一种导航型接收机定位性能对比的测试方法及终端与流程

本发明涉及接收机定位性能对比测试领域，尤其涉及一种导航型接收机定位性能对比的测试方法及终端。

背景技术：

随着美国的全球定位系统(globalpositioningsystem，gps)及俄罗斯全球导航卫星系统(globalnavigationsatellitesystem，glonass)的现代化及北斗导航卫星系统(beidounavigationsatellitesystem,bds)及欧洲伽利略卫星导航系统(galileo)的发展，多卫星系统的组合使得定位精度的改善和可靠性的提高成为可能。

当前，低成本、单频、小型化的接收机已在大众市场上涌现，并在运动载体(如车、船、航空器等)的导航领域被广泛应用。gnss导航具有用户多样性、速度多变、定位实时、数据和定位精度多变等特点。因此，实际应用中应根据动态定位的特点，选购适宜的接收机，采用适当的数据处理方法，以便获得运动载体的实时位置，从而描绘出该运动载体的运动轨迹。通常，导航型接收机的选购是通过接收机厂商提供的技术参数来选择，这些技术参数一般包括接收机的数据采集类型及输出方式、电气参数、环境参数、定位性能(包括精度和可靠性)指标等。导航型接收机的定位性能指标测试通常用信号模拟器进行，然而，不同品牌的导航型接收机，其内部接收机的设计及定位解算的方法各有特色，信号模拟器不足以真实的反映各接收机在不同环境和应用需求中的特点。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：提供一种导航型接收机定位性能对比的测试方法及终端，能够真实反映各导航型接收机在不同环境和应用需求中的特点并进行对比，测试灵活。

为了解决上述技术问题，本发明采用的一种技术方案为：

一种导航型接收机定位性能对比的测试方法，包括步骤：

s1、在精确坐标已知的位置安装基站接收机；

s2、在运动载体上安装移动站接收机和多个待对比的导航型接收机；

s3、对所述运动载体进行路径规划，在所述运动载体移动过程中，将基站接收机发送的差分数据转发给所述移动站接收机，并接收各个导航型接收机的观测量以及所述移动站接收机根据所述差分数据进行rtk解算得到的第一定位结果和各个导航型接收机进行单点定位解算得到的第二定位结果；

s4、根据所述观测量、第一定位结果和第二定位结果对所述多个待对比的导航型接收机的定位性能进行对比。

为了解决上述技术问题，本发明采用的另一种技术方案为：

一种导航型接收机定位性能对比的测试终端，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：

s1、确定安装的基站接收机的位置的精确坐标；

s2、对运动载体进行路径规划，所述运动载体上安装移动站接收机和多个待对比的导航型接收机；

s3、在所述运动载体移动过程中，将基站接收机发送的差分数据转发给所述移动站接收机，并接收各个导航型接收机的观测量以及所述移动站接收机根据所述差分数据进行rtk解算得到的第一定位结果和各个导航型接收机进行单点定位解算得到的第二定位结果；

s4、根据所述观测量、第一定位结果和第二定位结果对所述多个待对比的导航型接收机的定位性能进行对比。

本发明的有益效果在于：将移动站接收机和待对比的多个导航型接收机安装在同一个运动载体上，在获得移动站接收机精确的rtk定位结果后，可以根据用户需求将不同导航型接收机的观测量进行对比分析，将不同导航型接收机的单点定位结果和所述移动站接收机的rtk定位记过进行比较，从而实现对不同导航型接收机定位性能的对比测试，不需要使用昂贵的信号模拟器，并可根据真实的卫星信号在真实的动态环境中进行对比，能真实的反映出不同导航型接收机在不同环境和应用需求中的定位性能特点，测试灵活。

