CN107741593B - 基于导航信号典型场景库的开放式云测试控制系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于导航测试技术领域，公开了一种基于导航信号典型场景库的开放式云测试控制系统及方法，服务中心，通过网络与数据采集仪、监控终端和测试终端连接。在获得真实导航信号及RTK+INS给出的定位信息后，服务中心对采集数据的有效性进行检验，同时给出采集数据的标定参数；标定后的参数随后同原始数据保存；根据对导航信号不同参数的影响，不同类型障碍物使用不同的信道参数组合进行描述，对于每一类的障碍物模型，在各个典型环境中的统计特性也不尽相同，统计特性需要通过实测数据来进行分析。本发明为导航接收机的测试提供统一的平台，解决不同检测机构对同一样品检测结果的一致性问题；数据共享以低成本实现采集数据场景的多样化。

Description

基于导航信号典型场景库的开放式云测试控制系统及方法
技术领域
本发明属于导航测试技术领域，尤其涉及一种基于导航信号典型场景库的开放式云测试控制系统及方法。
背景技术
目前北斗导航终端的性能测试有三种方式：一是实验室环境下用导航信号模拟源测试，二是利用室外接收天线进行对天性能测试，三是利用采集回放仪进行虚拟路测。实验室环境下用卫星信号模拟源可以定量测试被测样品的首次定位时间、定位精度等指标，但由于模拟器信号是对真实卫星信号的简化，无法完整地模拟真实环境，因此无法评估被测样品在实际工作环境中的性能。为测试样品在真实环境下的性能已及运动情况下的实际应用性能，需利用室外接收天线采用路测的方式进行测试。路测方式成本高、可重复性低，并且如果没有相应设备获得基准位置数据，只能进行定性测试或比对测试，无法定量测试。利用卫星信号采集回放仪采集实际场景的卫星信号并在实验室回放，进行虚拟路测是一种较好的解决方案。虚拟路测可以在实验室内进行重复多次的回放，构建室内的真实信号测试场景。同时，虚拟路测结合高精度标定系统，可在采集卫星信号的同时记录高精度的位置信息，实现对样品性能的高精度定量化虚拟路测。但是，目前采用采集回放仪的测试方式没有一个标准的导航信号数据集，不同样品的生产企业、不同的检测机构采用不同的路测方法及路线，导致测试结果一致性较差。目前，全球定位系统(GNSS)接收机技术在日常生活中已得到了广泛应用，从蜂窝电话到个人导航设备(PND)，再到飞行器导航和测绘，在世界的每一个角落都可以看到定位的身影。定位导航技术正在迅速地向新领域扩展，并扮演着越来越重要的角色。但是，定位导航技术变得越来越普及的同时，导航接收机制造商、OEM集成商等正在苦苦寻觅验证接收机性能的标准测试方法。无论是验证接收机性能，还是客观地测试接收机IC的性能，都需要这种测试方法。这种测试需要一个精确的可重复性测量的可控环境。测试内容包括：接收灵敏度、首次定位时间、热启动定位时间、跟踪灵敏度、各种场景的定位精度、产品一致性等等。在大多数情况下，实时GPS/BD信号仿真可以创建此类测试环境，如Spirent的GSS8000系列产品，国防科技大学电子科学与工程学院的NSS8000系列等。但是由于导航模拟器的信号模型不完善，它无法评估接收机在实际环境下的性能。因而在接收机研发过程中需要进行大量的路测。导航信号采集回放仪，能够采集实际环境的导航信号，在实验室内进行多次回放，从一定程度上减轻了路测的工作压力。路测和采集回放的缺点在于无法定量、客观地对接收机的性能进行测试。其主要原因有：(1)采集的导航信号缺乏标定，没有一个权威的对比结果。(2)没有一个标准的导航信号数据集。不同生产企业或不同的检测机构各自采用不同的路测方法及路线，导致测试结果一致性较差。国外研究现状，1.