高精度增強(qiáng)定位導(dǎo)航模塊測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)化研究

朱輝 徐海潮

摘要：隨著導(dǎo)航定位技術(shù)發(fā)展，人民對(duì)高精度定位提出了更高的要求。為研究高精度增強(qiáng)定位導(dǎo)航模塊測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)，先介紹了定位模塊組成、功能和性能;再通過研究定位模塊測(cè)試內(nèi)容，確定功能測(cè)試和性能測(cè)試兩項(xiàng)主要內(nèi)容;然后研究定位模塊測(cè)試環(huán)境、設(shè)備、場地等條件。為便于指導(dǎo)第三方測(cè)試機(jī)構(gòu)測(cè)試，還研究了定位模塊測(cè)試方法。最后對(duì)高精度增強(qiáng)定位導(dǎo)航模塊測(cè)試提出了未來發(fā)展建議。

關(guān)鍵詞：導(dǎo)航 定位 高精度定位 標(biāo)準(zhǔn)化 測(cè)試

Research on Testing Standardization of High Precision Enhanced Positioning and Navigation Module

ZHU Hui1? XU Haichao2

（1.JSTI Group Co.， Ltd.， Nanjing， Jiangsu Province， 211106 China;

2.China Design Group Co.，Ltd.， Nanjing， Jiangsu， 210014 China）

Abstract： With the development of navigation and positioning technology， people put forward higher requirements for high-precision positioning. In order to study the test standardization technology of high precision enhanced positioning and navigation module， this paper first introduces the composition， function and performance of positioning module; Then， by studying the test content of positioning module， the two main contents of function test and performance test are determined; Then the test environment， equipment and site of positioning module are studied. In order to guide the third-party testing institutions， the positioning module testing method is also studied. Finally， some suggestions for the future development of high precision enhanced positioning and navigation module testing are proposed.

Key Words： Navigation; Positioning; High precision positioning; Standardization; Testing

隨著科技發(fā)展，高精度地圖、車輛自動(dòng)駕駛、智能船舶等產(chǎn)品和設(shè)備讓人民享受到科技帶給生活的極大便利[1，2]，但同時(shí)也對(duì)高精度定位導(dǎo)航的定位、授時(shí)、測(cè)速等方面提出了更高的要求，高精度定位增強(qiáng)模塊的廣泛應(yīng)用，為上述產(chǎn)品和設(shè)備帶來了曙光。當(dāng)前，市場上有泰斗、千尋、華測(cè)等多個(gè)廠商生產(chǎn)高精度定位增強(qiáng)模塊，但由于缺乏統(tǒng)一的測(cè)試技術(shù)，各個(gè)廠商生產(chǎn)的高精度定位增強(qiáng)模塊性能千差萬別，不利于上述產(chǎn)品和設(shè)備的良性發(fā)展，故急需研究高精度增強(qiáng)定位導(dǎo)航模塊測(cè)試技術(shù)。

1 定位模塊介紹

1.1 定位模塊組成

高精度定位模塊采用通用型增強(qiáng)定位模塊，其正常工作電壓為：DC 5.0V～36.0V。高精度定位模塊的常用整體結(jié)構(gòu)如圖1所示[3]。其中數(shù)據(jù)處理單元是模塊的核心部分，實(shí)現(xiàn)通信協(xié)議處理;接收單元包括接收天線、GPRS模塊、RJ45接口等三種接口，以三種不同方式接收衛(wèi)星修正參數(shù)數(shù)據(jù)報(bào)文;輸出單元包括RS232接口、RS485接口、RJ45接口等三種接口，以三種不同方式為定位設(shè)備提供衛(wèi)星修正參數(shù)數(shù)據(jù)。

