CN101539589B - 一种机动车gps测速仪检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高精度机动车GPS测速仪检测方法，属于计量测量领域。本发明利用三光束光遮挡测速标准装置在测试现场对卫星GPS信号直接进行速度实测定标，通过GPS记录/回放仪保存，然后在实验室进行GPS信号回放来完成高精度机动车GPS测速仪在特定速度值的实验室精确检测，溯源至长度和时间SI基本单位。本发明依靠现场标定的GPS信号为量值传递对象，结合了道路试验的真实可靠和实验室模拟的方便快捷，在实验室完成了高精度机动车GPS测速仪测速误差、测量重复性等关键计量指标的检测，提高了测量结果的准确可靠性，减少了繁琐危险的现场试验车高速试验，便捷可行，且提高了工作效率，易于推广应用。

Description

一种机动车GPS测速仪检测方法

技术领域

本发明属于计量测量领域，具体涉及一种高精度机动车GPS测速仪检测方法。

背景技术

2000年5月，美国取消了SA限制后，GPS单点定位及测速精度得到了显著的提高，GPS技术在机动车性能测试及动态导航领域得到了广泛的应用。基于GPS测速技术的机动车测速仪，通常使用位置差分的方法确定机动车的行驶速度。采用该方法测量瞬态行驶速度，实时性和精度都不能满足机动车速度检测的计量要求，因此，采用位置差分测速的GPS测速仪、导航仪，仅限于民用。随着GPS测速技术的进一步发展和推广，近年来，基于多普勒频移观测值测量技术的高精度机动车GPS测速仪因其测速准确、使用方便，开始在国内外机动车性能测试领域及交通测速计量领域使用，这对高精度机动车GPS测速仪计量检测技术的研究和发展提出了迫切的要求。

在计量测量领域，为了保证量值统一或测量准确可靠，对高精度机动车GPS测速仪检测方法的测速误差进行检测是一项重要工作。在国外，高精度机动车GPS测速仪的检测方法有现场道路比对试验法和实验室模拟速度检测法。例如，英国将高精度机动车GPS测速仪列为机动车测速仪型式评价试验的标准仪器，其速度指标的检测依靠特定速度点的现场道路比对试验来完成，使用的比对器具为非接触测速仪及同类高精度机动车GPS测速仪。

实验室模拟速度检测，采用GPS信号仿真仪，对设定的理论速度值进行GPS信号的模拟仿真及输出，在理想状态下，对高精度机动车GPS测速仪进行检测，按其检测工作原理，理论上能够直接溯源至时间/频率基本量。通常情况下，能够正常工作的高精度机动车GPS测速仪按照该方法的速度指标检测结果十分准确，与理论速度值的偏差一般不超过±0.01km/h，然而所述现有技术存在以下不足之处：(1)现有技术中现场道路比对试验法每次试验，都需要对试验场地、试验车辆及环境条件、人员配备提出较高要求，虽然能够按高精度机动车GPS测速仪的实际工作状态对其进行检测，但无法实现同一速度点测量重复性的检测。并且，作为比对器具的非接触测速仪，在道路试验过程会受到多种现场实际因素的影响，其速度测量指标以及溯源途径，并未得到机动车测速国际计量领域的公认；(2)现有技术中利用GPS信号仿真仪对高精度机动车GPS测速仪进行检测，采用了实验室模拟的检测方法，往往忽略了来自卫星、大气、现场环境等因素对GPS卫星信号产生的不利影响，与高精度机动车GPS测速仪的实际使用测量状态区别较大，其检测结果不能真实地反映高精度机动车GPS测速仪在实际使用状态的技术指标水平，因而无法准确进行测速误差的检测。因此，该现有技术在推广应用时受到较大的限制。

总之，现有技术中，现场道路比对试验法费时费力，且无法对测量重复性进行检测，而实验室模拟速度检测法又不能按照高精度机动车GPS测速仪现场实际工作状态进行准确、可靠的检测，难以在高精度机动车GPS测速仪计量检测行业中普遍推广。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种机动车GPS测速仪的检测方法，实现了一种基于现场GPS信号速度定标的实验室检测方法，完成了对高精度机动车GPS测速仪特定速度值测速误差及测量重复性的检测工作，使检测结果更加准确可靠，且溯源途径直观明确，技术方案简便可行，易于在计量测量领域推广。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种机动车GPS测速仪检测方法，所述方法涉及的实体包括三光束光遮挡测速标准装置、试验车速度发生GPS信号记录装置和被检高精度机动车GPS测速仪7，所述方法包括以下步骤：