附图说明

图1为本发明实施例一的一种导航型接收机定位性能对比的测试方法的步骤流程图；

图2为本发明实施例一的一种导航型接收机定位性能对比的测试终端的结构示意图；

图3为本发明实施例三的一种导航型接收机定位性能对比的测试终端的硬件结构示意图；

图4为本发明实施例三的运动载体的路径规划图；

图5为本发明实施例三的3台导航型接收机观测量中卫星跟踪情况和精度因子的时间序列对比图；

图6为本发明实施例三的3台导航型接收机观测量中信噪比的时间序列对比图；

图7为本发明实施例三的在城市一般道路情况下3台导航型接收机在e、n、u分量上定位误差的对比图；

图8为本发明实施例三的在快速道路情况下3台导航型接收机在e、n、u分量上定位误差的对比图；

标号说明：

1、一种导航型接收机定位性能对比的测试终端；2、存储器；3、处理器。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

请参照图1，一种导航型接收机定位性能对比的测试方法，包括步骤：

s1、在精确坐标已知的位置安装基站接收机；

s2、在运动载体上安装移动站接收机和多个待对比的导航型接收机；

s3、对所述运动载体进行路径规划，在所述运动载体移动过程中，将基站接收机发送的差分数据转发给所述移动站接收机，并接收各个导航型接收机的观测量以及所述移动站接收机根据所述差分数据进行rtk解算得到的第一定位结果和各个导航型接收机进行单点定位解算得到的第二定位结果；

s4、根据所述观测量、第一定位结果和第二定位结果对所述多个待对比的导航型接收机的定位性能进行对比。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：将移动站接收机和待对比的多个导航型接收机安装在同一个运动载体上，在获得移动站接收机精确的rtk定位结果后，可以根据用户需求将不同导航型接收机的观测量进行对比分析，将不同导航型接收机的单点定位结果和所述移动站接收机的rtk定位记过进行比较，从而实现对不同导航型接收机定位性能的对比测试，不需要使用昂贵的信号模拟器，并可根据真实的卫星信号在真实的动态环境中进行对比，能真实的反映出不同导航型接收机在不同环境和应用需求中的定位性能特点，测试灵活。

进一步的，所述步骤s1还包括：

s11、配置所述基站接收机的差分数据输出类型、采样间隔和截止高度角；

所述步骤s2还包括：

s21、配置所述移动站接收机的数据输出类型以及rtk解算模型；

s22、配置各导航型接收机的输出观测量的数据类型、采样间隔和截止高度角。

由上述描述可知，在执行对比测试之前，对基站接收机、移动站接收机和待对比的各导航接收机进行配置，保证了后续进行对比测试的可靠性和有效性。

进一步的，所述步骤s2和s3之间还包括：

检查移动站接收机是否接收到基站接收机发送的差分数据；

检查所述移动站接收机的rtk解算状态，判断rtk解算是否成功；

若否，则返回执行步骤s21；

检查所述各导航接收机是否输出单点定位结果，若否，则返回执行步骤s22。

由上述描述可知，在执行对比测试之前，对移动站接收机是否能够正常接收基站接收机的差分数据，其rtk解算是否成功以及各导航型接收机是否能够输出单点定位结果进行检查，不仅保证了对比测试的可靠性，而且也避免了无用测试的进行，节省资源消耗。