1.2 定位模塊功能

結(jié)合定位模塊組成及結(jié)構(gòu)，推測(cè)出高精度定位模塊主要工作任務(wù)為接收衛(wèi)星修正參數(shù)數(shù)據(jù)報(bào)文、解析衛(wèi)星修正參數(shù)數(shù)據(jù)報(bào)文、發(fā)送衛(wèi)星修正參數(shù)數(shù)據(jù)[4]，故其主要功能如下表所示。

1.3 定位模塊性能

在高精度地圖業(yè)務(wù)中，要求高精度定位模塊的水平定位和垂直定位性能較好;在車輛自動(dòng)駕駛業(yè)務(wù)中，要求高精度定位模塊的水平定位和測(cè)速性能較好;在交通基礎(chǔ)設(shè)施觀測(cè)業(yè)務(wù)中，要求要求高精度定位模塊的垂直定位性能較好[5，6]。為保障交通運(yùn)輸業(yè)務(wù)的精細(xì)化管理，急需高精度定位模塊在定位（水平定位、垂直定位）、測(cè)速、啟動(dòng)等多個(gè)方面提供優(yōu)異性能，各性能指標(biāo)如表2所示。

2 測(cè)試內(nèi)容

2.1 功能測(cè)試

高精度定位模塊功能測(cè)試內(nèi)容為：接收功能、解析功能、發(fā)送功能、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能、天線檢測(cè)和報(bào)告功能、固件升級(jí)功能、獲取廠家信息等。功能測(cè)試重點(diǎn)要求如：（1）若是界面測(cè)試，需要將測(cè)試界面顯示出來;（2）測(cè)試方案按照樣標(biāo)準(zhǔn)模板格式進(jìn)行編寫;（3）只允許一個(gè)序號(hào)對(duì)應(yīng)一個(gè)測(cè)試點(diǎn)和一個(gè)檢驗(yàn)點(diǎn);（4）測(cè)試類型分為三種：常規(guī)測(cè)試、異常測(cè)試、邊界值測(cè)試。每種類型都有多個(gè)測(cè)試點(diǎn)。（5）常規(guī)測(cè)試包括功能點(diǎn)的基本功能和派生功能。測(cè)試點(diǎn)是對(duì)測(cè)試內(nèi)容的概述，測(cè)試方法需詳細(xì)說明測(cè)試過程，檢驗(yàn)措施是對(duì)預(yù)計(jì)測(cè)試結(jié)果的描述;（6）異常測(cè)試包括測(cè)試功能點(diǎn)的異常值或操作，以及保護(hù)措施;（7）邊界值測(cè)試包括功能界限的邊界點(diǎn)情況;（8）當(dāng)新添加的測(cè)試點(diǎn)與以前的測(cè)試點(diǎn)版本不同時(shí)，需要備注說明。

2.2 性能測(cè)試

高精度定位模塊性能測(cè)試內(nèi)容為：靜態(tài)定位精度、動(dòng)態(tài)定位精度、測(cè)速精度、冷啟動(dòng)定位時(shí)間、熱啟動(dòng)定位時(shí)間、位置更新率、位置分辨力等。性能測(cè)試重點(diǎn)要求如：（1）只允許一個(gè)序號(hào)對(duì)應(yīng)一條記錄;（2）測(cè)試條件的描述需要符合性能測(cè)試要求;（3）如結(jié)果分析項(xiàng)描述通過測(cè)試，需要考慮分析的性能點(diǎn);（4）當(dāng)測(cè)試點(diǎn)的版本與測(cè)試項(xiàng)目的基線版本不一樣時(shí)，需要備注說明。

2.3 兼容性測(cè)試

高精度定位模塊兼容性測(cè)試內(nèi)容為：電磁兼容性、與操作系統(tǒng)兼容性、與集成應(yīng)用程序兼容性、與低版本設(shè)備兼容性等。其兼容性重點(diǎn)要求同性能測(cè)試要求。

