吳曉明

(中國(guó)船級(jí)社, 北京 100007)

為避免完全依賴(lài)全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System,GPS)，保障我國(guó)的國(guó)防安全，加速?lài)?guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展，經(jīng)歷重要困難，我國(guó)自主研發(fā)了北斗全球定位導(dǎo)航系統(tǒng)(Beidou Navigation Satellite System, BDS)于2012年獲得初步成功,于當(dāng)年12月對(duì)國(guó)內(nèi)、外民用各領(lǐng)域提供區(qū)域無(wú)源定位、導(dǎo)航和授時(shí)服務(wù)(北斗二號(hào)),并于2020年形成全球覆蓋的服務(wù)能力。我國(guó)交通運(yùn)輸業(yè)率先推進(jìn)BDS在船舶導(dǎo)航、監(jiān)控和救災(zāi)等領(lǐng)域的全面應(yīng)用[1]。

鑒于BDS技術(shù)是首次接軌國(guó)際海運(yùn)行業(yè)的船舶全球?qū)Ш郊夹g(shù)體系，也正全面轉(zhuǎn)化應(yīng)用到我國(guó)沿海和內(nèi)河的民用商船以及海船運(yùn)輸領(lǐng)域中，為保障該船用產(chǎn)品首次應(yīng)用優(yōu)質(zhì)達(dá)標(biāo)，中國(guó)船檢作為國(guó)家授權(quán)的船用產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)，正著力摸索對(duì)該高新技術(shù)導(dǎo)航產(chǎn)品的定型認(rèn)可和檢驗(yàn)驗(yàn)證把關(guān)，以保證向船舶行業(yè)提供高質(zhì)量的國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)品。[2-3]由于初始應(yīng)用不可避免地會(huì)出現(xiàn)各種問(wèn)題，因此船用BDS產(chǎn)品檢驗(yàn)驗(yàn)證的科學(xué)性和規(guī)范化，無(wú)疑是海運(yùn)行業(yè)目前應(yīng)用BDS面臨的迫切問(wèn)題。本文側(cè)重論述船用BDS定位性能檢驗(yàn)驗(yàn)證的典型項(xiàng)目、關(guān)鍵要求及對(duì)突出問(wèn)題的分析和解決方法。

BDS具有為海上和內(nèi)河船舶導(dǎo)航提供實(shí)時(shí)定位、對(duì)地航向(Course Over Ground,COG)、對(duì)地航速(SOG)和授時(shí)等航行基本功能的服務(wù)能力(替代GPS定位設(shè)備)，已成為導(dǎo)航雷達(dá)、船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)(Automatic Identification System, AIS)、計(jì)程儀、甚高頻無(wú)線電臺(tái)和甚至衛(wèi)星應(yīng)急示位標(biāo)等船舶安全航行重要設(shè)備正常工作必不可少的技術(shù)支撐。目前，IEC船用GNSS(Global Navigation Satellite System)接收機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)共有IEC 61108-1、IEC 61108-2、IEC 61108-3和IEC 61108-4等4種,分別表示GPS接收機(jī)標(biāo)準(zhǔn)、GLONASS接收機(jī)標(biāo)準(zhǔn)、Galileo接收機(jī)標(biāo)準(zhǔn)、DGPS和DGLONASS差分接收機(jī)標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)政府已全力推進(jìn)國(guó)際海事組織(International Maritime Organization,IMO)將BDS納入4大全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(Global Navigation Satellite System,GNSS)；其技術(shù)性能和配備要求以IMO MSC379(93)決議[4]公布。在此之前，為響應(yīng)國(guó)家推廣該系統(tǒng)倡導(dǎo)將其逐步全面應(yīng)用于交通運(yùn)輸領(lǐng)域的船舶導(dǎo)航、監(jiān)控和救災(zāi)等服務(wù)中的決策，由海事、船檢和水運(yùn)等部門(mén)和單位緊密合作，在沿海和長(zhǎng)江流域進(jìn)行船載BDS應(yīng)用試驗(yàn)已開(kāi)展多年。對(duì)原試行規(guī)定進(jìn)行研究和充實(shí)完善之后，完成我國(guó)船舶法規(guī)將BDS定位終端的要求納入實(shí)施規(guī)定的工作。為BDS應(yīng)用于國(guó)際和國(guó)內(nèi)航行船舶提供法定依據(jù)。2016年底我國(guó)公布北斗接收機(jī)標(biāo)準(zhǔn)，提出了接收機(jī)設(shè)備性能要求、檢測(cè)方法和檢測(cè)結(jié)果等方面的規(guī)定，其中包括設(shè)備安裝與啟動(dòng)、數(shù)據(jù)有效性、準(zhǔn)確性和精度(靜態(tài)、動(dòng)態(tài))等內(nèi)容。[5]與2013年公布的GPS接收機(jī)標(biāo)準(zhǔn)IEC 61108-1相比，二者在衛(wèi)星捕獲跟蹤性能檢測(cè)規(guī)定方面的內(nèi)容一致。在靜態(tài)精度檢測(cè)方法中，BDS是以CGCS2000坐標(biāo)系作為參考基準(zhǔn)判斷EUT是否正確定位的;而GPS是以WGS 84作為參考基準(zhǔn)。同時(shí),在靜態(tài)精度合格性的判定上，同樣收集至少24 h的數(shù)據(jù)，并從其中篩選出HDOP≤4和PDOP≤6的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，BDS水平定位精度小于25 m判定為合格，GPS水平定位精度小于13 m判定為合格[6]，但都存在測(cè)試方法描述模糊的現(xiàn)象。