卫星信号采集及重现方式，采用采集方式可直接记录来自天线的原始信号，再进行数据回放，模拟导航信号。其代表产品是英国Racelogic公司于2009年4月发布的新款GPS模拟器LabSat。此种信号源回放的数据与实际情况接近，但需要实际系统建成后使用，主要目的是针对用户端测试，对导航系统体制建设贡献较少，且在建设之前无法发挥作用。2.多体制信号模拟源，多体制多频信号模拟器代表产品有：英国Spirent公司的GSS8000,德国IFEN公司的NavX-NCS Professional等。GSS8000系列产品定位于卫星导航定位系统研发验证需要，属于高端信号模拟器产品，旨在为研发团队提供功能强大、灵活方便的选择方案，采用模块化设计可以适应各类应用的需求，在一个机箱内可同时输出三路载波信号，用户可根据需要选配多种星座及导航信号，可同时输出以下信号中的三种，用户根据需要选配。IFEN公司属于GATE(伽利略测试与开发环境联盟)成员，其研发的NavX-NCS系列模拟器定位于Galileo系统地面研发测试使用。能仿真GPS/GALILEO/GLONASS/SBAS等多种导航卫星信号。国内研究现状，北斗二号一期建设中，总体单位并未就“多基于实测数据集的开放式测试平台”设立关键技术攻关任务。北斗二号一期安排了厂家进行北斗二号一期信号模拟测试系统的研制，具备卫星星座仿真、载体运动仿真、钟差仿真、电离层仿真、对流层仿真等功能。但是由于研制定位为地面运控服务，针对系统体制以及卫星导航终端产品验证的目标不明确。在北斗二号一期工程建设中，国防科技大学四院研制了北斗二号一期3频导航信号模拟源，支撑了地面运控系统监测接收机和RNSS导航接收机的功能验证和验收测试。研制了双频多通道GPS信号模拟源和GLONASS信号模拟器，具备研制多体制卫星导航信号模拟源的技术基础。这些模拟源均可模拟所有可视导航卫星的星座，模拟卫星的运动状态和用户接收机的运动状态，实时产生全功能的卫星信号，用于测试接收机的定位精度、起动时间、信号接收灵敏度等性能指标。采集回放方面，深圳市赛伦北斗科技有限责任公司研制的便携式GNSS卫星信号射频采集回放仪，支持4个通道的导航信号采集与回放。国内外的研究成果中，各机构都是对单个仪表进行了研究，未能从测试认证的角度对测试过程进行思考和探索，无法为被测样品提供统一、标准的测试场景。
综上所述，现有技术存在的问题是：目前开放式测试平台存在无法为被测样品提供统一、标准的测试场景，导致测试结果一致性较差。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于导航信号典型场景库的开放式云测试控制系统及方法。
本发明是这样实现的，一种基于导航信号典型场景库的开放式云测试控制系统，所述基于导航信号典型场景库的开放式云测试控制系统包括：
数据采集仪，用于记录真实场景下的导航信号，同时记录下其精确位置/时间等相关参考信息；采集完毕，通过网络将采集的数据及参考信息上传到服务中心；包括：采集射频模块，采集中频处理模块，高精度定位基准模块，流盘存储模块以及视频采集系统。高精度定位基准模块在信号采集的同时记录下当前的经纬高/速度及时间信息，以供数据分析及回放测试使用。在恶劣环境下(城市峡谷、山区等)，单纯的GNSS卫星导航或者INS惯性导航，均无法达到最佳的效果。高精度定位模块必须要将高精度惯导单元与GNSS接收机通过紧耦合的方式结合，方可提供稳定、连续的三维导航信息。即使在卫星信号受遮挡的情况下，也可以提供稳定的导航信息。
监控终端，用于对开放式云测试平台工作状态、安全性进行监控，并提供报警接口；