进一步的，所述步骤s4包括：

根据所述第一定位结果和第二定位结果确定所述各个导航型接收机的单点定位精度；

根据所述各个导航型接收机的观测量和单点定位精度对所述各个导航型接收机的定位性能进行对比。

由上述描述可知，通过对各个导航型接收机的观测量和单点定位精度的对比，保证了对各个导航型接收机定位性能对比的测试的全面性和准确性。

进一步的，根据所述第一定位结果和第二定位结果确定所述各个导航型接收机的单点定位精度包括：

取所述第一定位结果中的厘米级精度的固定解作为评价单点定位精度的基准值；

根据所述各导航型接收机第二定位结果中的时间信息，使第二定位结果与第一定位结果中的厘米级精度的固定解在时间上同步；

对于时间同步后的每一个导航型接收机的第二定位结果分别执行：

将所述第一定位结果中的厘米级精度的固定解和第二定位结果分别转换为站心坐标系定位数据，得到第一站心坐标系定位结果和第二站心坐标系定位结果；

确定第一站心坐标系定位结果和第二站心坐标系定位结果之间的差值；

根据所述差值确定所述导航型接收机和移动站接收机的定位结果在站心坐标系中各个方向的定位偏差；

根据所述差值和定位偏差确定所述导航型接收机的单点定位结果的标准差；

根据所述差值确定所述导航型接收机的单点定位结果的均方根误差；

根据所述标准差和所述均方根误差确定所述导航型接收机的动态单点定位精度。

由上述描述可知，以移动站接收机定位结果中的厘米级精度的固定解作为参考基准值，通过定位差值、定位偏差确定各个导航型接收机的单点定位结果的标准差和均方根误差，并根据标准差和均方根误差确定各个导航型接收机的动态单点定位精度，保证了所确定出的动态单点定位精度判断的可靠性，进一步提高各个导航型接收机定位性能对比的准确性和可靠性。

请参照图2，一种导航型接收机定位性能对比的测试终端，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：

s1、确定安装的基站接收机的位置的精确坐标；

s2、对运动载体进行路径规划，所述运动载体上安装移动站接收机和多个待对比的导航型接收机；

s3、在所述运动载体移动过程中，将基站接收机发送的差分数据转发给所述移动站接收机，并接收各个导航型接收机的观测量以及所述移动站接收机根据所述差分数据进行rtk解算得到的第一定位结果和各个导航型接收机进行单点定位解算得到的第二定位结果；

s4、根据所述观测量、第一定位结果和第二定位结果对所述多个待对比的导航型接收机的定位性能进行对比。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：将移动站接收机和待对比的多个导航型接收机安装在同一个运动载体上，在获得移动站接收机精确的rtk定位结果后，可以根据用户需求将不同导航型接收机的观测量进行对比分析，将不同导航型接收机的单点定位结果和所述移动站接收机的rtk定位记过进行比较，从而实现对不同导航型接收机定位性能的对比测试，不需要使用昂贵的信号模拟器，并可根据真实的卫星信号在真实的动态环境中进行对比，能真实的反映出不同导航型接收机在不同环境和应用需求中的定位性能特点，测试灵活。

进一步的，所述步骤s1还包括：

s11、配置所述基站接收机的差分数据输出类型、采样间隔和截止高度角；

所述步骤s2还包括：

s21、配置所述移动站接收机的数据输出类型以及rtk解算模型；

s22、配置各导航型接收机的输出观测量的数据类型、采样间隔和截止高度角。

由上述描述可知，在执行对比测试之前，对基站接收机、移动站接收机和待对比的各导航接收机进行配置，保证了后续进行对比测试的可靠性和有效性。

进一步的，所述步骤s2和s3之间还包括：

检查移动站接收机是否接收到基站接收机发送的差分数据；

检查所述移动站接收机的rtk解算状态，判断rtk解算是否成功；

若否，则返回执行步骤s21；

检查所述各导航接收机是否输出单点定位结果，若否，则返回执行步骤s22。

由上述描述可知，在执行对比测试之前，对移动站接收机是否能够正常接收基站接收机的差分数据，其rtk解算是否成功以及各导航型接收机是否能够输出单点定位结果进行检查，不仅保证了对比测试的可靠性，而且也避免了无用测试的进行，节省资源消耗。

