CN110412622B - 一种rtk性能测试系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种RTK性能测试系统及方法，所述系统包括：控制器、信号记录模块和信号回放模块；其中，所述信号记录模块包括卫星信号记录单元和差分信号记录单元、所述信号回放模块包括卫星信号回放单元和差分信号回放单元；所述信号记录模块、所述信号回放模块和所述控制器两两连接。通过实施本发明实施例能够对RTK接收机进行测试时提供可靠的重复性测试条件，减少在户外卫星信号进行的测试中对测试场地依赖。

Description

一种RTK性能测试系统和方法

技术领域

本发明涉及卫星定位技术领域，尤其涉及一种RTK性能测试系统和方法。

背景技术

随着卫星定位技术的快速发展，RTK是一种采用实时动态(Real-time kinematic，简称RTK)载波相位差分技术的全球导航卫星系统(Global Navigation SatelliteSystem,简称GNSS)接收机，所搭载的RTK技术是实时处理两个测量站载波相位观测量的差分方法，将基准站采集的载波相位发给用户接收机，然后进行求差解算坐标。RTK测量系统是由卫星定位接收机(含天线)、通讯电台设备、电源设备和观测杆等构成的观测系统，该测量系统在测绘、电力、国土、矿山、地灾、交通、水利水电、农业、建筑、林业等各行业都有广泛应用。

目前针对RTK的性能测试主要在基线场进行测试，需要在野外开阔的场地进行长时间的人工操作，测试场地和人员成本较高，而且由于全球导航卫星系统星座、电离层和大气环境的动态特性，场地中无线电射频环境也是在不断变化的，存在一定局限性，现场测试无法提供可靠的重复性测试条件。该类型的方法在批量测试的过程中资源消耗较高，同时也无法满足市场对测量一致性要求。专利号为:CN201210034124的专利公开了一种自带中频记录回放功能的GNSS接收机系统，能够回放卫星信号从而提供可靠的重复性测试条件，但上述系统的结构与常规GNSS接收机相似，精度远远小于RTK，因此无法用于测试RTK接收机。

发明内容

本发明实施例提供一种RTK性能测试系统和方法，能在对RTK接收机进行测试时提供可靠的重复性测试条件，减少在户外卫星信号进行的测试中对测试场地依赖。

本发明一实施例提供一种RTK性能测试系统，包括：控制器、信号记录模块和信号回放模块；其中，所述信号记录模块包括卫星信号记录单元和差分信号记录单元、所述信号回放模块包括卫星信号回放单元和差分信号回放单元；

所述信号记录模块、所述信号回放模块和所述控制器两两连接。

进一步的，还包括：干扰抑制模块，所述干扰抑制模块分别与所述信号回放模块及所述控制器连接。

进一步的，所述干扰抑制模块包括复数滤波器和功分器、所述复数滤波器包括奈奎斯特滤波或高斯滤波。

进一步的，还包括：频率标准模块，所述信号记录模块、信号回放模块、干扰抑制模块和中心控制器均与所述频率标准模块连接。

在上述装置项实施例的基础上，本发明另一实施例提供了一种RTK性能测试方法，包括；RTK性能测试系统的信号记录模块，记录若干固定点的卫星信号及差分信号；

所述RTK性能测试系统与待检测RTK接收机连接，继而通过信号回放模块逐一回放每一固定点的卫星信号及差分信号至所述待检测RTK接收机；以使所述待检测RTK接收机接收每一所述固定点的卫星信号及差分信号进行解算，得到每一所述固定点的解算位置坐标；

所述RTK性能测试系统，还用于根据各所述固定点的解算位置坐标，获得所述待检测RTK接收机的测试结果。

进一步的，还包括所述RTK性能测试系统记录载具沿预设的测试跑道运行时各时间节点的卫星信号；

所述RTK性能测试系统与待检测RTK接收机连接，继而将所述各时间节点的卫星信号发送至所述待检测RTK接收机，以使所述待检测RTK接收机对所述各时间节点的卫星信号进行解算，获得的第一动态参数数据；其中，所述第一动态参数数据包括解算得到的载具在各时间节点的运动距离、速度和加速度。

