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卫星导航关键特性—一致性、基本性能、增强性能、安全及健壮性

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PNT信息是需要获得即时了解的内容,因此,所有涉及到精确位置及时间相关的设备或装置,都应当达到设备的相应设计要求;这就要求必须从“基本性能”、“功能安全/完好性”等概念出发,利用应用相关的场景库或“异常事件触发”,来全方位的评估有关的业务要求。下面针对GNSS的产品特征,描述了覆盖该类技术可能涉及的测试门类及参考测试例,可根据实际应用需求增删有关的测试场景库。

通常,GNSS相关的测试要求可划分为如下部分:

GNSS一致性测试:

即在开放天空(opensky)的GNSS理想条件下,验证DUT所宣称的信号支持能力是否符合其参数标称,包括:

a. 宣称支持的多模多频(Multi-frequencies Multi-Constellation)星座及频点

b. 独立北斗的定位能力

c. GPS/BEIDOU,或GPS/BEIDOU/GLONASS/GALILEO的组合定位能力

d. 所宣称的1HZ/10HZ/100HZ数据刷新率条件下,标称的多模多频组合定位的数据输出能力

e. RTK数据支持能力,如RTCM版本,消息等的兼容能力

GNSS基本性能测试:

GNSS的基本性能测试是该类产品最基础的测试,用于评估其基本性能,耳熟能详的测试要求包括:

a. 首次定位时间

b. 跟踪灵敏度

c. 捕获灵敏度

d. 重捕获时间

e. 静态和动态定位精度

GNSS增强性能测试:

此为面向特定应用的增强性测试,如针对CAV相关的应用测试,其目的用于评估DUT对于特定场景的性能响应。此类测试中,设定不存在任何卫星段(space segment)的异常事件及用户段(user segment)的异常环境如干扰/欺骗等。但影响GNSS的突出环境因素如遮挡、多径条件下的性能评估在本部分覆盖,所覆盖的应用类性能测试应包括但不局限于如下场景:

  1. 不同速度及加速度下的动态定位精度(时长?速度?性能要求待定)
  2. 不同转弯半径及速度条件下的定位精度(半径,速度待定?)
  3. 典型地形遮挡条件下动态定位精度,如单面隔音幕墙(时长/速度/幕墙高度,距车距离待定?)
  4. 城市峡谷条件下车辆驶离地库的快速定位时间(利用遮挡模型、3D城市地图或高精地图进行多径建模),包括:
  5. 3D城市环境,仅GNSS LOS直射径条件下的定位重捕获时间及定位精度;验证多模算法定位能力
  6. 3D城市环境,LOS径+MP多径仿真;验证定位重捕获时间及定位精度
  7. 立交桥(可含辅路),基于3D(高精车道级)地图,验证定位精度,如高度
  8. 基于真实城市3D地图的城市巡航动态定位精度仿真(基于3D地图或3D高精地图)
  9. 基于城市3D地图,进行城市峡谷里RTK固定解比率,定位精度的评估,验证

GNSS安全健壮性(鲁棒性)测试

上图是个简化的GNSS面临威胁的分类;干扰、欺骗、攻击、劫持,各类的问题每天都在发生,另外GNSS系统本身也会发生异常(称为segment error),无论是在GPS、GLONASS或是北斗身上,过往的历史中都是有据可查的。因此终端产品GNSS的“脆弱性”及“健壮性”这一矛盾体,随着GNSS重要性的日益显现,对其关注也日益凸显。该类测试包括但并不局限于以下内容.

  1. 静止条件下的干扰类测试,包括不同干扰距离、信号类型及干扰功率条件下的“威胁门限”类测试,评估DUT抗干扰能力的基准水平(距离,信号类型及干扰功率水平待定)
  2. 运动状态下,在DUT运动轨迹的预设位置,提供单个或多个干扰源,评估DUT运动状态下抗干扰能力( 同上,测试条件待定)
  3. 非故意干扰条件下的频谱兼容性测试(可参考及引用欧洲RED测试)
  4. 卫星段异常类测试,包括GLONASS星历崩溃等
  5. 欺骗场景,包括如:
  • 轨迹欺骗:DUT离开隧道口,看到一条与“真实”轨迹不符的另一条轨迹
  • 转发式欺骗:欺骗者(转发器)与DUT保持固定距离并增强其功率,观察DUT对错误的道路位置的响应
  • 基站圆周运动型欺骗:欺骗者在定义的半径上围绕DUT运动,用来评估DUT的报警阈值
  • 时钟偏差欺骗:即若干卫星的时钟偏差位被改变,用来评估DUT对崩溃的导航电文的容忍度
  • 信号健康类欺骗:即若干卫星的健康状态被改成“bad”,以评估DUT对崩溃的导航电文的容忍度

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