测试终端，用于用户接收机性能测试，通过控制终端的指令，导航信号回放仪可以直接访问远程服务中心，请求获取真实场景或者模拟仿真的导航信号数据，并产生导航射频信号送给被测接收机；控制终端通过对比用户接收机的输出及测试系统的标定信息，自动产生测试报告；
服务中心，通过网络与数据采集仪、监控终端和测试终端连接，用于采集数据的存储、归类、参数提取及标定。服务中心服务器上运行有软件接收机软件，可根据采集的数据及RTK+INS的参数，对数据进行标定。这里的计算量非常大，因此利用多个计算服务器进行并行计算。
进一步，所述测试终端包括一台或者多台导航信号回放仪及一台控制终端；控制终端通过对比用户接收机的输出及测试系统的标定信息，自动产生测试报告。
进一步，所述服务中心由多台存储服务器与计算服务器组成；
服务中心对采集的数据进行参数提取及标定，随后将原始数据及其标定信息一起写入存储服务器；
用户设定不同的导航场景，计算服务器根据场景及必要仿真参数，动态产生导航模拟信号。
本发明的另一目的在于提供一种所述基于导航信号典型场景库的开放式云测试控制系统的基于导航信号典型场景库的开放式云测试方法，所述基于导航信号典型场景库的开放式云测试控制系统在获得采集的真实导航信号，基准站观测量和基准坐标及RTK+INS组合导航接收机给出的定位信息和观测量后，服务中心采用软件接收机对采集的真实导航信号进行RTK解算，并与组合导航接收机的定位轨迹做比对，可以判定采集数据的有效性。
同时给出采集数据的标定参数；标定后的参数随后同原始数据保存；根据对导航信号不同参数的影响，不同类型障碍物使用不同的信道参数组合进行描述，对于每一类的障碍物模型，在各个典型环境中的统计特性也不尽相同，统计特性需要通过实测数据来进行分析。
进一步，所述基于导航信号典型场景库的开放式云测试方法通过分析典型场景库中的数据文件，并通过服务中心对其进行信号标定，提取出一系列的信号参数，信号参数包括：接收机的三维坐标，各个卫星的角度与高度，信号的功率及多径情况；同时获取到的还有环境的实时影像；通过信息，分析各种障碍物对卫星信号的遮蔽效应的统计规律；统计规律包括衰落概率分布、多径分量构成、时间相关性；继续分析各个典型场景三种类型的障碍物出现的统计规律，包括出现概率，时间、空间相关性。
本发明的优点及积极效果为：建设标准的导航信号数据集，为导航接收机的测试提供统一的平台，解决不同检测机构对同一样品检测结果的一致性问题。同时为其他检测机构、生产企业提供一个共享采集数据云平台，将各单位采集的数据共享到该平台中，以尽量少的成本实现采集数据场景的多样化。
本发明为导航接收机性能检测提供一个完整、公共、权威的测试平台。检测机构或生产企业用此平台可以完成一系列的检测与测试，并获得检测与测试报告。产品质量监管部门和有需求的用户，可以通过此平台获得各个企业生产的各种接收机的性能指标检测数据，并可获得质量分析数据和报告。基于导航信号典型场景库的开放式测试系统在提供导航射频信号的同时，还可以提供已知的参数或者标定量，可复现的场景及其观测量提供有用的帮助。把数据采集与检测过程分开，数据存储在物理上与外部进行了隔绝，并且数据进行了特殊加密处理，从而提高了数据的安全性。检测时仅需要简单的导航信号回放终端，可以进行测试，大大节省了成本：从设备角度不需要采集功能，可节省一半成本；从路测实验角度，不需要采购租用跑车平台，不需要进行实际跑车测试，测试成本节省了两百多万。
本发明根据IEEE/IET Electronic Library(IEL)、Ei
Figure BDA0001420013450000061
等英文数据库查新和通标网、中文科技期刊数据库(维普信息资源系统)、中国期刊全文数据库(中国知网)、万方学术期刊全文数据库(万方数据知识服务平台)等中文数据库查新，目前没有已发布的基于导航信号典型场景库的开放式云测试平台的文献。在国家质检总局的质检科研专项项目管理系统中查新，没有与基于导航信号典型场景库的开放式云测试平台类似或相同项目。