(1)现场试验GPS卫星信号速度定标及记录；

(2)实验室GPS卫星信号回放及检测试验；

所述三光束光遮挡测速标准装置包括控制单元、接收单元和发射单元。

所述试验车速度发生GPS信号记录装置包括试验机动车4、GPS信号记录/回放仪5和信号触发单元。

所述GPS信号记录/回放仪5和信号触发单元设置在试验机动车4上。

所述接收单元和发射单元一一相对设置在测速区域内，接收单元和发射单元分别按距离d1和d2间隔放置于试验车道两旁，保证发射单元发射的激光光束相互平行且与试验机动车4行驶方向相互垂直；所述接收单元与所述控制单元连接。

在步骤(1)中，所述信号触发单元与所述GPS信号记录/回放仪5连接；所述试验机动车4保持恒定速度按直线行驶通过测速区域，GPS信号记录/回放仪5同时记录卫星GPS信号；试验机动车4先后触发发射单元发射的三束激光，由接收单元输出信号至控制单元，控制单元记录三个中断的时刻t1、t2及t3，计算得出对应距离d1、d2及d1+d2内的试验机动车4的行驶平均速度；单次试验，获得三个平均速度值：

$v1=\frac{d1}{t2-t1};$ $v2=\frac{d2}{t3-t2};$ $v3=\frac{d1+d1}{t3-t1}$

所述试验机动车4沿行驶方向，先后触发发射单元发射的三束激光时，所述信号触发单元分别接收发射单元发射的三束激光，输出触发信号至GPS信号记录/回放仪5，标明GPS信号记录/回放仪5所记录的卫星GPS信号对应于测速区域的起始位置。

所述控制单元计算得到的试验机动车4的行驶平均速度值v1、v2的偏差必须满足下式，否则该次试验无效：

|v2-v1|＜θ

所述θ是按照被检测高精度机动车GPS测速仪7准确度指标设定的阈值。以试验机动车行驶通过第一光束和第三光束间的平均速度V3为参考速度值，对测速区域内GPS信号记录/回放仪5所记录的卫星GPS信号速度定标。

在步骤(2)中，所述被检高精度机动车GPS测速仪7与所述GPS信号记录/回放仪5连接；所述GPS信号记录/回放仪5回放硬盘记录的现场试验卫星GPS信号，所述被检高精度机动车GPS测速仪7连续进行速度测量；对应于测速区域起始位置的GPS信号，被检高精度机动车GPS测速仪7测得的平均速度值为v，则测速误差为：

$\mathrm{\Δv}=\frac{v-v3}{v3}\×100\%$

连续进行多次信号回放检测试验，计算被检高精度机动车GPS测速仪7的速度测量重复性σ：

$\mathrm{\σ}=\sqrt{\frac{1}{n-1}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(\mathrm{vi}-v3)}^2}$

式中，n为测量次数。

具体来说，在本方法中，所述控制单元为单片机1；所述接收单元为一组激光接收器2；所述发射单元为一组激光发射器3；单个所述激光接收器2分别与所述单片机1连接；单个激光接收器2接收与之相对设置的单个激光发射器3的激光，然后输出信号至单片机1。

所述试验机动车4为具有巡航定速功能的机动车；所述GPS信号记录/回放仪5为能够使用硬盘记录信号数据、带有接收天线的GPS信号记录/回放仪；所述信号触发单元为激光接收触发器6；在步骤(1)中，所述GPS信号记录/回放仪5与激光接收触发器6连接，激光接收触发器6接收激光发射器3的激光，输出触发信号至GPS信号记录/回放仪5。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明依靠现场标定的GPS信号为量值传递对象，结合了道路试验的真实可靠和实验室模拟的方便快捷，在实验室完成了高精度机动车GPS测速仪测速误差、测量重复性等关键计量指标的检测，提高了测量结果的准确可靠性，减少了繁琐危险的现场试验车高速试验，便捷可行，且提高了工作效率，易于推广应用。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

图1是现场道路试验卫星GPS信号标定示意图

图2是实验室检测高精度机动车GPS测速仪试验局部示意图

具体实施方式

一种高精度机动车GPS测速仪检测方法，所述方法涉及的实体包括三光束光遮挡测速标准装置、试验车速度发生GPS信号记录装置和被检高精度机动车GPS测速仪7，所述方法包括以下步骤：

(1)现场试验GPS卫星信号速度定标及记录；

(2)实验室GPS卫星信号回放及检测试验；

如图1所示，所述三光束光遮挡测速标准装置包括控制单元、接收单元和发射单元。所述控制单元为单片机1；所述接收单元为三个激光接收器2；所述发射单元为三个激光发射器3；单个所述激光接收器2分别与所述单片机1连接；单个激光接收器2接收与之相对设置的单个激光发射器3的激光，然后输出信号至单片机1。

所述试验车速度发生GPS信号记录装置包括试验机动车4、GPS信号记录/回放仪5和信号触发单元。所述试验机动车4为具有巡航定速功能的机动车；所述GPS信号记录/回放仪5为能够使用硬盘记录信号数据、带有接收天线的GPS信号记录/回放仪；所述信号触发单元为激光接收触发器6。

