衛(wèi)星信號(hào)模擬器測(cè)試高動(dòng)態(tài)GPS精度方法研究

孟 巍

（中國(guó)人民解放軍92941部隊(duì)43分隊(duì)，葫蘆島 125001）

1 引言

GNSS系統(tǒng)以其全球性、全天候、高精度、高可靠性等特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于軍事、經(jīng)濟(jì)、科研和社會(huì)生活方方面面。高動(dòng)態(tài)GPS定位精度的評(píng)定方法因真值難以獲得，搭載試驗(yàn)成本高昂等因素制約而無(wú)法獲得，是急需解決的難點(diǎn)問(wèn)題，衛(wèi)星信號(hào)模擬器是一種衛(wèi)星導(dǎo)航測(cè)試領(lǐng)域公認(rèn)的GNSS性能測(cè)試和精度鑒定工具，具備GNSS定位終端精度評(píng)定能力，通過(guò)構(gòu)建測(cè)試場(chǎng)景，對(duì)被試設(shè)備進(jìn)行精度評(píng)定，評(píng)定結(jié)果并與外場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比驗(yàn)證，驗(yàn)證衛(wèi)星信號(hào)模擬器方法的科學(xué)性和有效性，為高動(dòng)態(tài)GPS定位精度評(píng)定提供一種新的方法。

2 火箭撬搭載試驗(yàn)

火箭撬試驗(yàn)是將被試設(shè)備安裝在火箭滑車撬體上，通過(guò)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)火箭滑車撬體進(jìn)行推進(jìn)，模擬載體實(shí)際運(yùn)行時(shí)大過(guò)載力學(xué)環(huán)境下的工作特性，考核撬體上被試設(shè)備功能。[5]火箭撬搭載試驗(yàn)的試驗(yàn)場(chǎng)地隸屬某航空救生裝備有限公司?；鸺嘶壢L(zhǎng)6.1千米，直線精度0.2毫米以內(nèi)，最大承重4噸，最大速度為2.8馬赫。試驗(yàn)測(cè)試的高動(dòng)態(tài)GPS接收機(jī)由高動(dòng)態(tài)OEM板卡（單頻L1；最大加速度30g；最大速度不受限制；數(shù)據(jù)更新率20Hz）、MP1270單頻航空型GPS天線，2G容量數(shù)據(jù)記錄器及12V/4Ah鋰電池組成。搭載試驗(yàn)共進(jìn)行兩次（第一次2015年7月31日上午10時(shí)進(jìn)行；第二次2015年8月1日上午9時(shí)45分進(jìn)行）。

被試GPS天線相位中心相對(duì)于火箭滑車霍爾器件的位置經(jīng)測(cè)量為長(zhǎng)2.4米，寬0.14米，高1.95米。數(shù)據(jù)處理時(shí)通過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換將天線相位中心點(diǎn)與真值點(diǎn)進(jìn)行歸化解算。基準(zhǔn)點(diǎn)位置坐標(biāo)為（WGS-84 坐標(biāo)系）：

LAT ：32°24′03.3136″N ；

LON ：112°08′10.6731″E ；

H：117.716m。

經(jīng)過(guò)對(duì)被試GPS接收機(jī)測(cè)量數(shù)據(jù)與真值數(shù)據(jù)

進(jìn)行比對(duì)，被試GPS接收機(jī)事后差分定位精度及單點(diǎn)定位精度詳見(jiàn)表1和表2。

3 衛(wèi)星信號(hào)模擬器測(cè)試

依據(jù)火箭撬搭載試驗(yàn)，應(yīng)用衛(wèi)星信號(hào)模擬器模擬火箭滑車撬體試驗(yàn)運(yùn)動(dòng)過(guò)程，測(cè)試高動(dòng)態(tài)GPS接收機(jī)在此環(huán)境下的動(dòng)態(tài)定位精度。

表1 被試GPS接收機(jī)事后差分定位精度

表2 被試GPS接收機(jī)單點(diǎn)定位精度

3.1 測(cè)試方案設(shè)計(jì)

測(cè)試所用設(shè)備及型號(hào)見(jiàn)表3與表4，設(shè)備連接見(jiàn)圖2。

表3 測(cè)試所用設(shè)備及型號(hào)

圖1 測(cè)試方案設(shè)備連接圖

表4 兩次火箭撬試驗(yàn)測(cè)試場(chǎng)景構(gòu)建參數(shù)及內(nèi)容

3.2 測(cè)試方法步驟

測(cè)試場(chǎng)景構(gòu)建完成后，設(shè)備開(kāi)機(jī)運(yùn)行，接收機(jī)和模擬器分別記錄定位數(shù)據(jù)，模擬器通過(guò)串口給接收機(jī)發(fā)送模擬基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)，用于事后差分處理。測(cè)試運(yùn)行結(jié)束之后，接收機(jī)關(guān)機(jī)，收集整理GNSS接收機(jī)的測(cè)試數(shù)據(jù)和GNSS衛(wèi)星信號(hào)模擬器記錄的載體運(yùn)行軌跡的定位數(shù)據(jù)，按照外場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方式分別進(jìn)行單點(diǎn)定位精度和事后差分定位精度處理。

表5 被測(cè)試接收機(jī)機(jī)動(dòng)動(dòng)作及測(cè)試情況表

3.3 測(cè)試結(jié)果

表6 被試GPS接收機(jī)事后差分動(dòng)態(tài)精度定位精度

表7 被試GPS接收機(jī)單點(diǎn)定位精度

4 結(jié)果比對(duì)

表8 火箭撬搭載試驗(yàn)與衛(wèi)星信號(hào)模擬器測(cè)試結(jié)果對(duì)比

5 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)火箭撬搭載試驗(yàn)結(jié)果與衛(wèi)星信號(hào)模擬器測(cè)試的結(jié)果分析可知，高動(dòng)態(tài)GPS接收機(jī)火箭撬搭載試驗(yàn)和衛(wèi)星信號(hào)模擬器測(cè)試的定位精度基本一致，單點(diǎn)定位結(jié)果達(dá)到米級(jí)，事后差分定位精度達(dá)到分米級(jí)（0.3m）?？蓱?yīng)用此方法對(duì)高動(dòng)態(tài)GPS接收機(jī)進(jìn)行精度評(píng)定。

[1] 周忠謨.GPS衛(wèi)星測(cè)量原理與應(yīng)用.北京：測(cè)繪出版社，1999.

[2] 趙琳，丁繼成.衛(wèi)星導(dǎo)航原理及應(yīng)用.西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，2010.

[3] 劉基余.GPS衛(wèi)星導(dǎo)航定位原理及方法.北京：科學(xué)出版社，2002.

[4] 王永良，丁前軍，李榮峰.自適應(yīng)陣列信號(hào)處理.北京：清華大學(xué)出版社，2009.

[5] 唐瑞.GPS技術(shù)在高速火箭橇試驗(yàn)測(cè)速系統(tǒng)中的應(yīng)用.文件編號(hào)CARS-2013-1509.