一种精度校准系统及校准方法与流程

本发明涉及卫星导航技术领域，尤其涉及一种精度校准系统及校准方法。

背景技术：

自行车运动目前是人们探索自然和挑战自己的一项热门运动，记录自己的运动轨迹并且朋友分享也是骑行爱好者们所热衷的事情。

运动者的骑行位置通常通过手机中附加的gnss(globalnavigationsatellitesystem，全球导航卫星系统)定位装置(gnss码表)获取，而持续的获取可形成骑行轨迹。gnss码表是利用全球卫星定位系统接收太空中的卫星信号，然后进行测算，从而得出速度、里程、时间、高度的数据；同时，通过连接外部传感器获得踏频、心率、功率的数据；最后经过综合计算得出直观、丰富的骑行数据的一种新型测量仪表。

目前占据比较主流地位的gnss包括：美国研制的gps(globalpositioningsystem，全球定位系统)、俄罗斯研制的glonass(globalnavigationsatellitesystem，全球卫星导航系统)、中国研制的北斗导航系统和欧盟研制的伽利略卫星导航系统(galileosatellitenavigationsystem)。

如今gnss码表已经非常流行了，它们的优势是可以记录轨迹和骑行数据，连接社交媒体，能够满足导航和健身训练等多种需求。但关于码表的速度、距离的准确性直接影响对于日益追求健康的人们最佳效果。目前大多数对于智能gnss码表的测试往往通过与不同终端之间的相互评测进行，无法准备定量评估。而专用的测试需要在高精度的移动测试车上进行，通过实时的数据记录进行比对分析，对于高精度测试车需要高精度的标准器及在测试车上进行改装以达到测试要求。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种精度校准系统及相应的校准方法，所述系统/方法能够解决不同终端之间相互评测所带来的无法定量评估的缺陷，也能够解决使用高精度测试车所带来的改造和使用成本较高的问题。

本发明基于智能gnss码表的工作原理，提出基于卫星信号模拟器场景化测试方法，通过建立正弦运动轨迹模型、圆周运动等模型测试场景，搭建高精度测试平台，形成具体化的测试方案，在模拟环境下检测和校准智能gnss码表的速度和里程的精度。

首先，本发明提出了一种精度校准系统，用于在模拟环境下对智能gnss码表进行精度校准，包括：

卫星信号模拟器，模拟卫星导航系统的导航数据，并提供相应的射频信号；

参考频标，向所述卫星信号模拟器提供时基参考信号；

测试场景模块，提供预设的运动轨迹及限定条件选择；

导航信号控制模块，控制所述卫星信号模拟器的输出，并控制所述测试场景模块的调用；

精度分析模块，分别从所述卫星信号模拟器和所述智能gnss码表获取里程和速度信息，并计算所述智能gnss码表的精度。

上述的一种精度校准系统，其中，所述控制所述卫星信号模拟器的输出至少包括：选择所模拟的卫星系统以及选择射频频点。

上述的一种精度校准系统，其中，所述测试场景模块的限定条件至少包括：大气层延迟模型、对流层延迟模型、智能gnss码表运动模型以及场景运动轨迹。

上述的一种精度校准系统，其中，所述精度分析模块中，根据里程误差、速度误差、速度精度以及最大速度进行精度校准。

上述的一种精度校准系统，其中，当所述速度误差、速度精度以及最大速度的更新率大于1hz时，采用二次项或样条拟合插值算法进行补偿。

其次，本发明还提供了一种精度校准方法，用于在模拟环境下对智能gnss码表进行精度校准，包括如下步骤：

s1、选择运动轨迹场景；

s2、运行导航信号控制软件，采集智能gnss码表的数据；

s3、运行精度分析软件，校准所述智能gnss码表的精度；

s4、重复s1～s3，直至达到预定次数。

上述的一种精度校准方法，其中，在步骤s1前还包括：预热一提供模拟导航数据的卫星信号模拟器。

上述的一种精度校准方法，步骤s2中，包括：

控制一卫星信号模拟器至少输出：所模拟的卫星系统的频码、数据、功率以及射频频点；

限定所述测试场景模块中的大气层延迟模型、对流层延迟模型、智能gnss码表运动模型以及场景运动轨迹。

上述的一种精度校准方法，步骤s3中，根据里程误差、速度误差、速度精度以及最大速度进行精度校准；当所述速度误差、速度精度以及最大速度的更新率大于1hz时，采用二次项或样条拟合插值算法进行补偿。