进一步的，所述步骤s4包括：

根据所述第一定位结果和第二定位结果确定所述各个导航型接收机的单点定位精度；

根据所述各个导航型接收机的观测量和单点定位精度对所述各个导航型接收机的定位性能进行对比。

由上述描述可知，通过对各个导航型接收机的观测量和单点定位精度的对比，保证了对各个导航型接收机定位性能对比的测试的全面性和准确性。

进一步的，根据所述第一定位结果和第二定位结果确定所述各个导航型接收机的单点定位精度包括：

取所述第一定位结果中的厘米级精度的固定解作为评价单点定位精度的基准值；

根据所述各导航型接收机第二定位结果中的时间信息，使第二定位结果与第一定位结果中的厘米级精度的固定解在时间上同步；

对于时间同步后的每一个导航型接收机的第二定位结果分别执行：

将所述第一定位结果中的厘米级精度的固定解和第二定位结果分别转换为站心坐标系定位数据，得到第一站心坐标系定位结果和第二站心坐标系定位结果；

确定第一站心坐标系定位结果和第二站心坐标系定位结果之间的差值；

根据所述差值确定所述导航型接收机和移动站接收机的定位结果在站心坐标系中各个方向的定位偏差；

根据所述差值和定位偏差确定所述导航型接收机的单点定位结果的标准差；

根据所述差值确定所述导航型接收机的单点定位结果的均方根误差；

根据所述标准差和所述均方根误差确定所述导航型接收机的动态单点定位精度。

由上述描述可知，以移动站接收机定位结果中的厘米级精度的固定解作为参考基准值，通过定位差值、定位偏差确定各个导航型接收机的单点定位结果的标准差和均方根误差，并根据标准差和均方根误差确定各个导航型接收机的动态单点定位精度，保证了所确定出的动态单点定位精度判断的可靠性，进一步提高各个导航型接收机定位性能对比的准确性和可靠性。

实施例一

请参照图1，一种导航型接收机定位性能对比的测试方法，包括步骤：

s1、在精确坐标已知的位置安装基站接收机；

具体的，针对用户对导航型接收机性能的需求，选择在精确坐标已知的良好观测条件下安装基站接收机；

所述精确坐标已知具体为基站接收机天线相位中心精确坐标已知，精度为±3mm；

所述良好观测条件具体为基站接收机天线所在位置地势较高，远离高压输电线，附近无强烈发射卫星信号的物体，点位环视高度角15°以上无障碍物；

所述接收机和天线能够支持多频多模gnss信号接收；

在基站接收机附近安置数传电台；所述基站接收机附近具体为在基站接收机附近3米内，所述电台安置具体为架设电台发射天线并将发射天线与电台连接，用电台数传线将基站接收机与电台连接，用电源线连接蓄电池和电台；

还包括配置所述基站接收机的差分数据输出类型、采样间隔和截止高度角；

具体的，配置基站接收机输出的差分数据格式为rtcm3.2，报文类型为msm4(包括但不限于1074、1084、1124、1006)，配置采样间隔为1s(视接收机情况，0.1s、0.2s、0.5s、1s可选)，配置截止高度角为常用的10°(0°～15°可选)；

s2、在运动载体上安装移动站接收机和多个待对比的导航型接收机；

所述运动载体可以是任何可实现运动的载体，具体可以是小型轿车。所述安装移动站接收机具体为在小型轿车(有天窗)顶部安装与基站接收机型号相同的接收机和天线并安装电台接收天线，安装时，所述小型轿车处于开阔环境中且距基站距离不超过500米；

安装完成后，检查基站接收机、电台和移动站接收机的硬件接口及连接，具体为检查基站接收机与天线、基站接收机与电台、电台与发射天线、电台与蓄电池、移动站接收机与天线、移动站接收机与电台接收天线是否正常连接，电台的发送频率和传输波特率是否正确；

在运动载体上安装待对比的各导航型接收机，具体为在所述小型轿车上用功率分配器和射频线分别将各导航型接收机及移动站接收机与在小型轿车顶部安置的天线连接；

安装完成后，检查导航型接收机硬件接收及连接，具体为检查各导航型接收机与功分器、导航型接收机与电源、导航型接收机与计算机、功分器与天线是否连接正常；

还包括：

s21、配置所述移动站接收机的数据输出类型以及rtk解算模型；具体为配置移动站接收机输出多模多频观测量和星历(本案中输出gps、bds、glonass双频观测量及星历)，采样间隔和截止高度角设置与基站接收机的一致，配置移动站接收机的定位模式为rtk动态模式(本案中为车载模式)；

