一种转发式GNSS动态测量精度测试评估方法与流程

本发明属于GNSS终端测试技术领域，尤其适用于各类车载、机载GNSS高精度测量系统的动态测量精度的测试评估。

背景技术：

随着世界四大主要导航系统(中国北斗系统、美国GPS系统、俄罗斯格洛纳斯系统、欧洲伽利略系统)的逐步建设发展，导航产业应用已经越来越广泛。由于GNSS单点定位精度在米级，当前研制基于载波相位差分技术的GNSS测量系统包括基准站和流动站，基准站放置于已知点位提供载波相位差分信息，流动站安装于运动载体并接收差分信息实时解算位置，该方式可显著提高用户观测结果精度，其动态测量精度可达到厘米级，标称精度最高为10mm+1ppm，如何对其测量精度特别是动态条件下的测量精度进行测试评估是当前GNSS终端测试技术领域的一个技术难题。

GNSS动态测量精度测试评估的关键在于构建真实的载体运动环境和提供高精度比对基准，目前国内外已知的测试评估方法可归纳为下述三种。

第一种是基于仿真系统的模拟载体运动测试评估法，即利用模拟系统仿真生成具有动态特征的卫星导航模拟信号，在微波暗室内，对GNSS测量系统的动态测量精度进行测试评估。由于GNSS测量系统的流动站并未处于实际的运动状态，该测试评估方法的准确性和可信性较低，只适用于工程样机研制阶段的功能性验证，无法准确评估GNSS测量系统真实的动态测量精度水平。

第二种是基于机械轨道的模拟载体运动测试评估法，即采用现代工业技术建设带有位置传感器的运动轨道，在室外模拟载体运动，对GNSS测量系统的动态测量精度进行测试评估。由于运动轨道建设难度大、成本高，该方法一般仅能够模拟简单的低动态直线或圆周等运动状态，与运动载体的实际动态特征相差较大，只适用于GNSS测量系统动态性能的科研分析，无法准确评估GNSS测量系统真实的动态测量精度水平。

第三种是基于姿态测量的真实载体运动测试评估法，即将GNSS测量系统的流动站与比对设备按预先设计的相对关系固定放置于运动载体上，比对设备实时获取高精度位置和姿态信息，通过坐标转换可得到GNSS测量系统流动站的实时位置基准值，与GNSS测量系统流动站的实际测量值相比较即可评估其动态测量精度。该方法的关键在于基准设备获取姿态信息，目前主要采用摄影法或全站仪法，需专门研制比对设备，且对场地光学通视、姿态测量设备的动态性能以及时间同步要求较高，且工程实施难度较大，难以推广。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明的目的是提供一种转发式GNSS动态测量精度测试评估方法。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种转发式GNSS动态测量精度测试评估方法，选取待测GNSS测量系统真实运动载体作为运动测试平台，并利用卫星导航信号转发器在运动载体上构建卫星导航信号转发环境，使待测GNSS测量系统流动站与比对测量接收机获取的实时位置信息等效在转发天线的安装处；然后设计载体运动环境并布设基准站网，使比对测量接收机距离基准站更近，以保证获取更高精度的位置基准值；动态试验结束后，利用测试数据插值后获取时间对齐条件下的待测GNSS测量系统流动站的实时位置基准值，将GNSS测量系统流动站的实时测量值与基准值比对后得到待测GNSS测量系统的动态测量精度；具体步骤如下：

步骤一测试设备的选取

测试设备包括：比对测量接收机、卫星导航信号转发器、运动载体和时间测量装置；

比对测量接收机包括配套基准站和后处理软件，选取要求有三点：一是其动态测量精度不低于待测GNSS接收机，不低于10mm+1ppm，以确保提供高精度位置基准值；二是定位输出频率不低于待测GNSS接收机，不低于10Hz，以确保获取足够的位置基准值数据；三是其采用的卫星导航系统区别于待测GNSS接收机，以减少电离层延迟、对流层延迟、多路径效应等引起的共同系统误差，确保测试的准确性；