中國(guó)船級(jí)社(China Classification Society, CCS)作為對(duì)船用產(chǎn)品執(zhí)行技術(shù)進(jìn)行監(jiān)督和檢驗(yàn)發(fā)證的國(guó)家機(jī)構(gòu)，承擔(dān)著對(duì)船用BDS產(chǎn)品的技術(shù)驗(yàn)證和檢驗(yàn)認(rèn)可職責(zé)，同時(shí)面臨著探索民用船舶首次應(yīng)用與國(guó)際接軌的國(guó)產(chǎn)BDS技術(shù)性能和檢測(cè)驗(yàn)證細(xì)節(jié)要求的迫切任務(wù)。[2]與已在全球海事行業(yè)使用近30 a的GPS不同，船用BDS，技術(shù)及其試驗(yàn)無(wú)經(jīng)驗(yàn)可借鑒，面臨無(wú)民用專(zhuān)業(yè)檢測(cè)機(jī)構(gòu)、需新創(chuàng)建達(dá)標(biāo)等重大困難。CCS主動(dòng)組織對(duì)BDS產(chǎn)品重點(diǎn)廠家的技術(shù)宣貫和交流；中加船級(jí)社專(zhuān)項(xiàng)組與產(chǎn)品廠、檢測(cè)機(jī)構(gòu)深入研究、不斷改進(jìn)、反復(fù)驗(yàn)證，多方合作，邊摸索、邊創(chuàng)建、邊開(kāi)展產(chǎn)品技術(shù)檢驗(yàn)，經(jīng)歷多次研究驗(yàn)證，克服重重困難，最終完成對(duì)BDS達(dá)標(biāo)產(chǎn)品的船檢認(rèn)可，探索出對(duì)重點(diǎn)檢測(cè)要求的研究細(xì)化和規(guī)范化操作。本文就BDS產(chǎn)品的靜態(tài)定位、動(dòng)態(tài)定位和衛(wèi)星捕獲等典型重要技術(shù)性能的驗(yàn)證檢驗(yàn)共性問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