所述RTK性能测试系统，还用于将所述第一动态参数数据与所述载具实际的运动数据做比对，获得所述待检测RTK接收机的测试结果。

通过实施本发明实施例具有如下有益效果：

本发明实施例提供了一种RTK性能测试系统及方法，所述系统包括：控制器、信号记录模块和信号回放模块；控制器、信号记录模块和信号回放模块两两连接；信号记录模块包括卫星信号记录单元和差分信号记录单元、信号回放模块包括卫星信号回放单元和差分信号回放单元；首先在对待检测RTK接收机进行检测之前RTK性能测试系统的卫星信号记录单元先记录测试环境的卫星信号，差分信号记录单元记录下差分信号，所有信号录制完毕之后，RTK性能测试系统与待检测RTK接收机连接，通过卫星信号回放单元和差分信号回放单元，将记录的卫星信号和差分信号发送至待检测RTK接收机，以使待检测RTK接收机根据接收的卫星信号和差分信号进行差分解算，解算出位置坐标，然后根据解算出来的位置坐标与实际的位置坐标做比对，即可得出待检测RTK接收机的性能测试结果，通过采用本发明提供的RTK性能检测装置，只需要进行一次信号录制，后续就能直接对各RTK接收机进行性能测试，且能保持测试条件的一致性，满足RTK接收机批量测试时需提供一致的重复性测试条件的需求，减少了对测试场地的依赖，节约成本。

附图说明

图1是本发明一实施例提供的一种RTK性能测试系统的系统架构图。

图2是本发明一实施例提供的一种RTK性能测试系统中信号记录模块的基本结构示意图。

图3是本发明一实施例提供的一种RTK性能测试系统中信号回放模块的基本结构示意图。图4是本发明一实施例提供的一种RTK性能测试方法的方法流程图。

图5是本发明另一实施例提供的一种RTK性能测试方法的方法流程图。

图6是本发明另一实施例提供的一种RTK性能测试方法的方法流程图。

图7是本发明一实施例提供的一种RTK性能测试方法实际测试场景示意图。

图8是本发明一实施例提供的RTK接收机精度校准的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示是本发明一实施例提供的一种RTK性能测试系统的结构示意图，包括：

控制器、信号记录模块和信号回放模块；其中，所述信号记录模块包括卫星信号记录单元和差分信号记录单元、所述信号回放模块包括卫星信号回放单元和差分信号回放单元；所述信号记录模块、所述信号回放模块和所述控制器两两连接。

需要说明的是由上述控制器、信号记录模块和信号回放模块，可以理解为集成在一个设备内的各个模块，所集成的设备即为上述RTK性能测试系统；也可以理解为是各个独立的设备，控制器、信息记录模块、信息回放模块各为一个设备，三个设备连接在一起后形成上述RTK性能测试系统。

控制器是RTK性能测试系统的主控，用于控制信号记录模块和信号回放模块的运行参数，并存储各待检测接收机的测试结果。可通过计算机或移动设备进行操作，设定信号记录、回放模块、复数滤波器、功分器、频率标准模块运行状况。

信号记录、回放模块用于记录实际环境中基线定位信号和差分信号并在实验室测试时提供相应信息；

信号记录模块(主要结构如图2所示)为频率在6GHz以下的射频信号输入模块，包括卫星信号记录单元和差分信号记录单元、卫星信号记录单元为多通道全球导航卫星信号记录单元。卫星信号记录单元记录信号的频段在1.1GHz～3.0GHz，带宽范围1MHz～80MHz；

将原始的定位信息以码流信息的形式直接发送至内部的存储介质，具体包括GPS、北斗等GNSS星座信号以及定位/授时数据；

差分信号记录模块、记录信号的频段在0.6GHz～6GHz，带宽200MHz以下，包括设置为移动站或流动站的接收机所接收格式为CMR、RTCM的差分信息。；

信号回放模块(主要结构如图3所示)为频率在6GHz以下的射频信号输出模块，包括卫星信号回放单元和差分信号回放单元、卫星信号回放单元为多通道全球导航卫星信号回放单元；卫星信号回放单元将卫星信号记录模块所存储的星座信号以及定位/授时数据提取后，作为位置、长度、速度和加速度等静态以及动态参数的参考信号。