附图说明
图1是本发明实施例提供的基于导航信号典型场景库的开放式云测试控制系统结构示意图；
图中：1、数据采集仪；2、监控终端；3、测试终端；4、服务中心；4-1、存储服务器；4-2、计算服务器。
图2是本发明实施例提供的基于导航信号典型场景库的开放式云测试方法流程图。
图3是本发明实施例提供的数据采集仪结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明由导航信号采集与回放设备、测试终端与后台服务器构成；服务器可以存储采集的信号并进行标定与分类；服务器可以根据设定的参数产生导航模拟信号；测试终端具有高质量低失真的信号输出；测试系统具备一定自动化测试能力。可覆盖产业链上下游企业产品的测试认证需求，加快北斗企业和北斗产品的创新升级，确保良性的北斗导航定位生态系统形成，促进“北斗+”时代信息通信和北斗卫星导航技术的深度融合，为推动北斗成为智能终端中的标准配置这一目标保驾护航。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的基于导航信号典型场景库的开放式云测试控制系统包括：数据采集仪1、监控终端2、测试终端3、服务中心4。
服务中心4包括：存储服务器4-1、计算服务器4-2。
数据采集仪1，用于记录真实场景下的导航信号，同时记录下其精确位置/时间等相关参考信息；采集完毕，可以通过网络将采集的数据及参考信息上传到服务中心4。组成框图如图2，组成包括：采集射频模块，采集中频处理模块，高精度定位基准模块，流盘存储模块以及视频采集系统。高精度定位基准模块在信号采集的同时记录下当前的经纬高/速度及时间信息，以供数据分析及回放测试使用。在恶劣环境下(城市峡谷、山区等)，单纯的GNSS卫星导航或者INS惯性导航，均无法达到最佳的效果。高精度定位模块必须要将高精度惯导单元与GNSS接收机通过紧耦合的方式结合，方可提供稳定、连续的三维导航信息。即使在卫星信号受遮挡的情况下，也可以提供稳定的导航信息。
监控终端2，用于对开放式云测试平台工作状态、安全性进行监控，并提供报警接口，保证其平稳有效地运行。
测试终端3，用于用户接收机性能测试，包括一台或者多台导航信号回放仪及一台控制终端(PC)；通过控制终端的指令，导航信号回放仪可以直接访问远程服务中心，请求获取真实场景或者模拟仿真的导航信号数据，并产生导航射频信号送给被测接收机；控制终端通过对比用户接收机的输出及测试系统的标定信息，自动产生测试报告。
服务中心4，通过网络与数据采集仪1、监控终端2和测试终端3连接，由多台存储服务器4-1与计算服务器4-2组成，用于采集数据的存储、归类、参数提取及标定。由于采集到的导航数据中的信号参量(卫星编号、载噪比、多普勒频移等)是未知的，为了更好地进行接收机的测量与比对，服务中心4对采集的数据进行参数提取及标定，随后将原始数据及其标定信息一起写入存储服务器4-1。另外，服务中心4还支持导航信号的模拟。用户可以设定不同的导航场景，计算服务器4-2根据场景及必要仿真参数，动态产生导航模拟信号。
本发明实施例提供的基于导航信号典型场景库的开放式云测试控制系统可以对真实导航信号的参数进行标定，在获得真实导航信号及RTK+INS给出的定位信息后，服务中心要对采集数据的有效性进行检验，同时给出采集数据的标定参数，如星历、电离层参数、每颗卫星的信号参数等；标定后的参数随后同原始数据一起保存起来。不同场景下信道环境的差异主要由障碍物的种类、分布差异以及天气状况的差异引起，根据对导航信号不同参数的影响，障碍物大致可分为如下几类：穿透性障碍物：不阻断信号，仅造成信号功率的衰减；反射性障碍物：改变信号的传播路径，延长信号传播时间，并导致信号的相位偏移和功率衰减，是信号多径分量的来源；阻隔性障碍物：信号无法穿透，影响信号的可用性。不同类型障碍物使用不同的信道参数组合进行描述，对于每一类的障碍物模型，在各个典型环境中的统计特性也不尽相同，统计特性需要通过实测数据来进行分析。