1 捕獲性能試驗(yàn)要求的解析與確定

規(guī)定的技術(shù)要求和指標(biāo)要求如下：

除了受試設(shè)備加電和確保天線接收BDS信號(hào)時(shí)有寬闊視野之外，無(wú)其他輔助，在冷態(tài)、溫態(tài)和熱態(tài)等3種狀態(tài)下，能捕獲來(lái)自衛(wèi)星的輸入信號(hào)，即載波電平在-130～-120 dBm內(nèi)的衛(wèi)星信號(hào)。捕獲時(shí)間限值應(yīng)符合要求(通過(guò)性能檢查來(lái)驗(yàn)證)，見(jiàn)表1。一旦捕獲衛(wèi)星信號(hào)，當(dāng)衛(wèi)星信號(hào)的載波電平降至-133 dBm時(shí)，設(shè)備應(yīng)繼續(xù)正常運(yùn)行。

表1 捕獲性能試驗(yàn)要求

在實(shí)際進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)捕獲試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)規(guī)定中的要求不夠清晰、存在問(wèn)題，如：樣機(jī)檢測(cè)以冷啟動(dòng)、溫啟動(dòng)后第1個(gè)數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)開(kāi)始計(jì)時(shí)，可能與技術(shù)規(guī)定的本意有偏差，由于規(guī)定的方法、步驟不具體，可能導(dǎo)致各型樣機(jī)(Equipment Under Test, EUT)在確定從數(shù)據(jù)接收到實(shí)際定位時(shí)，因基準(zhǔn)設(shè)定、定位數(shù)據(jù)接收量和集散性未統(tǒng)一界定，導(dǎo)致樣機(jī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)千奇百怪，無(wú)法判定定位從何時(shí)算起。行業(yè)和檢驗(yàn)專(zhuān)家結(jié)合實(shí)際，在反復(fù)研究之后提煉出較科學(xué)合理的檢測(cè)方案,即:啟動(dòng)后通過(guò)軟件計(jì)算確定樣機(jī)接收第1個(gè)定位數(shù)據(jù)，以此數(shù)據(jù)開(kāi)始連續(xù)記錄，計(jì)算前100組數(shù)據(jù)，若滿(mǎn)足95%置信率，即認(rèn)為第1個(gè)定位準(zhǔn)確數(shù)據(jù)時(shí)間為啟動(dòng)時(shí)間;若不滿(mǎn)足，則自動(dòng)向后移位選取100組數(shù)據(jù)計(jì)算，直到某100組數(shù)據(jù)滿(mǎn)足95%置信率時(shí),才認(rèn)為是有效數(shù)據(jù)。這100組數(shù)據(jù)的第1個(gè)數(shù)據(jù)計(jì)時(shí)為啟動(dòng)時(shí)間，若啟動(dòng)時(shí)間符合表2，即認(rèn)為合格，否則EUT進(jìn)行該試驗(yàn)失敗。

2 “典型干擾試驗(yàn)驗(yàn)證”數(shù)據(jù)采集要求的解析與確定

在“導(dǎo)航精度測(cè)試”一項(xiàng)中，按2 min采集20組數(shù)據(jù)還是按船舶法規(guī)附件2中的要求“每2 min記錄一次EUT的定位數(shù)據(jù)，共采集20組數(shù)據(jù)”的理解完全不一致。結(jié)合實(shí)際，鑒于重捕獲測(cè)試，增加60 s內(nèi)測(cè)試的要求。之前專(zhuān)家研究的結(jié)論已明確“要在信號(hào)恢復(fù)60 s內(nèi)連續(xù)獲得滿(mǎn)足精度要求的速度和時(shí)間”，因此，在60 s之后應(yīng)進(jìn)行性能檢測(cè)。參照標(biāo)準(zhǔn)的原文：“When steady-state accuracy is reached, record a minimum of 20 position and HDOP values as reported by EUT at a rate of one sample every 2 min.”按標(biāo)準(zhǔn)原文理解，“a minimum of 20 position and HDOP values”可認(rèn)為是“one sample”，然后記錄多少個(gè)2 min，也可有不同理解，具體要求不明確。