差分信号回放单元在设置为移动站或流动站的接收机需要提供网络差分信号的时候将差分信号记录单元所记录信号发送至接收机。

在一个优选的实施例中，还包括干扰抑制模块，所述干扰抑制模块分别与所述信号回放模块及所述控制器连接。

干扰抑制模块为信号抗扰设备、干扰抑制模块用于配合信号回放模块在射频输出过程中抑制设备内部带来的外干扰信号，标定仪器内部噪声，降低回放过程对RTK产生非公共误差的影响；从而提升回放过程中所发射的信号质量，使得回放的卫星信号尽可能接近真实环境中的卫星信号。

在一个优选的实施例中干扰抑制模块包括复数滤波器和功分器、所述复数滤波器包括奈奎斯特滤波或高斯滤波。可以理解的是所述复数滤波器还可以是用户自定义具有滤波功能的器件。

复数滤波器通过其正负频率段幅频曲线不对称的特性，可在信号记录回放模块在射频输出过程中减少设备内部带外干扰信号对待测接收机的干扰，并能有良好的镜像抑制功能；

功分器为功率、相位均匀分配的器具。用于标定卫星信号记录回放模块在记录过程中仪器内部噪声水平。降低自动测试需要在回放过程中对RTK系统产生非公共误差的影响。

在一个优选的实施例中，还包括频率标准模块，所述信号记录模块、信号回放模块、干扰抑制模块和中心控制器均与所述频率标准模块连接。

所述频率标准模块为RTK自动测试系统的同步设备。作为晶振源提供给系统时钟以保持频率和相位同步，实验室内通常采用原子钟作为频率标准模块。需要说明的是这一频率标准模块为外部的频率标准模块，在信号记录模块内部有一个晶体振荡器CXO，其作用和频率标准模块一样，体积更小但精度较低。

在对待检测RTK接收机进行检测之前RTK性能测试系统的卫星信号记录单元先记录测试环境的卫星信号，差分信号记录单元记录下差分信号，所有信号录制完毕之后，RTK性能测试系统与待检测RTK接收机连接，通过卫星信号回放单元和差分信号回放单元，将记录的卫星信号和差分信号发送至待检测RTK接收机，以使待检测RTK接收机根据接收的卫星信号和差分信号进行差分解算，解算出位置坐标，然后根据解算出来的位置坐标与实际的位置坐标做比对，即可得出待检测RTK接收机的性能测试结果，通过采用本发明提供的RTK性能检测装置，只需要进行一次信号录制，后续就能直接对各RTK接收机进行性能测试，且能保持测试条件的一致性，满足RTK接收机批量测试时需提供一致的重复性测试条件的需求，减少了对测试场地的依赖，节约成本。具体的检测方法在后续方法项的实施例中进行说明；

如图4所示，本发明一实施例提供了一种RTK性能测试方法，包括步骤：

S101、RTK性能测试系统的信号记录模块，记录若干固定点的卫星信号及差分信号；

S102、所述RTK性能测试系统与待检测RTK接收机连接，继而通过信号回放模块逐一回放每一固定点的卫星信号及差分信号至所述待检测RTK接收机；以使所述待检测RTK接收机接收每一所述固定点的卫星信号及差分信号进行解算，得到每一所述固定点的解算位置坐标；

S103、所述RTK性能测试系统，还用于根据各所述固定点的解算位置坐标，获得所述待检测RTK接收机的测试结果。

上述测试方法是一个接收机静态场景测试的过程。

对于步骤S101、优选的：信号记录模块各通道分别在多个固定点上进行卫星定位信号和差分信号的录制，固定点周围远离电子设备，所记录点数至少为三个，若仅有一个固定点则要求信号记录模块在记录其他位置信息时需要进行单点校准。

