CN113031018A - 一种基于无人机的北斗卫星导航系统性能测试装置 - Google Patents

一种基于无人机的北斗卫星导航系统性能测试装置 Download PDF

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史晓锋
盖文迪
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    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/13—Receivers
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Abstract

本发明涉及一种基于无人机的北斗卫星导航系统性能测试装置，包括依次电连接的地面差分站、无人机以及北斗卫星导航接收机；无人机上设置有无人机数据链电台、机载处理器以及GPS卫星导航接收机。机载处理器用于根据GPS差分定位数据和GPS卫星导航信号计算GPS位置信息；机载处理器还用于将GPS位置信息与北斗卫星导航位置信息进行比较，测试北斗卫星导航系统性能。本发明利用无人机进行北斗卫星导航系统飞行验证，飞行成本低，并且能够严格按照各航路点经纬高飞行，临时更改飞行路线简单，飞行更安全。

Description

一种基于无人机的北斗卫星导航系统性能测试装置
技术领域
本发明涉及北斗卫星导航系统性能测试技术领域，特别是涉及一种基于无人机的北斗卫星导航系统性能测试装置。
背景技术
GNSS（Global Navigation Satellite System，全球导航卫星系统）具有四种评价参数，Accuracy（导航定位精度）、Integrity（完好性）、Continuity（导航服务连续性）和Availability（导航服务的可用性）。
导航定位精度用于描述系统为用户所提供的位置和用户真实位置在一定置信概率（通常为95%）下的重合程度。
完好性与导航系统所提供服务的可信度有关，是指当导航系统的定位误差超过允许限值不能胜任规定的导航工作时，系统能在规定的时间内及时报警的能力。
连续性为假设系统一开始是可用的情况下，在预期运行期间内，它不间断（不考虑计划中的服务中断）地提供符合要求的导航定位服务的能力。这里所说的符合要求是指满足导航定位的精度和完好性指标。
可用性是指系统提供可用导航服务的概率。所谓可用是指导航定位的精度、完好性和连续性都满足了指定的指标要求。由于卫星相对于地球的运动特性，在某一服务范围内的卫星布局是时刻变化的，它的可用性要经过很长时间的观测才能够获得，通常用平均故障间隔（Mean Time Between Failures，MTBF）和平均故障修复时间（Mean Time toRepair，MTTR）来评价。
在四个性能参数中精度和完好性处于最为基础的位置，连续性其实是精度和完好性合集的连续性，可用性由是前三者长期统计结果的合集。
目前，一般借助有人机进行北斗卫星导航系统飞行测试，飞行员驾驶搭载飞行测试设备的飞机进行各项指标验证飞行。然而有人机飞行测试风险性极高，由于北斗卫星导航系统飞行测试，需从定位精度、完好性评估北斗卫星导航系统的导航性能，需要精准按照各航路点经纬高飞行，有人机临时更改航路点操作难度大，危险系数高。另外利用有人机进行飞行测试，测试成本也非常高。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于无人机的北斗卫星导航系统性能测试装置，以降低测试成本、提高测试安全性。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种基于无人机的北斗卫星导航系统性能测试装置，包括依次电连接的地面差分站、无人机以及北斗卫星导航接收机；所述无人机上设置有无人机数据链电台、机载处理器以及GPS卫星导航接收机；
所述地面差分站用于获取并发送GPS差分定位数据；
所述无人机数据链电台用于接收所述GPS差分定位数据，并将所述GPS差分定位数据发送给所述机载处理器；
所述GPS卫星导航接收机用于接收GPS卫星导航信号，并将所述GPS卫星导航信号发送给所述机载处理器；
所述北斗卫星导航接收机用于接收北斗卫星导航位置信息，并将所述北斗卫星导航位置信息发送给所述机载处理器；
所述机载处理器用于根据所述GPS差分定位数据和所述GPS卫星导航信号计算GPS位置信息；所述机载处理器还用于将所述GPS位置信息与所述北斗卫星导航位置信息进行比较，测试北斗卫星导航系统性能。
可选地，所述地面差分站通过地面数据链电台将所述GPS差分定位数据发送给所述无人机数据链电台。
可选地，所述GPS卫星导航信号包括星座分布、信号质量、可见卫星信息以及定位信息。
可选地，所述机载处理器利用GPS后处理技术计算出GPS位置信息。
可选地，所述机载处理器还用于将所述GPS位置信息与所述北斗卫星导航位置信息进行比较，获得北斗卫星导航定位误差；所述机载处理器还用于根据所述北斗卫星导航定位误差、所述星座分布以及所述信号质量测试北斗卫星导航系统性能。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明公开了一种基于无人机的北斗卫星导航系统性能测试装置，包括依次电连接的地面差分站、无人机以及北斗卫星导航接收机；所述无人机上设置有无人机数据链电台、机载处理器以及GPS卫星导航接收机；所述地面差分站用于获取并发送GPS差分定位数据；所述无人机数据链电台用于接收所述GPS差分定位数据，并将所述GPS差分定位数据发送给所述机载处理器；所述GPS卫星导航接收机用于接收GPS卫星导航信号，并将所述GPS卫星导航信号发送给所述机载处理器；所述北斗卫星导航接收机用于接收北斗卫星导航位置信息，并将所述北斗卫星导航位置信息发送给所述机载处理器；所述机载处理器用于根据所述GPS差分定位数据和所述GPS卫星导航信号计算GPS位置信息；所述机载处理器还用于将所述GPS位置信息与所述北斗卫星导航位置信息进行比较，测试北斗卫星导航系统性能。本发明利用无人机进行北斗卫星导航系统飞行验证，飞行成本低，并且能够严格按照各航路点经纬高飞行，临时更改飞行路线简单，飞行更安全。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的基于无人机的北斗卫星导航系统性能测试装置结构图；