為此，根據(jù)實(shí)際可行，統(tǒng)一驗(yàn)證做法：每2 min測(cè)1組數(shù)據(jù)，1組包含至少20個(gè)位置信息和HDOP值；對(duì)規(guī)定要求的每種干擾場(chǎng)景測(cè)1組，若滿(mǎn)足95%置信度要求，即認(rèn)為合格，該項(xiàng)測(cè)試完整過(guò)程大致需要0.5 h。

3 動(dòng)態(tài)試驗(yàn)要求的解析與確定

測(cè)試時(shí)間原規(guī)定為至少2 min，經(jīng)實(shí)際操作存在問(wèn)題；實(shí)際在高動(dòng)態(tài)情況下，由于EUT捕獲時(shí)間比較長(zhǎng)，如BDS樣機(jī)進(jìn)行0～48 kn動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)時(shí)測(cè)試，一般需要5～10 min，不同的EUT時(shí)間可能不一致，因此，在2 min內(nèi)無(wú)法測(cè)得完整合理的數(shù)據(jù)，故參照時(shí)間速度曲線圖見(jiàn)圖1，經(jīng)專(zhuān)家商議，將檢驗(yàn)規(guī)定附件2中測(cè)試時(shí)間從2 min改為15 min比較合理，實(shí)際可行。速度變化是在測(cè)試前接收機(jī)已鎖定信號(hào)(完成捕獲跟蹤)，1 min內(nèi)從0 kn加速到48 kn，再保持2 min，見(jiàn)圖1。

4 靜態(tài)定位測(cè)試中的問(wèn)題

對(duì)帶有BDS模塊的衛(wèi)星應(yīng)急示位標(biāo)產(chǎn)品船檢認(rèn)可期間，依據(jù)《我國(guó)船舶法規(guī)2016》附錄中“應(yīng)急無(wú)線電示位標(biāo)技術(shù)和試驗(yàn)要求”，需對(duì)北斗示位標(biāo)樣機(jī)進(jìn)行“靜態(tài)定位精度”(內(nèi)置BDS模塊)的測(cè)試。該測(cè)試是驗(yàn)證北斗衛(wèi)星示位標(biāo)中RNSS定位模塊在實(shí)際信號(hào)環(huán)境下，在靜態(tài)狀況下接收解算其所在位置的定位精度，即EUT偽距單點(diǎn)定位結(jié)果與已知點(diǎn)位坐標(biāo)相比的誤差值。原靜態(tài)定位精度測(cè)試連接圖見(jiàn)圖2。

4.1 測(cè)試方案

試驗(yàn)開(kāi)始之前用高精度接收機(jī)標(biāo)定北斗樣機(jī)天線安裝點(diǎn)的坐標(biāo)，或采用經(jīng)權(quán)威機(jī)構(gòu)標(biāo)定的基準(zhǔn)點(diǎn)作為實(shí)際位置坐標(biāo)點(diǎn)。將樣機(jī)的定位模擬天線設(shè)置于此，再將定位導(dǎo)航天線與射頻線纜相連接，將接收信號(hào)輸入至屏蔽暗室內(nèi)，使得屏蔽暗室內(nèi)的北斗樣機(jī)能接收到GNSS定位導(dǎo)航信號(hào)。樣機(jī)開(kāi)機(jī)之后，將接收并解算后的定位信息通過(guò)數(shù)據(jù)線傳輸至測(cè)控計(jì)算機(jī)內(nèi)，測(cè)控計(jì)算機(jī)接收并存儲(chǔ)示位標(biāo)上報(bào)的定位信息。最終通過(guò)統(tǒng)計(jì)定位信息評(píng)估，得出對(duì)北斗樣機(jī)實(shí)測(cè)的靜態(tài)定位精度(類(lèi)同BDS導(dǎo)航接收機(jī))。