在配置完成后，检查移动站接收机是否接收到基站接收机发送的差分数据；

检查所述移动站接收机的rtk解算状态，判断rtk解算是否成功；

若否，则返回重新进行配置并检查直至检查正确；

具体的，检查移动站接收机上电台接收天线所接收的差分数据报文内容是否为1074、1084、1124、1006，采样间隔是否为1s，若否，则返回重新配置并检查；

检查移动站接收机上的rtk解算状态，具体为检查移动站接收机的rtk解算是否成功(固定解或浮点解)，若rtk解算失败(无解或单点解)，则返回重新配置并检查；

s22、配置各导航型接收机的输出观测量的数据类型、采样间隔和截止高度角；

考虑到大多导航用户选用单频接收机，本案中配置各导航型接收机输出单频gps、bds观测量和星历，采样间隔统一为1s,截止高度角统一为10°；

配置完成后，检查所述各导航接收机是否输出单点定位结果，若否，则返回执行步骤s22，进行重新配置并检查；

s3、对所述运动载体进行路径规划，在所述运动载体移动过程中，将基站接收机发送的差分数据转发给所述移动站接收机，并接收各个导航型接收机的观测量以及所述移动站接收机根据所述差分数据进行rtk解算得到的第一定位结果和各个导航型接收机进行单点定位解算得到的第二定位结果；

在进行测试路径规划时，根据基站接收机到移动站接收机的距离进行路径规划，考虑到rtk系统电台的服务距离，具体设置行车轨迹到基站接收机的距离优于20km；

设计运动载体的速度范围及所处的运动环境，具体为根据路况和行车环境，确保车辆行驶速度小于80km/h，并有加速、减速、转弯等状态，道路具体为城市一般道路和城市快速道路；

控制所述运动载体在上述规划的路径中进行移动；

s4、根据所述观测量、第一定位结果和第二定位结果对所述多个待对比的导航型接收机的定位性能进行对比；

其中，所述观测量、第一定为结构和第二定位结果可以统一收集到计算机中进行处理比较分析；

具体的，所述步骤s4包括：

根据所述第一定位结果和第二定位结果确定所述各个导航型接收机的单点定位精度；

根据所述各个导航型接收机的观测量和单点定位精度对所述各个导航型接收机的定位性能进行对比；

其中，将各导航型接收机的观测量和卫星星历导入显示软件，对比各导航型接收机卫星跟踪的情况，具体的包括对比所述导航型接收机的卫星跟踪数量、精度因子(dilutionofprecision，dop)、信噪比等；

其中，根据所述第一定位结果和第二定位结果确定所述各个导航型接收机的单点定位精度包括：

取所述第一定位结果中的厘米级精度的固定解作为评价单点定位精度的基准值；

考虑到当基站与移动站间的距离小于20km时，其rtk定位固定解的绝对精度可达到厘米级。因此，为保证各导航型接收机单点定位精度评价的准确性和客观性，本案中将移动站接收机的rtk解(固定解)作为评价单点定位(米级)的基准值；

为确保各导航型接收机定位结果与移动站接收机rtk固定解的同步性，根据所述各导航型接收机第二定位结果中的时间信息，使第二定位结果与第一定位结果中的厘米级精度的固定解在时间上同步；

对于时间同步后的每一个导航型接收机的第二定位结果分别执行：

将所述第一定位结果中的厘米级精度的固定解和第二定位结果分别转换为站心坐标系定位数据，得到第一站心坐标系定位结果和第二站心坐标系定位结果；

rtk算法和单点定位算法解算出的定位结果的坐标为地心地固坐标系，包括空间直角坐标系xyz及大地坐标系blh，其与站心坐标系(enu)的坐标系转换公式如下：

式中，xyz为定位结果在空间直角坐标系下的坐标，blh为定位结果在大地坐标系下的坐标，n为椭球面卯酉圈的曲率半径，e为椭球的第一偏心率，enu为定位结果在站心坐标系下的坐标；

确定第一站心坐标系定位结果和第二站心坐标系定位结果之间的差值，即计算各历元导航型接收机单点定位结果和移动站接收机rtk固定解在站心坐标系中各方向的差值，计算公式如下：

式中，δei,δni,δui为第i次导航型接收机和对比接收机的定位结果在e、n、u方向上的差值(i＝1,2,…，n)；ei,a,ni,a,ui,a为第i次导航型接收机的单点定位结果在e、n、u方向上的分量；ei,b,ni,b,ui,b为第i次移动站接收机的rtk固定解在e、n、u方向上的分量；

