BD 420005-2015 全球卫星导航系统(GNSS)导航单元性能要求及测试方法.pdf
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1、 I BD 4200052015北斗/全球卫星导航系统(GNSS)导航单元性能要求及测试方法 Performance requirements and test methods for BeiDou/Global Navigation Satellite Systems(GNSS)navigation unit 2015-11-01 实施实施2015-10-19 发布 发布 I 目 次 前言.III 1 范围.1 2 规范性引用文件.1 3 术语、定义和缩略语.1 3.1 术语和定义.1 3.2 缩略语.3 4 性能要求.3 4.1 总则.3 4.2 组成.3 4.3 输出.3 4.4 精度.
2、4 4.5 首次定位时间.4 4.6 重捕获时间.4 4.7 灵敏度.4 4.8 动态性能.5 4.9 位置更新率.5 4.10 位置分辨力.5 4.11 功耗.5 4.12 COG、SOG 和 UTC 输出有效性.5 4.13 工作温度和贮存温度.5 5 测试方法.6 5.1 测试环境条件.6 5.2 标准测试信号和测试设备.6 5.3 测试场地.6 5.4 性能测试.6 附录 A(资料性附录)定位精度的数据处理方法.11 附录 B(资料性附录)实际卫星信号下的动态定位精度测试方法.14 参考文献.15 BD 4200052015 III前 言 为适应我国卫星导航发展对标准的需要,全国北斗卫
3、星导航标准化技术委员会组织制定北斗专项标准,推荐有关方面参考采用。本标准由中国卫星导航系统管理办公室提出。本标准由全国北斗卫星导航标准化技术委员会归口。本标准起草单位:北京东方计量测试研究所、中国卫星导航工程中心、清华大学、中国航天标准化研究所、国家光电测距仪检测中心、和芯星通科技(北京)有限公司、泰斗微电子科技有限公司、北京东方联星科技有限公司、中国电子科技集团公司第二十研究所、北京华力创通科技股份有限公司。本标准主要起草人:许丽丽、吴海玲、刘英乾、崔晓伟、夏天、宋成、李作虎、张锐、周玉霞、许冬彦、宋淑娟、魏巍、杨文彬、王碧云、王鹤展、张正烜、许祥滨、韩瑞、杨文辉、邹德君。BD 420005
4、2015 1 北斗/全球卫星导航系统(GNSS)导航单元 性能要求及测试方法 1 范围 本标准规定了支持北斗卫星导航系统的 GNSS 导航单元的性能要求和测试方法。本标准适用于支持北斗卫星导航系统的 GNSS 导航单元(以下简称“导航单元”)的研制、生产、检测和应用。2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T 2423.1-2008 电工电子产品环境试验 第 2 部分:试验方法 试验 A:高温 GB/T 2423.2-2008 电工电子产品环境试验 第
5、2 部分:试验方法 试验 B:高温 GB/T 3358.2-2009 统计学词汇及符号 第 2 部分:应用统计 GB/T 6379.1-2004 测量方法与结果的准确度(正确度与精密度)第 1 部分:总则与定义 BD 110001-2015 北斗卫星导航术语 BD 410004-2015 北斗/全球卫星导航系统(GNSS)接收机导航定位数据输出格式 3 术语和定义、缩略语 3.1 术语和定义 GB/T 3358.2-2009、GB/T 6379.1-2004 和 BD 110001-2015 界定的以及下列术语和定义适用于本标准。3.1.1 精度 accuracy 测试结果或测量结果与真值间的
6、一致程度。注 1:在实际中,真值用接收参照值代替。注 2:术语“精度”,当用于一组测试结果时,由随机误差分量和系统误差即偏倚分量组成。注 3:精度是正确度和精密度的结合。注 4:以上定义参考 GB/T 3358.2-2009 和 GB/T 6379.1-2004 中的术语“准确度 accuracy”确定,本文件将术语“accuracy”定义为“精度”,以与国内卫星导航领域对该术语的使用习惯一致。3.1.2 正确度 trueness 测试结果或测量结果期望与真值的一致程度。注 1:正确度的度量通常用偏倚表示。BD 4200052015 2注 2:正确度有时被称为“均值的精度”,但不推荐这种用法。