4.2 評(píng)估方法

在測(cè)試BDS的RNSS定位精度時(shí)，需注意所用衛(wèi)星的精度因數(shù)。HDOP值是接收設(shè)備測(cè)試時(shí)用的可視衛(wèi)星星座可用性的標(biāo)志，若HDOP≤4，可認(rèn)為滿(mǎn)足測(cè)試條件；若PDOP≤6，則PDOP用于描述空間幾何坐標(biāo)系。利用模擬器測(cè)試定位精度，應(yīng)收集篩選處于HDOP≤4和PDOP≤6的數(shù)據(jù)。剔除后的定位數(shù)據(jù)參與定位準(zhǔn)確度的解算，將參與解算的定位數(shù)據(jù)與標(biāo)定的已知位置值相比，計(jì)算定位準(zhǔn)確度。

4.3 數(shù)據(jù)處理

將被測(cè)模塊輸出的大地坐標(biāo)系(Lenth Breadth Height, BLH)定位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為站心坐標(biāo)系(Eeat North Universe, NEU)定位數(shù)據(jù)。計(jì)算各歷元輸出的定位數(shù)據(jù)在站心坐標(biāo)系下各方向(NEU方向，即北東天方向)的定位誤差，為

(1)

式(1)中：ΔNi、ΔEi、ΔUi和ΔHi分別為第i次實(shí)時(shí)定位數(shù)據(jù)的N、E、U方向和水平方向的定位誤差(i=1，2，…，n)，m；Ni、Ei和Ui分別為第i次實(shí)時(shí)定位數(shù)據(jù)的N、E、U方向分量，m；N0i、E0i和U0i分別為第i次實(shí)時(shí)定位的標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)N、E、U方向分量，m。

計(jì)算站心坐標(biāo)系下各方向的定位偏倚，為

(2)

計(jì)算定位誤差的標(biāo)準(zhǔn)差為

(3)

式(3)中：σN、σE和σU分別為定位誤差的標(biāo)準(zhǔn)差在N、E和U方向的分量，m；σH為定位誤差的標(biāo)準(zhǔn)差在水平方向的分量，m。

計(jì)算置信概率為95%的定位精度。對(duì)于水平方向，在隨機(jī)誤差接近正態(tài)分布時(shí)，可取置信因數(shù)k≈1.74，或取其安全的近似值k=2(水平誤差落在半徑為2σH的圓內(nèi)的概率在95.4%～98.2%，具體值取決于誤差橢圓的軸比，2σH值通常作為水平誤差大小的95%界限)。測(cè)試步驟為

1) 將導(dǎo)航天線架設(shè)在室外坐標(biāo)點(diǎn)已知的基準(zhǔn)點(diǎn)位上。

2) 將導(dǎo)航天線接收到的實(shí)際衛(wèi)星信號(hào)通過(guò)射頻線纜傳至室內(nèi)屏蔽暗箱內(nèi)的發(fā)射天線。

3) 將被測(cè)示位標(biāo)放置在屏蔽暗箱內(nèi)并開(kāi)機(jī)，使示位標(biāo)樣機(jī)能接收屏蔽暗箱內(nèi)發(fā)射天線轉(zhuǎn)發(fā)的實(shí)際衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)。

4) 將示位標(biāo)的定位輸出串口與測(cè)控計(jì)算機(jī)連接。

5) 北斗示位標(biāo)以1 Hz速率實(shí)時(shí)輸出解算的位置信息至測(cè)控計(jì)算機(jī)，測(cè)控計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)位置信息。

6) 北斗示位標(biāo)正常定位15 min后正式開(kāi)始測(cè)試，測(cè)試時(shí)間為24 h。

7) 將24 h的數(shù)據(jù)進(jìn)行試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差統(tǒng)計(jì)，得到被測(cè)示位標(biāo)的靜態(tài)定位精度。

靜態(tài)定位精度的驗(yàn)證合格要求為：BDS水平定位精度小于25 m判定為合格；BDS垂直定位精度小于30 m判定為合格；GPS水平定位精度小于13 m判定為合格。