2.4 安全性測(cè)試

高精度定位模塊安全性測(cè)試內(nèi)容為：用戶權(quán)限控制、日志記錄、網(wǎng)絡(luò)加密、數(shù)據(jù)備份、數(shù)據(jù)恢復(fù)、數(shù)據(jù)加密等。高精度定位模塊安全性測(cè)試重點(diǎn)要求如：（1）只允許一個(gè)序號(hào)對(duì)應(yīng)一條記錄;（2）測(cè)試策略需需詳細(xì)描述安全測(cè)試的實(shí)現(xiàn)方法;（3）結(jié)果評(píng)估項(xiàng)描述通過安全測(cè)試后，評(píng)估該測(cè)試點(diǎn)安全等級(jí)的指標(biāo);（4）當(dāng)測(cè)試點(diǎn)的版本與測(cè)試項(xiàng)目的基線版本不一樣時(shí)，需要備注說明。

3 測(cè)試流程

高精度定位模塊的一般測(cè)試流程：具有測(cè)試資質(zhì)的第三方測(cè)試人員分功能分模塊測(cè)試發(fā)現(xiàn)的問題，并提出修改建議;設(shè)備廠商測(cè)試現(xiàn)場人員記錄整理第三方測(cè)試人員提出的問題;設(shè)備廠商測(cè)試現(xiàn)場人員針對(duì)第三方測(cè)試人員提出的問題進(jìn)行交流溝通;設(shè)備廠商測(cè)試現(xiàn)場人員對(duì)已經(jīng)理解清楚的問題進(jìn)行匯總，并區(qū)分優(yōu)先級(jí)，設(shè)備廠商產(chǎn)品組分析討論和處理;問題修改完成后，提交給中設(shè)備廠商測(cè)試現(xiàn)場人員進(jìn)行驗(yàn)證測(cè)試;設(shè)備廠商測(cè)試現(xiàn)場人員對(duì)驗(yàn)證通過的問題提交給第三方測(cè)試人員;第三方測(cè)試人員針對(duì)測(cè)出的問題進(jìn)行確認(rèn)測(cè)試。具體流程如圖2所示。

4 測(cè)試條件

4.1 測(cè)試環(huán)境

我國幅員遼闊，環(huán)境溫度千差萬別。東北大西安嶺極寒溫度-30℃，重慶酷暑高溫45℃，這些極寒和高溫地域都不利于高精度定位模塊正常工作，故需要規(guī)定測(cè)試溫度和相對(duì)濕度。根據(jù)查閱測(cè)試規(guī)范和廣泛調(diào)研，測(cè)試溫度為15℃～35℃，測(cè)試相對(duì)濕度為20%～80%。實(shí)際測(cè)試過程中，仍有極少數(shù)區(qū)域的測(cè)試環(huán)境難以滿足上述溫度和相對(duì)濕度條件，需測(cè)試報(bào)告中標(biāo)注測(cè)試時(shí)的真實(shí)的環(huán)境溫度和相對(duì)濕度。

4.2 測(cè)試設(shè)備

優(yōu)先考慮使用真實(shí)的導(dǎo)航衛(wèi)星（BD/GPS/GLONASS）作為高精度定位模塊的測(cè)試設(shè)備，在不具備導(dǎo)航衛(wèi)星作為測(cè)試設(shè)備條件下，也可使用GNSS模擬器作為測(cè)試設(shè)備。GNSS模擬器作為測(cè)試設(shè)備時(shí)，所產(chǎn)生的衛(wèi)星衛(wèi)星信號(hào)應(yīng)具有與實(shí)際衛(wèi)星信號(hào)相同的特性，在正常動(dòng)態(tài)星座下，能產(chǎn)生幾何位置良好（HDOP不大于4 或PDOP不大于6）的衛(wèi)星信號(hào);另外，GNSS模擬器應(yīng)有足夠的測(cè)量范圍、分辨力、準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度，其性能應(yīng)滿足被測(cè)性能指標(biāo)的要求;此外，GNSS模擬器應(yīng)經(jīng)過計(jì)量部門檢定或校準(zhǔn)，符合性能指標(biāo)要求，并在檢定或校準(zhǔn)有效期內(nèi)。