本发明实施例提供的基于导航信号典型场景库的开放式云测试控制系统通过分析典型场景库中的数据文件，并通过服务中心对其进行信号标定，可以提取出一系列的信号参数，主要的信号参数包括：接收机的三维坐标，各个卫星的角度与高度，信号的功率及多径情况等。同时获取到的还有环境的实时影像。通过这些信息，尝试去分析各种障碍物对卫星信号的遮蔽效应的统计规律。统计规律包括衰落概率分布、多径分量构成、时间相关性等。进一步，继续分析各个典型场景三种类型的障碍物出现的统计规律，包括出现概率，时间、空间相关性等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于导航信号典型场景库的开放式云测试控制系统，其特征在于，所述基于导航信号典型场景库的开放式云测试控制系统包括：
数据采集仪，用于记录真实场景下的导航信号，同时记录下其精确位置/时间相关参考信息；采集完毕，通过网络将采集的数据及参考信息上传到服务中心；
监控终端，用于对开放式云测试平台工作状态、安全性进行监控，并提供报警接口；
测试终端，用于用户接收机性能测试，通过控制终端的指令，导航信号回放仪直接访问远程服务中心，请求获取真实场景或者模拟仿真的导航信号数据，并产生导航射频信号送给被测接收机；
服务中心，通过网络与数据采集仪、监控终端和测试终端连接，用于采集数据的存储、归类、参数提取及标定；
所述测试终端包括一台或者多台导航信号回放仪及一台控制终端；控制终端通过对比用户接收机的输出及测试系统的标定信息，自动产生测试报告；
所述服务中心由多台存储服务器与计算服务器组成；
服务中心对采集的数据进行参数提取及标定，随后将原始数据及其标定信息一起写入存储服务器；
用户设定不同的导航场景，计算服务器根据场景及必要仿真参数，动态产生导航模拟信号；
所述数据采集仪包括：采集射频模块，采集中频处理模块，高精度定位基准模块，流盘存储模块以及视频采集系统；
高精度定位基准模块在信号采集的同时记录下当前的经纬高/速度及时间信息，以供数据分析及回放测试使用。
2.一种如权利要求1所述基于导航信号典型场景库的开放式云测试控制系统的基于导航信号典型场景库的开放式云测试方法，其特征在于，所述基于导航信号典型场景库的开放式云测试方法在获得真实导航信号及RTK+INS给出的定位信息后，服务中心对采集数据的有效性进行检验，同时给出采集数据的标定参数；标定后的参数随后同原始数据保存；根据对导航信号不同参数的影响，不同类型障碍物使用不同的信道参数组合进行描述，对于每一类的障碍物模型，在各个典型环境中的统计特性也不尽相同，统计特性需要通过实测数据来进行分析。
3.如权利要求2所述的的基于导航信号典型场景库的开放式云测试方法，其特征在于，所述基于导航信号典型场景库的开放式云测试方法通过分析典型场景库中的数据文件，并通过服务中心对其进行信号标定，提取出一系列的信号参数，信号参数包括：接收机的三维坐标，各个卫星的角度与高度，信号的功率及多径情况；同时获取到的还有环境的实时影像；通过信息，分析各种障碍物对卫星信号的遮蔽效应的统计规律；统计规律包括衰落概率分布、多径分量构成、时间相关性；继续分析各个典型场景三种类型的障碍物出现的统计规律，包括出现概率，时间、空间相关性。
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