在采用實(shí)際樣機(jī)對(duì)該項(xiàng)目進(jìn)行測(cè)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，BDS樣機(jī)輸出上報(bào)給測(cè)控計(jì)算機(jī)的輸出定位信息顯示：跟蹤衛(wèi)星的信噪比很低，且有很多時(shí)間段顯示處于“未定位”狀態(tài)，即EUT動(dòng)態(tài)定位測(cè)試失敗。

4.4 問(wèn)題分析

由于該BDS定位模塊在其他有關(guān)導(dǎo)航的項(xiàng)目中的測(cè)試都很順利，因此暫時(shí)排除樣機(jī)性能故障的原因。根據(jù)描述的現(xiàn)象，經(jīng)測(cè)試組人員仔細(xì)檢查發(fā)現(xiàn)，樣機(jī)上報(bào)的信息并非全是“非定位”信息，而是部分存在定位信息，只是接收衛(wèi)星的功率較差。在檢查并排除線纜和接頭損壞的可能性后，測(cè)試組人員經(jīng)分析得出的結(jié)論：導(dǎo)航信號(hào)在通過(guò)射頻線纜、發(fā)射天線和屏蔽暗室內(nèi)的空間衰減后，信號(hào)的能量總衰減過(guò)大，其功率已衰減至示位標(biāo)無(wú)法完成正常的定位解算。這一現(xiàn)象不能歸咎于示位標(biāo)天線的RNSS接收能力，因?yàn)樵贐DS官方ICD文件中規(guī)定，衛(wèi)星信號(hào)的落地電平不得低于-133 dBm。

進(jìn)一步問(wèn)題排查：利用實(shí)驗(yàn)室的標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)航接收機(jī)替代示位標(biāo)，進(jìn)行重新試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)航接收機(jī)在同樣的環(huán)境下也無(wú)法完成定位。這證實(shí)屏蔽暗室內(nèi)的實(shí)際衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)的功率已嚴(yán)重低于可接收信號(hào)的功率電平。

4.5 分析整改

由于室外的接收天線接收導(dǎo)航信號(hào)后，通過(guò)較長(zhǎng)射頻線纜將實(shí)際信號(hào)傳輸至屏蔽暗箱內(nèi)的播發(fā)天線，整個(gè)鏈路可能導(dǎo)致實(shí)際導(dǎo)航信號(hào)功率的衰減。為補(bǔ)償鏈路信號(hào)功率的衰減，可在接收導(dǎo)航天線與屏蔽暗室內(nèi)的發(fā)射天線之間，增加一個(gè)功率放大裝置，使接收的靜態(tài)定位精度導(dǎo)航信號(hào)通過(guò)放大后播發(fā)，以彌補(bǔ)鏈路功率損耗過(guò)大的不足。具體的整改方案見(jiàn)圖3, 整改后的試驗(yàn)驗(yàn)證、測(cè)試方法和測(cè)試步驟不變。將標(biāo)準(zhǔn)接收機(jī)和示位標(biāo)樣機(jī)分別接入試驗(yàn)，對(duì)比發(fā)現(xiàn)2者均能進(jìn)行正常定位，且衛(wèi)星載噪比能達(dá)到約40 dB/Hz，說(shuō)明接收到的衛(wèi)星信號(hào)狀態(tài)良好。因此，當(dāng)測(cè)試條件正常時(shí)，北斗示位標(biāo)樣機(jī)的靜態(tài)定位精度結(jié)果能滿(mǎn)足技術(shù)指標(biāo)要求。

5 樣機(jī)的動(dòng)態(tài)定位精度測(cè)試

根據(jù)《北斗系統(tǒng)測(cè)試大綱》中對(duì)BDS定位模塊樣機(jī)的要求，對(duì)其進(jìn)行“動(dòng)態(tài)定位精度”測(cè)試，驗(yàn)證BDS在模擬信號(hào)環(huán)境下，EUT輸出定位信息與同一時(shí)刻標(biāo)準(zhǔn)位置數(shù)據(jù)的偏差(動(dòng)態(tài)工況下樣機(jī)的定位精度)。動(dòng)態(tài)測(cè)試分別在2種動(dòng)態(tài)場(chǎng)景下進(jìn)行。