根据所述差值确定所述导航型接收机和移动站接收机的定位结果在站心坐标系中各个方向的定位偏差，计算公式如下：

式中，为导航型接收机单点定位结果在e、n、u方向分量上的定位偏差；

根据所述差值和定位偏差确定所述导航型接收机的单点定位结果在e、n、u分量及水平(horizontal，h)和三维(three-dimension，3d)的标准差，计算公式如下：

式中，σe,σn,σu,σh,σ3d为导航型接收机单点定位结果在e、n、u方向分量上及水平和三维上的标准差，所述标准差可以反映统计数据的精确程度；

根据所述差值确定所述导航型接收机的单点定位结果的均方根误差；

具体的，计算导航型接收机单点定位结果在e、n、u、h和3d方向上的均方根误差，计算公式如下：

式中，rmsee,rmsen,rmseu,rmseh,rmse3d为导航型接收机单点定位结果在e、n、u方向上的分量及水平和三维上的均方根误差，ei,a,ni,a,ui,a为第i历元导航型接收机单点定位结果在e、n、u方向上的分量；ei,b,ni,b,ui,b为对应历元移动站接收机rtk定位固定解在e、n、u方向上的分量，所述均方根误差可以反映统计数据的准确程度；

根据所述标准差和所述均方根误差确定所述导航型接收机的动态单点定位精度。

实施例二

请参照图2，一种导航型接收机定位性能对比的测试终端1，包括存储器2、处理器3及存储在存储器2上并可在所述处理器3上运行的计算机程序，所述处理器3执行所述计算机程序时实现实施例一的各个步骤。

实施例三

将上述导航型接收机定位性能对比的测试方法应用于实际的场景中，搭建的测试装置结构如图3所示，选择在闽江学院广成楼(6层)楼顶(楼顶高约40米)视野开阔位置架设基站接收机及电台，测得基站天线相位中心毫米级的精确位置；

在小型轿车内安置移动站接收机及3台待对比的导航型接收机，并用功率分配器分别将移动站接收机和3台导航型接收机连接到同一个天线上；

对各接收机进行配置和检查，确认无误后，汽车按照图4所示路径行驶，行驶路径包括快速道路和一般道路；其中，汽车行驶速度在0–80km/h之间，移动站接收机进行rtk解算，导航型接收机进行单点定位解算并保存原始数据，实验过程中，汽车到基站的距离小于20km；

在整个测试过程中，3台导航型接收机的卫星跟踪情况及精度因子如表1所示，所述精度因子包括水平精度因子(hdop)、垂直精度因子(vdop)和位置精度因子(pdop)；卫星跟踪情况、精度因子和信噪比的时间序列如图5、图6所示；

表1全程三种导航型接收机动态单点定位精度统计(1σ)

在城市一般道路和快速道路情况下3台导航型接收机在e、n、u分量上定位误差的分布如图7、图8所示，其水平、垂直和三维精度(标准差std和均方根误差rmse)如表2、表3所示；

表2城市一般道路下三种导航型接收机动态单点定位精度统计(1σ)

表3城市快速道路下三种导航型接收机动态单点定位精度统计(1σ)

根据表1、表2、表3和图5、图6、图7、图8中各导航型接收机的卫星跟踪情况，观测量的质量、定位精度等指标可对各其性能进行对比分析和判断。

综上所述，本发明提供的一种导航型接收机定位性能对比的测试方法及终端，将移动站接收机和待对比的多个导航型接收机安装在同一个运动载体上，在获得移动站接收机精确的rtk定位结果后，可以根据用户需求将不同导航型接收机的观测量进行对比分析，将不同导航型接收机的单点定位结果和所述移动站接收机的rtk定位记过进行比较，从而实现对不同导航型接收机定位性能的对比测试，不需要使用昂贵的信号模拟器，并可根据真实的卫星信号在真实的动态环境中进行对比，能真实的反映出不同导航型接收机在不同环境和应用需求中的定位性能特点，测试灵活；上述测试方法能够作为信号模拟器测试方法的有效补充，可根据用户对接收机选型的需求在运动载体上灵活的进行测试；同时能够保存测试过程中的观测量和定位结果，为导航型接收机的定位性能对比提供数据支撑。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。