对于差分信号的录制有以下几种方式；常规的RTK系统具有基准站和移动站，对于常规的RTK系统在差分信号录制时有以下两种方式，

1.在进行信号录制时，将基准站设置在固定点上，固定点的位置坐标为已知量，基准站接受卫星信号得到粗略的位置坐标，根据粗略的位置坐标与基站站实际的位置坐标，得到差分信号，发送至RTK测试系统，差分信号记录模块记录差分信息；

2.在信号录制时，基准站采集卫星信号，移动站开始工作采集卫星信号，基准站将采集的卫星信号发送至移动站，移动站根据基站站采集的卫星信号和自身采集的卫星信号得到差分信号，然后发送至RTK测试系统，差分信号记录模块记录差分信息；

对于网络RTK，由于只存在用户接收机，由用户接收机通过网络请求差分，服务器根据用户机的单点位置配置差分源通过网络传输差分信息至用户接收机，然后由用户接收机发送至RTK测试系统，差分信号记录模块记录差分信息。

对于步骤S102、将RTK性能测试系统与待检测的RTK接收机连接；RTK性能测试系统内的信号回放系统开始回放固定点的卫星信号和差分信号；

回放过程在无剧烈振动、无强电磁信号干扰的环境下进行。设置干扰抑制模块选择合适的滤波模型，并确认内部噪声小于允许值。回放时使用控制器控制外部频率标准模块保持其他各模块时钟同步；

信号回放模块各通道分别输出之前在同一真实环境下由信号记录模块所存储的不同固定点的卫星信号和差分信号；

首先信号回放模块在关闭通道差分模式下发送由卫星信号记录单元记录的卫星信号至待检测接收机，待检测接收机接收上述卫星信号计算出粗略的位置坐标；信号回放模块启用通道差分模式，有差分信号回放模块发送差分信号至待检测接收机，待检测接收机根据差分信号进行差分解算，得到更加精确的位置坐标即上述解算位置坐标。

对于步骤S103、具体的有以下几种方式：

第一种，根据待检测接收机计算出粗略的位置坐标，和加入差分信号进行解算后的解算位置坐标进行残差分析，按这种方式对所有固定点都进行残差分析，然后合成标准差若该标准差在规定的范围内，则说明待检测接收机测试合格，否者不合格。

另一种方式，将待检测接收机计算出的解算位置坐标与对应固定点的实际位置坐标进行比对，可以获得待检测RTK接收机的精度；

当然在实际情况中若存在两个以上的固定点，可以将固定点A与B之间的距离也作为一个评判的标准：

如存在固定点A和固定点B，那么在评判待检测RTK接收机的精度是，可以根据A点对应的解算位置坐标，和B点对应的解算坐标，计算两解算坐标间的解算距离；除了单独将A与其对应的解算坐标、B的实际位置坐标与其对应的解算坐标进行比对之外，还可以将AB的实际距离与上述解算距离进行比对。

为更好的说明上述静态测试场景的测试内容，以下以一个实际的测试场景进行说明：

如图7所示，图7是一个静态测试场景的示意图

扼流线圈天线安装在屋顶视野开阔且经过标定位置的固定点，若安装点周围存在遮挡物则需要保证较大遮挡物对天线水平方向的遮挡角度不超过30°，天线垂直向上视角大于120°，天线原理周围尺寸大于20cm的金属物2m以上。天线安装位置附近3m内无其他发射或接受设备。

RTK测试系统记录固定点位置的卫星信号。若DUT(待检测RTK接收机)类型为网络RTK接收机，可以一次测试多台用户机。

方法一：首先保证室内蜂窝数据信号正常，回放固定点1位置的实时卫星信号和差分信号至各DUT，经过设置时间后，控制器设置程控开关输出回放固定点2位置的实时卫星信号和差分信号至各DUT，进行坐标、距离测试，与原标定的坐标、距离进行比对即可。