7、注 3:在实际中,真值用接受参照值代替。3.1.3 精密度 precision 在规定条件下,独立测试结果间的一致程度。注 1:精密度仅依赖于随机误差的分布而与真值或规定值无关。注 2:精密度的度量通常以不精密度表达,其量值用测试结果的标准差来表示,精密度越低,标准差越大。注 3:精密度的定量度量严格依赖于所规定的条件,重复性条件和再现性条件为其中两种极端情况。3.1.4 偏倚 bias 测试结果或测量结果期望与真值之差。注 1:相对于随机误差,偏倚是总的系统误差。偏倚可由一个或多个系统误差分量组成。注 2:测量仪器的偏倚用一定次数重复测量读数误差的平均值来估计。读数误差是测量仪器的读数与输入
8、量真 值的差。注 3:在实际中,真值用接受参照值代替。注 4:一般称为“偏差”。3.1.5 位置分辨力 resolution of position 用户设备能够测量出的天线位置的最小变化。3.1.6 冷启动首次定位时间 cold start time to first fix 用户设备在星历、历书、概略时间和概略位置未知的状态下,从开机到首次正常定位所需的时间。3.1.7 热启动首次定位时间 warm start time to first fix 用户设备在星历、历书、概略时间和概略位置已知的状态下,从开机到首次正常定位所需的时间。3.1.8 重捕获时间 reacquisition tim
9、e 用户设备在接收的导航信号短时失锁后,从信号恢复到重新捕获导航信号所需的时间。3.1.9 捕获灵敏度 acquisition sensitivity 用户设备在冷启动条件下,捕获导航信号并正常定位所需的最低信号电平。3.1.10 重捕获灵敏度 reacquisition sensitivity BD 4200052015 3用户设备在接收的导航信号短时失锁后,重新捕获导航信号并正常定位所需的最低信号电平。3.1.11 跟踪灵敏度 tracking sensitivity 用户设备在正常定位后,能够继续保持对导航信号的跟踪和定位所需的最低信号电平。3.2 缩略语 下列缩略语适用于本文件。BDS
10、BeiDou Navigation Satellite System,北斗卫星导航系统;COGCourse Over Ground,对地航向;HDOPHorizontal Dilution Of Precision,水平精度因子;GLONASSGlobal Navigation Satellite System,格洛纳斯卫星导航系统;GNSSGlobal Navigation Satellite Systems,全球卫星导航系统;GPSGlobal Positioning System,全球定位系统;PDOPPositioning Dilution Of Precision,位置精度因子;SO
11、GSpeed Over Ground,对地速度;UTCUniversal Time Coordinated,协调世界时。4 性能要求 4.1 总则 本标准中的导航单元可以是导航型 OEM 板、模块。导航单元使用 GNSS 公开服务信号,提供基于 CGCS2000 坐标系、WGS-84 坐标系、PZ-90.02 坐标系和 GTRF 坐标系中一个或多个坐标系下的位置信息、对地速度信息,以及基于协调世界时(UTC)的时间信息。导航单元应能在仅使用 BDS 信号时,提供位置、速度和时间信息。4.2 组成 导航单元应至少包括下列组成部分:a)射频信号输入端口;b)卫星导航信号接收和处理模块;c)数据控制
12、和输出端口。4.3 输出 导航单元应至少提供一个输出端口,将导航信息从该输出端口提供给其他设备,输出的导航信息应符合 BD 410004-2015 对数据格式的要求。导航单元应至少支持下述语句:DTM 参考坐标系 GBS GNSS 卫星故障检测 GGA GPS 定位数据 GNS GNSS 定位数据 BD 4200052015 4RMC 推荐的 GNSS 数据最小集 VTG 对地航向和对地速度 ZDA 时间与日期 如果一条语句不使用 WGS-84 坐标系输出导航定位数据,则应使用 DTM 语句指明参考坐标系。导航单元在集成其他导航辅助设备时,应支持下述语句:GRS GNS 距离残差 GSA GN
13、SS DOP 值和有效卫星 GST GNSS 伪距误差统计数据 GSV 可视的 GNSS 卫星 GRS、GSA、GST、GSV 语句输出用于支持外部的一致性检查,应与定位数据(由 GGA 或 GNS语句输出)同步输出。4.4 精度 4.4.1 静态定位精度 在 HDOP4 或 PDOP6 时,水平定位精度优于 10m(95%),垂直定位精度优于 15m(95%)。4.4.2 动态定位精度 在 HDOP4 或 PDOP6 时,水平定位精度优于 10m(95%),垂直定位精度优于 15m(95%)。4.4.3 测速精度 在 HDOP4 或 PDOP6 时,测速精度优于 0.5m/s(95%)。4.