5.1 動(dòng)態(tài)場(chǎng)景1

初始速度為0，在1 min時(shí)間內(nèi)從0加速至48 kn并保持勻速，以48 kn的速度沿直線運(yùn)行至少2 min，隨后在5 s內(nèi)沿同一直線將速度降到0，保持靜止?fàn)顟B(tài)10 s。

5.2動(dòng)態(tài)場(chǎng)景2

初始速度為0，在1 min時(shí)間內(nèi)從0加速至24 kn并保持勻速，以24 kn的速度沿直線航行至少2 min，隨后在至少2 min內(nèi)在直線2側(cè)2 m內(nèi)以11～12 s周期均勻偏移。連接方式見(jiàn)圖4。具體測(cè)試步驟描述為

1) 按下列要求將衛(wèi)星軌道、衛(wèi)星鐘差、電離層時(shí)延和對(duì)流層時(shí)延等誤差參數(shù)設(shè)置為無(wú)時(shí)變誤差模式；衛(wèi)星星座設(shè)置為BDS B1模式，不少于9顆可見(jiàn)BDS衛(wèi)星，滿(mǎn)足HDOP≤4，PDOP≤6；測(cè)試系統(tǒng)輸出信號(hào)至北斗示位標(biāo)天線口面信號(hào)功率設(shè)置為-125 dBm；測(cè)試環(huán)境均規(guī)定縱向加速度為5 m/s2，橫向加速度為6 m/s2。

2) 選擇動(dòng)態(tài)場(chǎng)景1：初始速度為0，在1 min時(shí)間內(nèi)速度從0加速至48 kn并保持勻速，以48 kn的速度沿直線運(yùn)行至少2 min，隨后在5 s內(nèi)沿同一直線將速度降到0，保持靜止?fàn)顟B(tài)10 s。

3) 測(cè)試系統(tǒng)控制EUT加電，EUT接收測(cè)試系統(tǒng)輸出信號(hào)之后，實(shí)時(shí)輸出定位結(jié)果至測(cè)試系統(tǒng)。測(cè)試時(shí)間為135 s。

4) 選擇動(dòng)態(tài)場(chǎng)景2：初始速度為0，在1 min時(shí)間內(nèi)速度從0加速至24 kn并保持勻速，以24 kn的速度沿直線航行至少2 min，隨后在至少2 min內(nèi)在直線兩側(cè)2 m以?xún)?nèi)以11～12 s周期均勻偏移。

5) 測(cè)試系統(tǒng)控制EUT加電，EUT接收測(cè)試系統(tǒng)輸出信號(hào)之后，實(shí)時(shí)輸出定位結(jié)果至測(cè)試系統(tǒng)。測(cè)試時(shí)間為255 s。

(1) 合格判據(jù)：動(dòng)態(tài)場(chǎng)景1和動(dòng)態(tài)場(chǎng)景2測(cè)量結(jié)果均滿(mǎn)足下列要求時(shí)判定為合格，即：BDS定位鎖定，水平定位精度小于25 m，垂直定位精度小于30 m為合格。但是，在順利完成動(dòng)態(tài)場(chǎng)景1測(cè)試之后進(jìn)行動(dòng)態(tài)場(chǎng)景2的測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)，被測(cè)的BDS樣機(jī)不能正常定位。