方法二：1.信号录制：系统记录固定点1位置并同时输出回放该点位置的卫星信号至用户机，用户机接收卫星信号后根据单点位置通过网络请求差分，服务器根据用户机的单点位置配置差分源通过网络传输差分信息，用户机接收差分信息同时系统录入差分信息。重复上述步骤记录固定点2位置的卫星信号以及差分信号；2.信号回放：输出回放固定点1位置的卫星信号以及差分信号至各DUT，经过设置时间后，控制器设置程控开关输出回放固定点2位置的卫星信号以及差分信号至各DUT，进行坐标、距离测试，与原标定的坐标、距离进行比对即可。对于多测试场所的机构优选采用方法二。

通过上述方法可以实现待检测接收机的静态场景测试，在一个优选的实施例中，还可以对待检测接收机进行动态场景测试：

具体如图5所示，包括步骤：

步骤S301、所述RTK性能测试系统记录载具沿预设的测试跑道运行时各时间节点的卫星信号；

步骤S302、所述RTK性能测试系统与待检测RTK接收机连接，继而将所述各时间节点的卫星信号发送至所述待检测RTK接收机，以使所述待检测RTK接收机对所述各时间节点的卫星信号进行解算，获得的第一动态参数数据；其中，所述第一动态参数数据包括解算得到的载具在各时间节点的运动距离、速度和加速度。

步骤S303、所述RTK性能测试系统，还用于将所述第一动态参数数据与所述载具实际的运动数据做比对，获得所述待检测RTK接收机的测试结果。

对于步骤S301、由于动态测试精度要求远低于静态测试，动态输入通道采用载具在实际信号下进行录制，RTK基准站固定在测试跑道附近的固定点，移动站固定在载具上；移动站将实时的卫星信号发送至RTK性能测试系统，当然也可以将RTK性能测试系统，作为移动站的接收机，直接固定在载具上进行录制。

对于步骤S302、控制器控制外部频率标准模块保持其他各模块时钟同步，信号回放模块各通道分别输出之前在同一真实环境下由信号记录模块所存储动态参数信息如运动距离、速度、加速度等的卫星信号到待检测RTK接收机，回放过程在无剧烈振动、无强电磁信号干扰的环境下进行。设置干扰抑制模块选择合适的滤波模型，并确认内部噪声小于允许值。待检测RTK接收机接收信号回放模块输出卫星信号，记录动态参数(上述第一动态参数数据)，直至按完成全部动态参数分析。

对于步骤S303、RTK性能测试系统根据所有的第一动态参数数据，绘制参数曲线，若满足判定条件即为合格，所述判定条件可以是将由载具实际的运动数据绘制的参数曲线作比对，若两曲线的拟合度为超过预设阈值，则判定待检测RTK接收机合格。

需要说明的是无论是在动态场景测试或是在静态场景测试，上述RTK性能测试系统的信号回放模块在发送卫星信号前会在信号回放模块中将信号记录模块所存储的星座信号以及定位/授时数据提取后，作为位置、长度、速度和加速度等静态以及动态参数的参考信号发出。

在一个优选的实施例中，在对待检测RTK接收机进行测试时，可以将上述的静态场景测试和动态场景测试结合，以便更加精准的对待检测RTK接收机进行评估，具体参见图6的处理流程。

在一个优选的实施例中提供了一种RTK接收机精度校准方法:

1)参照图8的结构示意图连接仪器，使用RTK性能测试系统的通道1输出位置1的信号至标准RTK接收机1，该标准RTK接收机1设置为基准站；

2)通道2输出位置2的信号至标准RTK接收机2，该标准RTK接收机2设置为移动站，记录标准RTK接收机2测量的位置2信息；

3)完成位置2信息的记录后通道2输出位置3的信号至标准RTK接收机2，记录标准RTK接收机2测量的位置3信息；

4)完成标准RTK接收机1和2记录过程后，通道1输出位置1的信号至待校准RTK接收机1，该待校准RTK接收机1设置为基准站；

5)参照步骤2～3完成待校RTK接收机1和2的记录过程。

6)比对标准RTK接收机2与待校RTK接收机2所记录的结果，满足允差要求即为合格。

通过实施本发明实施例具有如下有益效果：

(1)本发明根据RTK定位的特点设计的RTK性能测试系统和方法，只需要进行一次信号录制，后续就能直接对各RTK接收机进行性能测试，且能保持测试条件的一致性，满足RTK接收机批量测试时需提供一致的重复性测试条件的需求，减少了对测试场地的依赖，节约成本,测试条件重复性好，可靠性高。