14、5 首次定位时间 4.5.1 冷启动首次定位时间 在输入卫星导航信号功率电平为-130dBm 时,导航单元在概略位置、概略时间、星历和历书未知的状态下开机,到首次能够在其后 10s 连续输出三维定位误差小于 100m 的定位数据,所需时间应不超过 60s。4.5.2 热启动首次定位时间 在输入卫星导航信号功率电平为-130dBm 时,导航单元在概略位置、概略时间、星历和历书已知的状态下开机,到首次能够在其后 10s 连续输出三维定位误差小于 100m 的定位数据,所需时间应不超过 5s。4.6 重捕获时间 导航单元在输入 GNSS 卫星信号功率电平为-130dBm 且正常工作状态时,GNSS
15、卫星信号短时中断 30s,从信号恢复到首次能够在其后 10s 连续输出三维定位误差小于 100m 的定位数据,所需时间应不超过 5s。4.7 灵敏度 4.7.1 捕获灵敏度 捕获灵敏度应优于-140dBm。BD 4200052015 5导航单元在概略位置、概略时间、星历和历书未知的状态下开机,各颗卫星的单通道导航信号载波电平不高于-140dBm 时,应能在 300s 内以 1Hz 更新率连续 10 次输出三维定位误差小于 100m的定位数据。4.7.2 重捕获灵敏度 重捕获灵敏度应优于-145dBm。导航单元正常定位状态下,GNSS 卫星信号短时中断 30s 后恢复,各颗卫星的单通道导航信号载
16、波电平不高于-145dBm 时,应能在 300s 内以 1Hz 更新率连续 10 次输出三维定位误差小于 100m 的定位数据。4.7.3 跟踪灵敏度 跟踪灵敏度应优于-150dBm。导航单元正常定位后,各颗卫星的单通道导航信号载波电平降低到-150dBm 时,应能在 300s 内以 1Hz 更新率连续 10 次输出三维定位误差小于 100m 的定位数据。4.8 动态性能 在速度 100m/s,加速度 2g 的运动条件下,导航单元的定位精度应符合4.4.2的要求,同时测速精度应符合4.4.3要求。4.9 位置更新率 导航单元最大位置更新率不低于 1Hz。4.10 位置分辨力 导航单元的位置分辨
17、力,经度、纬度均不应超过 0.001 分,高程不超过 2m。4.11 功耗 导航单元在连续正常工作状态下,功耗应不超过 400mW。4.12 COG、SOG 和 UTC 输出有效性 导航单元应能通过数据接口输出对地航向(COG)、对地速度(SOG)和协调世界时(UTC)。上述输出应由伴随其输出的位置信息给出有效性标识。导航单元应提供分辨力不高于 0.01s 的 UTC 输出。ZDA 语句输出的 UTC 时间的有效性,由伴随其输出的 GGA 语句中的有效性标识给予指示。4.13 工作温度和贮存温度 导航单元在表 1 规定的温度试验参数下应能正常工作和贮存。表 1 温度试验参数 项 目 低温 高温
18、 持续时间 h 工作温度-40 85 16 贮存温度-55 85 16 BD 4200052015 65 测试方法 5.1 测试环境条件 除另行规定外,所有测试应在以下条件下进行:a)温度:1535;b)相对湿度:2080。如果实际测试条件不能满足上述环境要求,测试结果中应标明测试时真实的环境温度和相对湿度。5.2 标准测试信号和测试设备 在测试中根据需要使用实际的导航卫星信号或模拟测试信号。模拟器产生的信号必须具有与卫星信号相同的特性,在正常动态星座下,能产生几何位置良好(HDOP4 或 PDOP6)的卫星信号。所有测试用仪器、设备应有足够的测量范围、分辨力、准确度和稳定度,其性能应满足被测
