郭健偉

（民航吉林空管分局，吉林 長春 130000）

1 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的構(gòu)成、定位原理和功能

1.1 系統(tǒng)構(gòu)成

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)簡稱BDS，是我國自主研發(fā)的一套全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，該系統(tǒng)的空間段由靜止軌道衛(wèi)星和非靜止軌道衛(wèi)星兩部分組成，前者的數(shù)量為5顆，后者的數(shù)量為30顆。隨著國家對“北斗”項目重視程度的不斷提高，相關(guān)資源的傾斜力度逐步加大，預(yù)計在2020年左右，BDS將覆蓋全球[1]。

1.2 定位原理

在距離地面2×104km以上的高空中，5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星，以固定的周期環(huán)繞地球運行，使得任意時間段地面上任意一點均可同時觀測到4顆以上的衛(wèi)星。位于高空中35顆衛(wèi)星的位置均為已知。通過接收機對衛(wèi)星進行觀測的過程中，可獲得衛(wèi)星到接收機之間的距離，通過三維坐標(biāo)中的距離公式，借助3顆衛(wèi)星，便可構(gòu)建成三個方程式，求解后能得到觀測點的位置。由于衛(wèi)星上的時鐘和接收機的時鐘可能會存在一定誤差，因此需要引入第四顆衛(wèi)星，使得觀測點高程和經(jīng)緯度數(shù)據(jù)變得更加精確。

1.3 系統(tǒng)功能

BDS系統(tǒng)除了具備四大基本功能之外，還有軍用和民用功能。

1.3.1 基本功能

（1）短報文通信功能。BDS用戶終端具備雙向報文通信功能，單次傳輸?shù)膱笪男畔?0～60個漢字，該功能使系統(tǒng)在遠航中的應(yīng)用價值得以充分體現(xiàn)。（2）精密授時功能。BDS系統(tǒng)可向用戶提供20～100 ns時間同步精度。（3）定位精度。BDS系統(tǒng)的水平精度可以達到100 m，設(shè)立標(biāo)準(zhǔn)校核以后，在差分狀態(tài)下，可以達到20 m。（4）容量大。BDS系統(tǒng)可以容納的用戶數(shù)為54萬戶/h。

1.3.2 軍用功能

在軍事方面，BDS和GPS的功能存在很多的相似之處。比如，可對處于運動狀態(tài)的目標(biāo)進行定位導(dǎo)航，可為縮短反應(yīng)時間的武器和載具發(fā)射位置進行快速定位，可進行海上人員搜救等。軍方通過應(yīng)用BDS的這些功能，可實現(xiàn)各級部隊的主動定位，高層指揮部能隨時掌握部隊的位置，并向其發(fā)送相關(guān)的作戰(zhàn)指令，有助于提高任務(wù)的執(zhí)行效率。

1.3.3 民用功能

在民用方面，BDS具有如下功能：個人位置服務(wù)、氣候變化預(yù)測、交通路網(wǎng)管理、鐵路運輸、海上運輸、航空運輸以及應(yīng)急搶險救援等。

BDS系統(tǒng)歸屬于精密設(shè)備的范疇，在其運行環(huán)境中，存在大量的干擾源，如果系統(tǒng)出現(xiàn)問題，會對相關(guān)的功能造成影響，嚴(yán)重時可能會危及系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性，進而引發(fā)安全事故。通過監(jiān)測能夠及時發(fā)現(xiàn)BDS存在的問題，從而確保BDS安全、穩(wěn)定、可靠的運行。BDS運行時，極有可能受到各種因素的干擾，若是干擾問題未能得到有效處理，隨著時間的推移極有可能轉(zhuǎn)換成嚴(yán)重故障，這對BDS系統(tǒng)而言是非常致命的。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，會對衛(wèi)星測量、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙ぷ髟斐捎绊?。因此，對BDS的完好性進行監(jiān)測評估顯得尤為重要[2]。

2 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用終端檢測技術(shù)

為了便于研究，以北斗衛(wèi)星無線電導(dǎo)航業(yè)務(wù)（RNSS）/衛(wèi)星無線電測定業(yè)務(wù)（RDSS）車載終端為對象，分析其相關(guān)的檢測技術(shù)。由此所得的結(jié)果，可為北斗衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)品的認(rèn)證檢測提供依據(jù)。

2.1 檢測前的準(zhǔn)備工作

2.1.1 備齊物資

在進行檢測前，應(yīng)當(dāng)將終端的所有附件準(zhǔn)備齊全，并對設(shè)備的技術(shù)要求加以明確。同時，要準(zhǔn)確好使用說明書，主機和配件必須與說明書一致。

2.1.2 外觀檢查

需要檢查終端各部分的外觀是否完好，發(fā)現(xiàn)松動部位應(yīng)當(dāng)進行緊固，防止檢測時出現(xiàn)故障。

2.1.3 提供直連電纜

按照有關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求，終端提供與RS232串口直連的數(shù)據(jù)傳輸電纜，并確保電纜的完好性。

2.1.4 接入檢測平臺

按照正確的方法將終端接入檢測平臺，給電開機后自行啟動，所有功能應(yīng)當(dāng)全部可以正常使用[3]。

2.2 搭建檢測平臺

本次檢測中，采用的終端檢測平臺由兩部分組成：導(dǎo)航專用暗室和導(dǎo)航測試專用平臺。

2.2.1 導(dǎo)航專用暗室

該平臺包括微波暗室和相關(guān)的配套設(shè)備，其中微波暗室為矩形，具有良好的通用性，兩端均可使用，能夠收發(fā)雙向信號。導(dǎo)航專用暗室是一個相對比較理想的測試環(huán)境。在暗室中，來自于外界的電磁干擾不會對測試過程造成影響，利用天線引入衛(wèi)星導(dǎo)航信號后，便可完成定位設(shè)備的無線信號測試。