卫星导航信号转发器由主机、接收天线和发射天线组成，选取要求有两点：一是转发器支持包括待测GNSS测量接收机和比对测量接收机工作频段，以保证待测GNSS测量系统流动站与比对测量接收机能够正常工作；二是接收天线的天线相位中心偏差不大于1mm，以保证待测GNSS测量系统流动站与比对测量接收机获取的实时位置信息等效在转发天线的安装处；

运动载体选取待测GNSS测量系统规定要求安装的真实运动载体，特殊情况可选取其它相似载体进行替代，但运动状态应保持一致，以确保测试的真实性；

时间测量装置测量精度不低于1μs，以保证由时间测量引起的位置偏差不超过1mm：

步骤二构建卫星导航信号转发环境

将卫星导航信号转发器接收天线安装于运动载体上，发射天线和主机安装于运动载体内部，将室外实际卫星导航信号转发至运动载体内部；GNSS测量系统流动站与比对测量接收机放置于运动载体内部，运动载体内部形成屏蔽暗室，以消除外部信号的影响和保证测试的可靠性，通过无线接收转发后的卫星导航信号进行测量定位，根据卫星导航测量与定位原理，此时待测GNSS测量系统流动站与比对测量接收机测量获取的位置信息实际上分别位于对应的卫星导航信号转发器接收天线相位中心处，由于卫星导航信号转发器接收天线的相位中心偏差不大于1mm，上述待测GNSS测量系统流动站与比对测量接收机对应的两处天线相位中心可近似为同一位置即转发天线安装处；

步骤三设计载体运动环境和基准站网

根据待测GNSS测量系统流动站速度、加速度运动状态要求，设计与之相适应的载体典型运动环境；

基准站网由不少于2个基准站接收机组成，其中一个基准站部署在与运动载体相距20～30km，用于为待测GNSS测量系统流动站提供载波相位差分信息；其余基准站部署在与运动载体相距1km内，用于为比对测量接收机提供载波相位差分信息；所有基准站接收机所在已知位置信息通过预先的大地测量技术获得，相对精度可达到毫米级；

根据载波相位差分测量原理，由于比对测量接收机与基准站距离更近，其测量解算得到的位置信息精度更高；

步骤四时间对齐与比对评估

利用时间测量装置读取待测GNSS测量系统流动站和比对测量接收机输出的秒脉冲输出信号，测量得到由不同卫星系统和不同工作频段天线转发时延引起的GNSS测量系统流动站和比对测量接收机之间的时间偏差；

利用测试数据插值计算得到时间对齐条件下的待测GNSS测量系统流动站的位置测量值与基准值，统计待测GNSS测量系统流动站在以位置基准值为站心的东北天坐标系下的动态测量精度。

由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下优越性：

1、采用真实运动载体作为测试平台，测试条件与待测GNSS测量系统实际运动环境一致，载体运动状态不受限制，能够测试评估待测GNSS测量系统真实的动态测量精度水平。

2、采用卫星导航信号转发和基准站组网布站相结合的方法，能够在载体真实运动状态条件下，提供待测GNSS测量系统流动站所在位置的高精度基准值，满足国内外各类高精度GNSS测量系统动态测量精度要求。

3、采用卫星导航技术和事后时间对齐技术提供位置基准，进一步消除了由动态性问题和时间同步问题引起的测试误差。

4、测试方法对测试场地无光学通视和其它限制性要求，测试条件简单，仅利用现有的实际运动载体、比对测量接收机、转发天线以及基本测试仪器即可实施，易于推广。

附图说明

图1载体运动与基准站网布设示意图。

图2运动载体卫星导航信号转发测试环境示意图。

具体实施方式

通过下面实施例可以更详细的解释本发明，公开本发明的目的旨在保护

本发明范围内的一切变化和改进，本发明并不局限于下面的实施例：

步骤一测试设备的选取

比对测量接收机包括配套基准站和后处理软件，选取要求：一是其动态测量精度不低于待测GNSS接收机，不低于10mm+1ppm；二是定位输出频率不低于待测GNSS接收机，不低于10Hz；三是其采用的卫星导航系统区别于待测GNSS接收机。