图2为本发明实施例提供的基于无人机的北斗卫星导航系统性能测试装置使用过程示意图。
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做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。
本发明的目的是提供一种基于无人机的北斗卫星导航系统性能测试装置，以降低测试成本、提高测试安全性。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，基于无人机的北斗卫星导航系统性能测试装置包括依次电连接的地面差分站、无人机以及北斗卫星导航接收机。无人机上设置有无人机数据链电台、机载处理器以及GPS卫星导航接收机。地面差分站用于获取并发送GPS差分定位数据，无人机数据链电台用于接收GPS差分定位数据，并将GPS差分定位数据发送给机载处理器。GPS卫星导航接收机用于接收GPS卫星导航信号，并将GPS卫星导航信号发送给机载处理器。具体地，GPS卫星导航信号包括星座分布、信号质量、可见卫星信息以及定位信息。北斗卫星导航接收机用于接收北斗卫星导航位置信息，并将北斗卫星导航位置信息发送给机载处理器。机载处理器用于根据GPS差分定位数据和GPS卫星导航信号计算GPS位置信息，机载处理器还用于将GPS位置信息与北斗卫星导航位置信息进行比较，测试北斗卫星导航系统性能。图2为本发明实施例提供的基于无人机的北斗卫星导航系统性能测试装置使用过程示意图。
在本实施例中，地面差分站通过地面数据链电台将GPS差分定位数据发送给无人机数据链电台。
在本实施例中，机载处理器利用GPS后处理技术计算出GPS位置信息。
在本实施例中，机载处理器还用于将GPS位置信息与北斗卫星导航位置信息进行比较，获得北斗卫星导航定位误差。机载处理器还用于根据北斗卫星导航定位误差、星座分布以及信号质量测试北斗卫星导航系统性能。
在一个具体实施例中，还可以通过定位精度、服务覆盖、信号质量、位置报告和短信息服务测试北斗卫星导航系统性能，具体如下：
关于定位精度测试：在飞行过程中分别记录北斗卫星导航位置信息和GPS位置信息，比较定位结果，获取统计数据作为定位评估依据。统计分析飞行结果获得北斗卫星导航导航系统在此次验证飞行中95%的定位精度，与民航相关标准对导航精度的需求进行对比，测试其满足民航运行的能力。
关于服务覆盖测试：在飞行过程中分别记录北斗卫星导航位置信息和GPS位置信息，特别是指定区域边缘的导航数据，比较导航结果，获取统计数据作为精度、连续性、完好性和可用性评估依据。统计分析飞行的结果以获得北斗卫星导航系统在此次验证飞行中95%的定位精度和完好性信息，与民航相关标准对导航精度和完好性的需求进行对比，评估在指定区域内其满足民航运行的能力。
关于信号质量测试：在飞行过程中，记录北斗卫星导航接收机输出的北斗卫星导航信号的载噪比信息，并进行统计分析。以GPS卫星导航在民航中的应用为参考，结合民航相关标准及北斗卫星系统用户接口文件，分析高动态飞行过程中其实际信号质量是否满足要求。
关于位置报告和短信息测试：在飞行过程中，利用北斗卫星导航接收机发送和接收位置报告和短消息，然后比较发送方/接收方收到的报告和短消息内容，验证其报告和通信功能以及信息传输的准确性，及时性。结合北斗卫星用户接口文件的性能标准，测试在航空飞行过程中，位置报告和短消息服务的有效性，可靠性，以及在民航领域深入应用的可能性。
本发明利用无人机进行北斗卫星导航系统飞行验证，相对有人机而言，飞行成本低，能够严格按照各航路点经纬高飞行，临时更改飞行路线简单，飞行更安全。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种基于无人机的北斗卫星导航系统性能测试装置，其特征在于，包括依次电连接的地面差分站、无人机以及北斗卫星导航接收机；所述无人机上设置有无人机数据链电台、机载处理器以及GPS卫星导航接收机；
所述地面差分站用于获取并发送GPS差分定位数据；
所述无人机数据链电台用于接收所述GPS差分定位数据，并将所述GPS差分定位数据发送给所述机载处理器；
所述GPS卫星导航接收机用于接收GPS卫星导航信号，并将所述GPS卫星导航信号发送给所述机载处理器；
所述北斗卫星导航接收机用于接收北斗卫星导航位置信息，并将所述北斗卫星导航位置信息发送给所述机载处理器；
所述机载处理器用于根据所述GPS差分定位数据和所述GPS卫星导航信号计算GPS位置信息；所述机载处理器还用于将所述GPS位置信息与所述北斗卫星导航位置信息进行比较，测试北斗卫星导航系统性能。
2.根据权利要求1所述的基于无人机的北斗卫星导航系统性能测试装置，其特征在于，所述地面差分站通过地面数据链电台将所述GPS差分定位数据发送给所述无人机数据链电台。
3.根据权利要求1所述的基于无人机的北斗卫星导航系统性能测试装置，其特征在于，所述GPS卫星导航信号包括星座分布、信号质量、可见卫星信息以及定位信息。
4.根据权利要求1所述的基于无人机的北斗卫星导航系统性能测试装置，其特征在于，所述机载处理器利用GPS后处理技术计算出GPS位置信息。
5.根据权利要求3所述的基于无人机的北斗卫星导航系统性能测试装置，其特征在于，所述机载处理器还用于将所述GPS位置信息与所述北斗卫星导航位置信息进行比较，获得北斗卫星导航定位误差；所述机载处理器还用于根据所述北斗卫星导航定位误差、所述星座分布以及所述信号质量测试北斗卫星导航系统性能。
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