2.2.2 導(dǎo)航測試專用平臺

該平臺主要是由兩個分系統(tǒng)組成：北斗通信測試分系統(tǒng)和導(dǎo)航測試分系統(tǒng)。由于該測試平臺中兩個分系統(tǒng)使用的是不同導(dǎo)航衛(wèi)星信號模擬器，因此兩個分系統(tǒng)能夠分別對終端的RNSS和RDSS的功能和性能進行測試。在具體的檢測過程中，北斗通信測試分系統(tǒng)主要負責(zé)測試RDSS，導(dǎo)航測試分系統(tǒng)主要負責(zé)測試RNSS[4]。

2.3 終端檢測技術(shù)的關(guān)鍵指標(biāo)

由于本次的檢測任務(wù)主要是對系統(tǒng)的功能和性能進行檢測，因此檢測技術(shù)的關(guān)鍵指標(biāo)也是由這兩部分組成。

2.3.1 功能性指標(biāo)

功能性指標(biāo)主要包括：第一，當(dāng)速度超過預(yù)先最大值255 km/h時，系統(tǒng)能夠向平臺發(fā)出報警信號；第二，系統(tǒng)能夠支持北斗 RDSS 定位和通信功能，可以根據(jù)接收的指令上報當(dāng)前位置信息，同時給出準(zhǔn)確的定位狀態(tài)信息；第三，系統(tǒng)需要具備北斗定位和聯(lián)合定位功能，可以通過人機交互方式完成北斗定位，當(dāng)接受遠程控制指令時也能進行北斗定位；第四，可根據(jù)相應(yīng)的采集策略如定時采集或定距采集，實時動態(tài)采集具體的位置信息，并動態(tài)存儲采集的位置信息，給出定位狀態(tài)提示。

2.3.2 性能指標(biāo)

性能指標(biāo)由兩個部分組成：RNSS性能指標(biāo)和RDSS性能指標(biāo)。RNSS性能指標(biāo)主要包括水平定位精度、定位數(shù)據(jù)更新率、測速精度以及速度范圍等。RDSS性能指標(biāo)包括通信成功率、誤碼率、接收通道數(shù)以及靈敏度等。

2.4 終端檢測技術(shù)的實施要點

檢測中性能檢測是重點，可以分為兩部分：一是RNSS的性能檢測，二是RDSS 的性能檢測。

2.4.1 RNSS檢測

第一，在對RNSS性能進行檢測的過程中，操作人員可將終端直接接入到檢測平臺中，隨后對模擬器進行靜態(tài)和動態(tài)仿真場景的設(shè)置，并對包含B1頻點在內(nèi)的射頻仿真信號進行輸出。

第二，依據(jù)特定位置的更新率，使終端輸出相應(yīng)的定位數(shù)據(jù)，隨后對標(biāo)準(zhǔn)位置進行確定，在該環(huán)節(jié)的測試中，以衛(wèi)星導(dǎo)航信號模擬器仿真的用戶位置作為標(biāo)準(zhǔn)位置，據(jù)此對水平定位誤差進行計算，結(jié)合其分布情況，獲得水平定位精度。

第三，按照特定位置的更新率，使終端輸出相應(yīng)的速度數(shù)據(jù)，并以仿真速度作為檢測標(biāo)準(zhǔn)，通過計算速度誤差，結(jié)合其分布情況獲得測試速度。隨后，將測得的速度范圍最大值作為仿真速度，利用測控計算機讀取終端輸出的定位數(shù)據(jù)和速度數(shù)據(jù)，判斷終端的定位，實現(xiàn)測速功能。

第四，借助測控計算機讀取終端輸出的定位數(shù)據(jù)，按照位置數(shù)據(jù)的更新時刻獲得定位數(shù)據(jù)的更新率。

2.4.2 RDSS檢測

第一，在對RDSS性能進行檢測時，操作人員可將終端直接接入到檢測平臺中，然后對模擬器進行靜態(tài)和動態(tài)仿真場景的設(shè)置，對包含S和L頻點在內(nèi)的射頻仿真信號進行輸出。

第二，利用10個波束向終端發(fā)送定位和通信數(shù)據(jù)，再通過測控計算機對終端接收信息的情況進行檢測，并對接收通道數(shù)進行統(tǒng)計。

第三，利用10個波束中的某一個向終端發(fā)送電文，隨后對比終端返回的電文和發(fā)出的電文，根據(jù)比對結(jié)果，對本次通信過程的成功率進行統(tǒng)計。再以10個波束中的某一個向終端發(fā)送電平值模擬信號，當(dāng)終端接收到該信號之后，操作人員可在測控計算機上，對出站信息和原始信息進行比較，據(jù)此對終端發(fā)送信號的靈敏度和誤碼率進行統(tǒng)計[5]。

3 結(jié) 論

綜上所述，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是我國自主研發(fā)的系統(tǒng)，填補了多項技術(shù)空白，標(biāo)志著我國在衛(wèi)星導(dǎo)航方面已經(jīng)達到國際先進水平。隨著技術(shù)的不斷完善，其應(yīng)用范圍越來越廣，可快速完成終端的性能檢測，為相關(guān)產(chǎn)品認(rèn)證提供詳實可靠的依據(jù)。未來，應(yīng)不斷加大對北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的研究力度，對相關(guān)技術(shù)進行優(yōu)化改進，從而使該系統(tǒng)能夠為更多的領(lǐng)域提供服務(wù)。