导航系统，即从一已知点的位置根据连续测得的运动体航向角和速度推算出其下一点的位置，因而可连续测出运动体的当前位置。惯性导航系统中的陀螺仪用来形成一个导航坐标系，使加速度计的测量轴稳定在该坐标系中，并给出航向和姿态角；加速度计用来测量运动体的加速度，经过对时间的一次积分得到速度，速度再经过对时间的一次积分即可得到位移。

由于惯性导航系统为一种不依赖于任何外部信息同时也不向外部辐射能量的自主式系统，故使得其具有较好的隐蔽性好，且也不会受外界电磁干扰的影响；所以惯性导航设备可全天候、全时间地工作于空中、地球表面乃至水下等作业环境中，进而输出具有较佳连续性及低噪声的包括诸如位置、速度、航向和姿态角数据等的导航信息；同时惯性导航的数据更新率也较高，短期精度及稳定性相较于传统卫星导航设备也较为优良。但是，由于惯性导航设备的导航信息是经过积分而产生，所以会使得其定位误差随时间的流逝而增大，进而使得长期导航信息的精度较差，且在每次使用惯性导航设备之前需要较长的初始对准时间，同时其设备的价格非常昂贵，且不能提供准确的时间信息。

针对上述诸多问题，本申请创造性的提出了一种GNSS接收机航向角的测试系统，可包括用以实时获取位置信息及第一导航数据的待测GNSS接收机2、与上述待测接收机连接且可根据参考点位置信息输出第二导航数据的惯性导航装置3、用以承载待测GNSS接收机和惯性导航装置进行测试运动的载体1及分别与待测GNSS接收机和惯性导航装置通讯连接的数据接收/处理设备4等，且在上述的载体1可承载待测GNSS接收机2和惯性导航装置3进行测试运动时，惯性导航装置3可实时或间隔预设时间段获取待测GNSS接收机2输出的位置信息进行位置校正，而数据接收/处理设备4则可分别接收并处理待测GNSS接收机2和惯性导航装置3同步输出的第一导航数据和第二导航数据，以输出待测GNSS接收机2的导航误差数据。

另外，参见图2所示，可基于上述的系统，本申请还提供了一种GNSS接收机航向角的测试方法，包括：

步骤S1，可提供一待测GNSS接收机及与其连接的一惯性导航装置。

步骤S2，将待测GNSS和惯性导航装置连接后，安装于同一载体(如潜水设备和/或飞行设备和/或无人驾驶陆行设备等)上。

步骤S3，将一数据接收/处理设备(具有数据接收/处理/输出的电子设备)分别与待测GNSS接收机和惯性导航装置通讯连接。

步骤S4，载体承载待测GNSS接收机和惯性导航装置进行测试运动(如非同向非匀速运动)，惯性导航装置可实时或间隔预设时间段(如(0，10]s)获取待测GNSS接收机输出的位置信息进行位置校正，数据接收/处理设备接收并处理所述待测GNSS接收机和所述惯性导航装置同步输出的导航数据(包括GNSS接收机输出的第一导航数据及惯性导航装置输出的第二导航数据，且该第一导航数据、第二导航数据及本实施例中所指出的导航数据均可包括航向角和速度值等数据)，并以将上述的第一导航数据与第二导航数据之间做差的方式计算并输出GNSS接收机的导航误差数据(可为一折线图)。

本申请中的测试系统及方法，可针对诸如导航定向定位的设备(设置有GNSS接收机)通过利用进行精度测量，尤其针对具有高精度的定位信息及航向角信息的产品，通过利用惯性系统输出的导航数据作为基准来精准的获取GNSS接收机所输出导航数据的精确度，同时还在惯性系统与GNSS接收机之间通过串口进行连接，以实时或间隔预设时间段来接收并根据GNSS接收机发送的位置信息来对惯性系统进行位置校正，以克服惯性导航系统只能提供短期稳定的高精度的航向角及速度信息的技术问题，从而可使得改进后的测试系统具有长期稳定更佳且精准度更高的实时航向角和速度信息。

另外，在惯性导航系统与接收机输出的航向角和速度信息对比作差的过程中，并不需要关注惯性导航系统是否能够给出时间信息，只需要保证GNSS接收机输出的GPHDT数据的频率与惯性导航系统的输出频率保持同步即可。同时，为了进一步提升测试的精准度，可在开始进行对比测试前，建立惯性导航系统的与GNSS接收机的坐标系统保持一致的坐标系，以便于高精确度的两个航向角之间所进行的对比操作。

在实际的测试过程中，可在载体进行测试运动前，可先将惯性导航系统及待测GNSS接收机的相关配件及配置(此处可采用已有的技术进行适应性的操作，为了阐述简便再次不予累述)；然后，可将惯性导航系统和待测GNSS接收机安装到载体上，并装配完毕后，建立一致的坐标系统及坐标系，并可通过待测GNSS接收机来确认出发点(作为惯性系统的基准点)的地理坐标信息；之后，载体开始以不同速度不同方向行驶时，可通过利用计算机记录并保存惯性导航系统和待测GNSS接收机同步输出的航向角及速度信息等信息，并且在载体运动过程中，惯性导航系统可每过一定的时间从待测GNSS接收机获取位置信息来进行位置校正；最后，在测试完毕后，将计算机保存的数据可通过EXCEL表格做差等方式进行做差计算，并将差值做成诸如折线图等形式进行呈现，以便于方便快捷且精准的获悉待测GNSS接收机的诸如航向角、速度值等导航信息在不同时间不同环境下的偏差值。

需要说明的是，本申请的实施例中，基于惯性导航系统(即惯性导航装置)的GNSS接收机航向角的测试方法及系统，可针对导航类的GNSS接收机的航向角及速度值等进行精确的测量，而在测试的过程中可使得惯性导航系统与待测GNSS接收机的坐标系保持一致，以便于后续数据的分析处理，同时在载体承载待测GNSS接收机及惯性导航系统的载体进行测试运动时，惯性导航系统可通过实时或间隔预定时间从待测GNSS接收机所获取的位置信息来对惯性导航系统进行位置更新操作，以提升惯性导航系统长时间导航信息的精准性。

由于本申请实施例中通过利用惯性导航系统对GNSS接收机进行精度检测，同时GNSS接收机又能将位置信息实时传递至惯性导航系统通过实现实时的高精度的位置校准来提升惯性导航系统长时间导航信息的精准性，这样不仅能够使得测试精确度更高，还能有效的解决只能做短期稳定性测试等问题，从而提升航向角、速度测试的精度；另外，分别在不同环境不同时段进行了航向角和速度的精度测试，还可有利于实现GNSS接收机的最佳使用环境和时段，在客户使用时可以提供更加精确的数据信息。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术方案，但本领域的技术人员应该理解，上述内容仅是举例说明，本发明的保护范围由权利要求书内容所限定。本领域技术人员在不违背本发明的技术原理和实质内容的前提下，可对实施方案进行多种变更或更改，这些变更和更改均应落入本发明的保护范围。