按下述要求选取卫星导航信号转发器：一是转发器支持包括待测GNSS测量接收机和比对测量接收机工作频段作；二是接收天线的天线相位中心偏差不大于1mm。

选取待测GNSS测量系统规定要求安装的真实运动载体或相似载体作为运动测试平台。

时间测量装置测量精度选取要求不低于1μs。

步骤二载体运动设计与基准站布设

如图1所示，根据待测GNSS测量系统流动站速度、加速度等运动状态要求，在室外设计载体运动区域和轨迹是椭圆形。

将待测GNSS测量系统的基准站A布设在距离载体运动区域较远处20-30km处，根据载体运动范围附近布设足够数量的基准站B1～Bi，使运动载体在任意运动位置处距离其最近的基准站不大于1km。

按照《GB/T 18314-2009全球定位系统(GPS)测量规范》同步长时间静态观测后解算得到各基准站所在位置的坐标信息，将此坐标信息作为基准站的已知输入，为运动测试过程中提供载波相位差分信息。

步骤三构建运动载体卫星导航信号转发测试环境

按照图2所示，构建运动载体卫星导航信号转发测试环境：将卫星导航信号转发器接收天线安装于运动载体上，发射天线和主机安装于运动载体内部；待测GNSS测量系统流动站与比对测量接收机放置于运动载体内部，将载体内壁安装符合要求的吸波材料形成屏蔽暗室。

与待测GNSS测量系统流动站配套的差分数据接收电台安装于运动载体顶部，通过有线连接载体内部的待测GNSS测量系统流动站。

步骤四开始进行运动测试

所有设备加电开机，各基准站实时测量并播发载波相位差分信息，运动载体按照预先设计的轨迹路线行进，待测GNSS测量系统流动站与比对测量接收机通过卫星导航信号转发器转发至载体内部的卫星导航信号进行实时动态测量。

待测GNSS测量系统流动站通过差分数据接收电台实时接收基准站A播发的载波相位差分信息，并解算得到运动载体位置信息和时间信息；比对测量接收机实时测量得到载波相位原始观测量和时间信息。

步骤五测试数据获取与预处理

运动测试结束后，从待测GNSS测量系统流动站主机中，导出对应的测量数据，检查校验后得到待测GNSS测量系统流动站解算的实时定位信息和对应的时间信息。

从比对测量接收机主机和基准站接收机主机中，导出对应的载波相位原始观测量，下载获取最新的精密星历数据，并通过随机后处理软件解算得到比对测量接收机的实时定位信息和对应的时间信息。

步骤五时间对齐

利用时间测量装置实时读取待测GNSS测量系统流动站和比对测量接收机输出的秒脉冲输出信号，测量得到由不同卫星系统和不同工作频段天线转发时延引起的待测GNSS测量系统流动站和比对测量接收机之间的时间偏差。

利用测试数据插值计算得到时间对齐条件下的待测GNSS测量系统流动站的位置测量值与基准值。

步骤六比对评估

将待测GNSS测量系统流动站每个时刻的位置测量值转换到以该时刻对应基准值为站心的东北天坐标，其定位误差为：

其中，σ为定位误差；x_i、y_i、z_i为待测GNSS测量系统流动站第i次定位站心东北天坐标下的坐标测量值。

分别将所有时刻对应的定位误差从小到大排序，取其第[n×95％](n为待测GNSS测量系统流动站有效定位数据组数，[]表示向上取整)个结果为待测GNSS测量系统流动站的动态测量精度。

以上内容中未细述部份为现有技术，故未做细述。