4.3 測(cè)試場地

測(cè)試場地對(duì)高精度定位模塊測(cè)試結(jié)果影響較大，可能會(huì)影響第三方測(cè)試結(jié)果的公平公正評(píng)判。故為保障測(cè)試效果，為各個(gè)生產(chǎn)廠商提供一個(gè)理想而又公平公正的測(cè)試場地，測(cè)試場地須具備以下條件：

（1）測(cè)試場地遠(yuǎn)離大功率無線電發(fā)射源，其距離最低為200m;（2）遠(yuǎn)離高壓輸電線路和微波無線電信號(hào)傳送通道，其距離最低為50m;（3）附近不應(yīng)有強(qiáng)烈反射衛(wèi)星信號(hào)的物體，如大型建筑物、水面等;（4）天線安裝高度應(yīng)高于地面1 m 以上，從天頂?shù)剿矫嬉陨?0°的仰角空間范圍內(nèi)對(duì)衛(wèi)星的視野清晰。

5測(cè)試方法

5.1 功能測(cè)試方法

根據(jù)設(shè)備廠商提供的參考材料，如：設(shè)計(jì)方案、模塊說明書、檢測(cè)條件等，并依據(jù)導(dǎo)航衛(wèi)星定位模塊和電子產(chǎn)品硬件相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)接收功能、解析功能、發(fā)送功能、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能、天線檢測(cè)和報(bào)告功能、固件升級(jí)功能、獲取廠家信息等功能逐一進(jìn)行測(cè)試，任何一項(xiàng)功能測(cè)試都需滿足功能測(cè)試內(nèi)容中性能指標(biāo)要求。

5.2 性能測(cè)試方法

根據(jù)高精度定位模塊性能要求及其約束條件下，對(duì)其進(jìn)行性能測(cè)試，測(cè)試方法如表3所示。

5.3 兼容性測(cè)試方法

在兼容性測(cè)試方面，本研究主要以電磁兼容的瞬態(tài)抗擾性和靜電放電抗擾度為主。瞬態(tài)抗擾性測(cè)試：試驗(yàn)脈沖發(fā)生器、試驗(yàn)脈沖形式和試驗(yàn)脈沖參數(shù)、試驗(yàn)方法均需滿足GB/T 21437.2規(guī)范規(guī)定，并對(duì)處于正常工作狀態(tài)的高精度定位模塊進(jìn)行試驗(yàn)，檢查試驗(yàn)中和試驗(yàn)后的高精度定位模塊功能是否滿足功能要求;靜電放電抗擾度：試驗(yàn)方法需滿足GB/T 19951規(guī)范規(guī)定，并對(duì)處于正常工作狀態(tài)的高精度定位模塊進(jìn)行接觸放電、空氣放電等試驗(yàn)，檢查試驗(yàn)中和試驗(yàn)后的高精度定位模塊功能是否滿足功能要求。

5.4 安全性測(cè)試方法

安全性對(duì)高精度定位模塊數(shù)據(jù)傳輸、故障排查、數(shù)據(jù)恢復(fù)等方面都有著至關(guān)重要作用，其主要測(cè)試方法如表4所示：

6 結(jié)語

隨著交通業(yè)務(wù)的精準(zhǔn)管理，高精度定位模塊必將呈現(xiàn)百花齊放之勢(shì)，其檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)化也變得尤為關(guān)鍵。本研究闡述了高精度定位模塊功能，深入研究測(cè)試內(nèi)容、測(cè)試流程、測(cè)試條件、測(cè)試方法等，對(duì)規(guī)范高精度定位模塊測(cè)試和構(gòu)建測(cè)試規(guī)范具有積極指導(dǎo)意義。

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作者簡介：朱輝（1991—），男，江蘇泰興人，本科，工程師，研究方向：智能交通。