所述GPS信号记录/回放仪5和激光接收触发器6设置在试验机动车4上。

所述激光发射器3和激光接收器2一一相对设置在测速区域内，三个激光接收器2和三个激光发射器3分别按距离d1和d2间隔放置于试验车道两旁，保证三个激光发射器3发射的激光光束相互平行且与试验机动车4行驶方向相互垂直。

在步骤(1)中，所述激光接收触发器6与所述GPS信号记录/回放仪5连接；所述试验机动车4保持恒定速度按直线行驶通过测速区域，GPS信号记录/回放仪5同时记录卫星GPS信号；试验机动车4先后触发激光发射器3发射的三束激光，由激光接收器2输出信号至单片机1，单片机1记录三个中断的时刻t1、t2及t3，计算得出对应距离d1、d2及d1+d2内的试验机动车4的行驶平均速度；单次试验，获得三个平均速度值：

$v1=\frac{d1}{t2-t1};$ $v2=\frac{d2}{t3-t2};$ $v3=\frac{d1+d1}{t3-t1}$

所述试验机动车4沿行驶方向，先后触发激光发射器3发射的三束激光时，所述激光接收触发器6分别接收激光发射器3发射的三束激光，输出触发信号至GPS信号记录/回放仪5，标明GPS信号记录/回放仪5所记录的卫星GPS信号对应于测速区域的起始位置。

所述单片机1计算得到的试验机动车4的行驶平均速度值v1、v2的偏差必须满足下式，否则该次试验无效：

|v2-v1|＜θ

所述θ是按照被检测高精度机动车GPS测速仪7准确度指标设定的阈值。以试验机动车行驶通过第一光束和第三光束间的平均速度V3为参考速度值，对测速区域内GPS信号记录/回放仪5所记录的卫星GPS信号速度定标。

在步骤(2)中，如图2所示，所述被检高精度机动车GPS测速仪7与所述GPS信号记录/回放仪5连接；所述GPS信号记录/回放仪5回放硬盘记录的现场试验卫星GPS信号，所述被检高精度机动车GPS测速仪7连续进行速度测量；对应于测速区域起始位置的GPS信号，被检高精度机动车GPS测速仪7测得的平均速度值为v，则测速误差为：

$\mathrm{\Δv}=\frac{v-v3}{v3}\×100\%$

连续进行多次信号回放检测试验，计算被检高精度机动车GPS测速仪7的速度测量重复性σ：

$\mathrm{\σ}=\sqrt{\frac{1}{n-1}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(\mathrm{vi}-v3)}^2}$

式中，n为测量次数。

下面是在具体实施中，使用该发明的方法达到的效果：

实施例1：

本实施例对高精度机动车GPS测速仪测速误差进行检测。三个激光接收器和三个激光发射器分别按距离5m间隔放置于试验车道两旁，保证三激光光束相互平行且与试验车行驶方向相互垂直。试验机动车按直线行驶保持恒定速度约113km/h通过测速区域，GPS信号记录/回放仪同时记录卫星GPS信号。单片机测得试验机动车的行驶平均速度值V1(113.92km/h)、V2(113.92km/h)，偏差为0.00km/h为，小于高精度机动车GPS测速仪厂家准确度指标0.1km/h，试验有效。以试验机动车行驶通过第一光束和第三光束间的平均速度v3(113.92km/h)为参考速度值，对测速区域内GPS信号记录/回放仪所记录的卫星GPS信号速度定标。

GPS信号记录/回放仪回放硬盘记录的现场试验卫星GPS信号，被检高精度机动车GPS测速仪连续进行速度测量。对应于测速区域起始位置的GPS信号，被检高精度机动车GPS测速仪测得的平均速度值为113.85km/h，则测速误差为-0.06％。

实施例2：

本实施例对高精度机动车GPS测速仪速度测量重复性进行检测。三个激光接收器和三个激光发射器分别按距离5m间隔放置于试验车道两旁，保证三激光光束相互平行且与试验车行驶方向相互垂直。试验机动车按直线行驶保持恒定速度约61km/h通过测速区域，GPS信号记录/回放仪同时记录卫星GPS信号。单片机测得试验机动车的行驶平均速度值V1(61.22km/h)、V2(61.22km/h)，偏差为0.00km/h为，小于高精度机动车GPS测速仪厂家准确度指标0.1km/h，试验有效。以试验机动车行驶通过第一光束和第三光束间的平均速度V3(61.22km/h)为参考速度值，对测速区域内GPS信号记录/回放仪所记录的卫星GPS信号速度定标。