(2)本发明的测试方法令各类测试、计量检测等工作开展不受天气条件影响。解决非测试部分耗费时间长的问题，有效提升测试效率，缩短工作周期。有助于构建完整的室内外一体化测试环境。

(3)本发明测试系统操作简单，功能覆盖面大，可支持基于各类差分技术的GNSS接收机性能评估，适用性广泛，可满足各类客户的需求。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种RTK性能测试系统，其特征在于，包括：控制器、信号记录模块、信号回放模块、干扰抑制模块以及频率标准模块；其中，所述信号记录模块包括卫星信号记录单元和差分信号记录单元，所述信号回放模块包括卫星信号回放单元和差分信号回放单元，所述干扰抑制模块包括复数滤波器和功分器，所述复数滤波器包括奈奎斯特滤波或高斯滤波；

所述信号记录模块、所述信号回放模块和所述控制器两两连接；

所述干扰抑制模块分别与所述信号回放模块及所述控制器连接；

所述信号记录模块、信号回放模块、干扰抑制模块和中心控制器均与所述频率标准模块连接；

所述中心控制器，用于在进行信号回放时，控制所述频率标准模块保持其它各模块的时钟同步；

所述卫星信号记录单元在进行信号记录时，记录的信号频段范围为1.1GHz～3.0GHz，带宽范围为1MHz～80MHz；

所述差分信号记录单元在进行信号记录时，记录的信号频段范围为0.6GHz～6.0GHz，带宽为200MHz以下；

所述卫星信号记录单元，还用于将原始的定位信息以码流信息的形式直接发送至内部的存储介质；其中，所述定位信息包括GNSS星座信号、定位数据以及授时数据；

所述卫星信号回放单元，用于将所述卫星信号记录单元存储的GNSS星座信号、定位数据以及授时数据提取后，作为待测RTK接收机测试时的位置、运动距离、速度和加速度的参考信号；

所述复数滤波器，用于在所述信号回放模块进行射频输出时，减少设备内部的频带外干扰信号对待测RTK接收机的干扰；

所述功分器，用于在进行信号回放时标定设备内部的噪声水平。

2.一种RTK性能测试方法，其特征在于，包括：

RTK性能测试系统的信号记录模块，记录若干固定点的卫星信号及差分信号；其中，所述RTK性能测试系统为权利要求1所述的RTK性能测试系统；

所述RTK性能测试系统与待检测RTK接收机连接，继而通过信号回放模块逐一回放每一固定点的卫星信号及差分信号至所述待检测RTK接收机；以使所述待检测RTK接收机接收每一所述固定点的卫星信号及差分信号进行解算，得到每一所述固定点的解算位置坐标；在回放所述卫星信号及差分信号时，通过干扰抑制模块抑制设备内部带来的外干扰信号；

所述RTK性能测试系统，还用于根据各所述固定点的解算位置坐标，获得所述待检测RTK接收机的测试结果。

3.如权利要求2所述的RTK性能测试方法，其特征在于,还包括：

所述RTK性能测试系统记录载具沿预设的测试跑道运行时各时间节点的卫星信号；

所述RTK性能测试系统与待检测RTK接收机连接，继而将所述各时间节点的卫星信号发送至所述待检测RTK接收机，以使所述待检测RTK接收机对所述各时间节点的卫星信号进行解算，获得的第一动态参数数据；其中，所述第一动态参数数据包括解算得到的载具在各时间节点的运动距离、速度和加速度；所述RTK性能测试系统，还用于将所述第一动态参数数据与所述载具实际的运动数据做比对，获得所述待检测RTK接收机的测试结果。

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