(2) 問(wèn)題分析：在排除示位標(biāo)自身可能存在的故障的同時(shí)，測(cè)試人員分析：動(dòng)態(tài)場(chǎng)景1與動(dòng)態(tài)場(chǎng)景2的啟動(dòng)方式相同，使用的儀器設(shè)備也相同。被測(cè)示位標(biāo)在動(dòng)態(tài)場(chǎng)景2的測(cè)試中無(wú)法定位，最大的可能性是示位標(biāo)在進(jìn)行動(dòng)態(tài)場(chǎng)景2的測(cè)試時(shí)，其內(nèi)部還保存著動(dòng)態(tài)場(chǎng)景1的信息，導(dǎo)致無(wú)法正常定位。

(3) 問(wèn)題排查：示位標(biāo)在進(jìn)行一個(gè)場(chǎng)景的測(cè)試之后，必須清空內(nèi)部存儲(chǔ)的星歷、概略位置和概略時(shí)間等信息，否則當(dāng)進(jìn)行下一次測(cè)試時(shí)，若星歷、概略位置和概略時(shí)間等信息發(fā)生變化，將無(wú)法進(jìn)行定位。因此，在每次進(jìn)行測(cè)試之前，需對(duì)被測(cè)的示位標(biāo)進(jìn)行冷啟動(dòng)操作，以保證內(nèi)部信息被清空。利用實(shí)驗(yàn)室模擬導(dǎo)航信號(hào)環(huán)境進(jìn)行重新測(cè)試，當(dāng)先測(cè)試動(dòng)態(tài)場(chǎng)景2再測(cè)試動(dòng)態(tài)場(chǎng)景1時(shí)，動(dòng)態(tài)場(chǎng)景2可正常定位，但動(dòng)態(tài)場(chǎng)景1無(wú)法正常定位。

(4) 整改措施：在每項(xiàng)測(cè)試之前，向被測(cè)示位標(biāo)發(fā)送冷啟動(dòng)指令，使其清空內(nèi)部信息。由于不同廠家生產(chǎn)的示位標(biāo)內(nèi)部的定位模塊并不相同，因此不同廠家的冷啟動(dòng)指令也不完全相同，測(cè)試人員在探尋各廠家的冷啟動(dòng)指令之后，對(duì)各臺(tái)示位標(biāo)進(jìn)行單獨(dú)操作。整改之后的測(cè)試步驟中，第5步增加1條，即“測(cè)試系統(tǒng)控制北斗示位標(biāo)加電，通過(guò)測(cè)控計(jì)算機(jī)向被測(cè)示位標(biāo)發(fā)送冷啟動(dòng)指令，使被測(cè)示位標(biāo)清空內(nèi)部信息。在北斗示位標(biāo)接收測(cè)試系統(tǒng)輸出信號(hào)后，實(shí)時(shí)輸出定位結(jié)果至測(cè)試系統(tǒng)。測(cè)試時(shí)間75 s。”整改之后重新對(duì)被測(cè)的示位標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)均能進(jìn)行正常定位，說(shuō)明測(cè)試條件的整改措施合理、有效。最終評(píng)估示位標(biāo)動(dòng)態(tài)定位精度滿(mǎn)足指標(biāo)的要求。

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著國(guó)際海事領(lǐng)域船舶導(dǎo)航高新技術(shù)產(chǎn)品快速電子化、集成化發(fā)展，BDS作為船舶安全導(dǎo)航和節(jié)能高效、精準(zhǔn)避碰等航行及綜合系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)支撐，在國(guó)際公約和國(guó)內(nèi)船舶法規(guī)中都明確規(guī)定強(qiáng)制實(shí)施的要求，這對(duì)推動(dòng)BDS在國(guó)內(nèi)外航海和水上船舶中的應(yīng)用提供廣闊市場(chǎng)和大好前景。全面、正確掌握BDS系統(tǒng)技術(shù)要求和關(guān)鍵性能檢測(cè)驗(yàn)證方法，為船舶提供高質(zhì)量BDS產(chǎn)品，對(duì)在全球推廣應(yīng)用BDS導(dǎo)航產(chǎn)品有著重大現(xiàn)實(shí)意義，是對(duì)我國(guó)海運(yùn)強(qiáng)國(guó)建設(shè)的有力保障。