GPS信号记录/回放仪回放硬盘记录的现场试验卫星GPS信号，被检高精度机动车GPS测速仪连续进行速度测量。对应于测速区域起始位置的GPS信号，被检高精度机动车GPS测速仪测得的平均速度值为61.26km/h，则测速误差为0.07％。进行九次回放重复测量，被检高精度机动车GPS测速仪得到的九个平均速度值为分别为：61.26km/h、61.25km/h、61.26km/h、61.25km/h、61.27km/h、61.25km/h、61.26km/h、61.25km/h、61.27km/h。被检高精度机动车GPS测速仪的十次测量的速度测量重复性0.008km/h。

上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选地，而并不具有限制性的意义。

Claims (2)

1.一种机动车GPS测速仪检测方法，所述方法涉及的装置包括三光束光遮挡测速标准装置、试验车速度发生GPS信号记录装置和被检高精度机动车GPS测速仪[7]，其特征在于所述方法包括以下步骤：

(1)现场试验卫星GPS信号速度定标及记录；

(2)实验室卫星GPS信号回放及检测试验；

所述三光束光遮挡测速标准装置包括控制单元、接收单元和发射单元；所述控制单元为单片机[1]；所述接收单元为三个激光接收器[2]；所述发射单元为三个激光发射器[3]；单个所述激光接收器[2]分别与所述单片机[1]连接；单个激光接收器[2]接收与之相对设置的单个激光发射器[3]的激光，然后输出信号至单片机[1]；

所述试验车速度发生GPS信号记录装置包括试验机动车[4]、GPS信号记录回放仪[5]和信号触发单元；所述信号触发单元为激光接收触发器[6]；

所述GPS信号记录回放仪[5]和激光接收触发器[6]设置在试验机动车[4]上；

所述三个激光接收器[2]和三个激光发射器[3]一一相对设置在测速区域内，三个激光接收器[2]和三个激光发射器[3]分别按距离d1和d2间隔放置于试验车道两旁，保证三个激光发射器[3]发射的激光光束相互平行且与试验机动车[4]行驶方向相互垂直；

在步骤(1)中，所述激光接收触发器[6]与所述GPS信号记录回放仪[5]连接；所述试验机动车[4]保持恒定速度按直线行驶通过测速区域，GPS信号记录回放仪[5]同时记录卫星GPS信号；试验机动车[4]先后触发三个激光发射器[3]发射的三束激光，由三个激光接收器[2]输出信号至单片机[1]，单片机[1]记录三个中断的时刻t1、t2及t3，计算得出对应距离d1、d2及d1+d2内的试验机动车[4]的行驶平均速度；单次试验，获得三个平均速度值：

$v1=\frac{d1}{t2-t1};$ $v2=\frac{d2}{t3-t2};$ $v3=\frac{d1+d2}{t3-t1}$

所述试验机动车[4]沿行驶方向，先后触发三个激光发射器[3]发射的三束激光时，所述激光接收触发器[6]分别接收三个激光发射器[3]发射的三束激光，输出触发信号至GPS信号记录回放仪[5]，标明GPS信号记录回放仪[5]所记录的卫星GPS信号对应于测速区域的起始位置；

所述单片机[1]计算得到的试验机动车[4]的行驶平均速度值v1、v2的偏差必须满足下式，否则该次试验无效：

|v2-v1|＜θ

所述θ是按照被检测高精度机动车GPS测速仪[7]准确度指标设定的阈值；以试验机动车行驶通过第一光束和第三光束间的平均速度v3为参考速度值，对测速区域内GPS信号记录回放仪[5]所记录的卫星GPS信号速度定标；

在步骤(2)中，所述被检高精度机动车GPS测速仪[7]与所述GPS信号记录回放仪[5]连接；所述GPS信号记录回放仪[5]回放硬盘记录的现场试验卫星GPS信号，所述被检高精度机动车GPS测速仪[7]连续进行速度测量；对应于测速区域起始位置的GPS信号，被检高精度机动车GPS测速仪[7]测得的平均速度值为

则测速误差为：

$\mathrm{\Δv}=\frac{\stackrel{\‾}{v}-v3}{v3}\×100\%$

连续进行多次信号回放及检测试验，计算被检高精度机动车GPS测速仪[7]的速度测量重复性σ：

$\mathrm{\σ}=\sqrt{\frac{1}{n-1}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(\stackrel{\‾}{v}i-v3)}^2}$

式中，n为测量次数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述试验机动车[4]为具有巡航定速功能的机动车；所述GPS信号记录回放仪[5]为能够使用硬盘记录信号数据并带有接收天线的GPS信号记录回放仪；在步骤(1)中，所述GPS信号记录回放仪[5]与激光接收触发器[6]连接，激光接收触发器[6]接收激光发射器[3]的激光，输出触发信号至GPS信号记录回放仪[5]。

Images