19、性能指标的要求;测试所用仪器设备应经过计量部门检定或校准,符合性能指标要求,并在检定或校准有效期内。5.3 测试场地 测试场地远离大功率无线电发射源,其距离不小于 200m;远离高压输电线路和微波无线电信号传送通道,其距离不小于 50m;附近不应有强烈反射卫星信号的物体,如大型建筑物、水面等。天线安装高度应高于地面 1 m 以上,从天顶到水平面以上 10的仰角空间范围内对卫星的视野清晰。具有位置已知的标准点,位置精度在 X、Y、Z 方向均应优于 0.1 m(1)。5.4 性能测试 5.4.1 测试项目 本标准规定的测试项目及所对应的性能要求、测试方法见表 2。表 2 测试项目表 序号 测试项目
20、 性能要求 测试方法 1 组成 4.2 0 2 输出 4.3 5.4.3 3 精度 静态定位精度 4.4.1 5.4.4.1 4 动态定位精度 4.4.2 5.4.4.2 5 测速精度 4.4.2 5.4.4.2 6 首次定位时间 冷启动首次定位时间 4.5.1 5.4.5.1 7 热启动首次定位时间 4.5.2 5.4.5.2 8 重捕获时间 4.6 5.4.6 9 灵敏度 捕获灵敏度 4.7.1 5.4.7.1 10 重捕获灵敏度 0 5.4.7.2 11 跟踪灵敏度 4.7.3 5.4.7.3 BD 4200052015 7表 2 测试项目表(续)序号 测试项目 性能要求 测试方法 12
21、 动态性能 4.8 5.4.8 13 位置更新率 4.9 5.4.9 14 位置分辨力 4.10 5.4.10 15 功耗 4.11 5.4.11 16 COG、SOG 和 UTC 输出有效性 4.12 5.4.12 17 工作温度和贮存温度 4.13 5.4.13 5.4.2 组成 目视检查被测单元的组成部分,应符合4.2的要求。检查被测产品提供的产品文档,应带有使用说明书或产品规范,具有详细的操作、接线说明,配套软件、适用的操作系统及使用说明。5.4.3 输出 被测单元至少提供一个输出接口,将导航信息从该输出接口提供给其他设备,输出的信息应符合4.3的要求。根据被测产品的说明书,将被测导航
22、单元的输出接口接入计算机,通过厂家提供的软件或第三方软件读取信息,检查输出信息是否符合4.3的要求。5.4.4 精度 5.4.4.1 静态定位精度 将被测导航单元的天线按使用状态固定在一个位置已知的标准点上,连续测试 24h 以上,将获取的定位数据与标准点坐标进行比较,参照附录 A 计算定位精度。5.4.4.2 动态定位精度 使用模拟器进行测试,设置模拟器分别仿真如下载体运动轨迹:a)把一台安装固定好的工作正常的被测导航单元,以 25m/s1m/s 的速度,沿直线运行至少1min2min,然后在 5s 内沿同一直线将速度降到 0。b)把一台安装固定好的工作正常的被测导航单元,以 12.5m/s
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