基于同一发明构思，本发明还提出了一种可读写存储介质，其上存储有可执行程序，所述可执行程序被调用时，实现上述的精度校准方法。

与现有技术相比，本发明的技术方案通过一卫星信号模拟器给出卫星系统的数据，使得校准不需要在实际卫星系统中进行，提高了校准的便捷性和可靠性；其次本发明的技术方案通过设置标准的测试场景模块统一了校准时的路径、气候等测试条件，实现了校准的可重复性，多个码表的校准可基于同一标准实现，提高校准的可信度；本发明的技术方案还通过分析和控制软件实现数据采集和计算，可采用多种设定条件反复进行测试和分析，进一步提高校准的精确度和可信性。

附图说明

本领域技术人员可知，以下的附图仅仅列举出本发明的一些实施例，在不付出创造性劳动的前提下，本领域技术人员还可以根据这些附图获得其他同一性质的实施例(附图)。

图1是本发明中校准系统的一个实施例的框图；

图2是本发明中导航信号控制模块的功能框图；

图3是本发明中精度分析模块的工作示意图；

图4是本发明中校准方法的一个示意性流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。然而，本发明可以用不同的形式实现，不应只是局限在所述的实施例。且，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征允许相互组合或替换。结合以下的说明，本发明的优点和特征将更清楚。

需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

还需声明的是，本发明中对步骤编号的目的在于便于引用，而非限定先后顺序。对于个别需强调顺序的步骤，文中将以专门文字进行特别说明。

本发明构思的核心思想在于，根据卫星导航原理，提出基于卫星信号模拟器和场景化测试的方法。即预定若干标准场景或定制特殊场景用于模拟智能gnss码表的运行轨迹(包括速度)，结合速度及里程分析软件，分别计算速度精度和里程精度。该测试方法简单可行，测试结果稳定可靠，能够为智能gnss码表的速度和里程精度的校准提供可靠技术依据。

请参考图1，本实施例提出了一种用于在模拟环境下对智能gnss码表进行精度校准的系统，主要包括卫星信号模拟器1、参考频标2、导航信号控制模块3、测试场景模块4和精度分析模块5。

卫星信号模拟器1用于模拟卫星导航系统的导航数据，并提供相应的射频信号。如背景技术所述，现存有多种全球卫星导航定位系统(gnss)，在我国，使用较多的是美国的gps系统和中国的北斗系统。其中，gps系统在全球布设有24颗导航卫星，北斗系统在全球布设有三十余颗卫星。在人们的实际生活中，定位设备往往是可以同时接受上述两种卫星系统的数据的。在本发明的卫星信号模拟器1中，也设置了多星多系统的选项，用户可以选择使用哪种定位系统以及模拟接收几颗卫星的信号。同时，卫星信号模拟器1也提供了常用的卫星通信频点，供用户选择。

参考频标2用于向卫星信号模拟器1提供时基参考信号。时间与频率和导航定位技术密切相关。对于卫星导航定位系统，导航的基础是定位，定位的基础是测距，测距的基础是测量电波传输时延，而测时延的基础便是统一的时间频率基准。只有在相同的时基标准下得到的定位数据才基于可信性。

测试场景模块4提供预设的运动轨迹及限定条件选择。所述预设的运动轨迹不仅仅包括运动的路径，还包括对其运动时的速度(加速度)的设定。优选的，所述预设的运动轨迹可包括：匀速直线运动轨迹、正弦运动轨迹和圆周运动轨迹。进一步的，还可将实际的真实路线的轨迹保存到测试场景模块4中。但是，所述真实路线需要对其路线的真值进行标定。标定该真值时可使用高精度组合导航接收机进行，但其精度需高于智能gnss码表精度一个数量级。

如图2所示，导航信号控制模块3控制卫星信号模拟器1的输出，并控制测试场景模块4的调用。所述控制卫星信号模拟器1的输出至少包括：选择所模拟的卫星系统以及选择射频频点。进一步地，选择所模拟的卫星系统包括选择和打开可见卫星扩频码和导航数据码、选择可见卫星信号功率。若智能gnss码表接收灵敏度较低，还可进一步设置卫星信号模拟器1提高输出信号功率。

如图3所示，精度分析模块5分别从卫星信号模拟器1和智能gnss码表6获取里程和速度信息，并以卫星信号模拟器1为标准值，计算智能gnss码表6的精度。具体地，精度分析模块5根据里程误差、速度误差、速度精度以及最大速度进行精度校准。其中，当所述速度误差、速度精度、最大速度的更新率大于1hz时，需配置相应的卫星信号模拟器1的更新率，如卫星信号模拟器1不支持高速更新率(更新率大于1hz)，精度分析模块5可采用二次项或样条拟合插值算法进行补偿。

上述的精度校准系统采用统一的、可稳定反复实现的模拟卫星导航系统和标准的参考时基，为智能gnss码表的测速和测距(记录轨迹)提供了标准的参照，将所有智能gnss码表的数据测试放在了同一个尺度上，解决了现有技术中通过不同终端相互测评只能定性而不能定量的检测智能gnss码表精度的缺陷。上述的精度校准系统提供的测试场景模块中，通过软件模拟了多种预设的运动轨迹，所述运动轨迹包括了运动的路径和运动的速度信息，解决了使用移动测试车带来了高成本、低效率、可重复性差等缺陷。综上，上述的精度校准系统简单可行，便携性强，测试结果稳定可靠，为智能gnss码表的速度和里程的精度校准提供了可靠的技术依据。

如图4所示，基于上述的精度校准系统，本发明还提供了一种用于在模拟环境下对智能gnss码表进行精度校准的精度校准方法。具体包括如下步骤：

s0、预热卫星信号模拟器，最好30分钟以上；

s1、选择运动轨迹场景；

s2、运行导航信号控制软件，采集智能gnss码表的数据；

s3、运行精度分析软件，校准所述智能gnss码表的精度；

s4、重复s1～s3，直至达到预定次数。

步骤s0中，还需将所述卫星信号模拟器设置为多星多系统，并设置相应卫星信号频点。

步骤s1中，所述运动轨迹场景包括：

a)大气层模型及对流层延迟模型的选择。

b)编辑运动轨迹。具体的，所述运动轨迹包括匀速直线运动轨迹、正弦运动轨迹、圆周运动轨迹和运动时的速度值。进一步地，还可以包括根据实际路线编制的运动轨迹。

c)限定所述智能gnss码表(接收机)的运动模型，所述运动模型包括静态和动态模型。在使用动态运动模型时，还需进行初始化静态场景配置，以充分定位(初始定位)智能gnss码表。

步骤s2中，由所述导航信号控制软件主导，载入上述运动轨迹场景，并打开可见卫星扩频码和导航数据码，设置可见卫星信号功率(一般设为-130dbm)；若智能gnss码表接收灵敏度较低，可进一步提高可见卫星信号功率的输出信号功率。

步骤s3中，所述精度分析软件获取里程误差、速度误差、速度精度、最大速度，针对速度分析时，需严格对准utc时间或当地时间。

上述的精度校准方法通过建立直线运动轨迹模型、正弦运动轨迹模型、圆周运动等模型测试场景，搭建高精度测试平台，形成了具体化的测试方案，可在模拟环境下检测智能gnss码表的速度和里程的精度，该方法简便可靠，可重复性高，得到的数据可靠性高。

最后，本发明还提供了一种可读写存储介质，其上存储有可执行程序，所述可执行程序被调用时，可实现上述的精度校准方法。本领域技术人员应知，上述的方法、步骤可直接在硬件中(片上系统soc)、在由处理器执行的软件模块中、或在这两者的组合中体现。软件模块可驻留在ram存储器、闪存、rom存储器、eprom存储器、eeprom存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、cd-rom、或本领域中所知的任何其他形式的存储介质中。在替换方案中，存储介质可以被整合到处理器中，处理器和存储介质可驻留在asic中，asic可驻留在用户终端中。同理，在另一替换方案中，处理器和存储介质可作为分立组件驻留在用户终端中。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。