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T/BEA 43014-2024 基于BDS/UWB的室内外融合定位系统技术要求及测试方法

T/BEA 43014-2024 基于BDS/UWB的室内外融合定位系统技术要求及测试方法

T/BEA 43014-2024

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  • 标准名称：基于BDS/UWB的室内外融合定位系统技术要求及测试方法
  • 标准号：T/BEA 43014-2024
    中国标准分类号：C396
  • 发布日期：2024-10-20
    国际标准分类号：33.050.99
  • 实施日期：2024-12-25
    团体名称：北京电子仪器行业协会
  • 标准分类：电信、音频和视频工程C 制造业

内容简介

本文件规定了基于BDS/UWB的室内外融合定位系统技术要求及测试方法
本文件适用于基于BDS/UWB的室内外融合定位系统的研制、生产、检测和应用
3术语定义下列术语和定义适用于本规范。GB/T39267-2020北斗卫星导航术语3.1融合定位技术FusedLocationProvider通过将多种定位技术结合，在功能上实现互补，从而提高定位精度的技术。3.2超宽带技术UltraWidebandTechnology用于短距离的无线通信技术，通过对冲激脉冲进行直接调制，使信号具有GHz量级的带宽。具有信道衰落不敏感、发射信号功率谱密度低、截获能力低等优点，已被应用于高精度定位系统。4符号和缩略语下列符号（和缩略语）适用于本文件。BDS：北斗卫星导航系统（BeiDouNavigationSatelliteSystem）EIRP：有效等向辐射功率（EffectiveIsotropicRadiatedPower）GNSS：全球卫星导航系统（GlobalNavigationSatelliteSystem）GPS：全球定位系统（GlobalPositioningSystem）RMS：均方根（RootMeanSquare）UWB：超宽带（UltraWideband）5一般要求5.1系统组成BDS/UWB的室内外融合定位系统至少同时支持北斗卫星定位和UWB室内定位功能，两种定位系统可单独工作，也可同时工作以实现融合定位功能。设备主要由定位基站、通信基站、定位终端和融合定位平台四部分组成，其中通信基站可由定位基站进行兼任：其中系统各部分的功能主要有：a)定位基站：实现系统定位功能，并将定位信息上传给定位平台；b)通信基站：接收设备回传定位终端信息，可由定位基站兼任；c)定位终端：兼具北斗卫星定位和UWB定位功能，并将北斗定位数据、当前运动状态等信息进行上传；d)融合定位平台：对定位基站回传数据和通信基站回传数据进行解算。实现融合定位与单系统定位。5.2功能要求5.2.1北斗卫星定位功能BDS/UWB的室内外融合定位系统中的定位终端需集成北斗定位模块，具备在仅接收BDS播发的公开服务信号情况下实现定位的能力，并将北斗卫星定位上报融合定位平台。5.2.2UWB定位及测距功能BDS/UWB的室内外融合定位系统应具备对定位终端进行UWB室内定位和测距的功能，并将结果上报融合定位平台。5.2.3BDS/UWB室内外融合定位功能BDS/UWB的室内外融合定位系统应具备室内外融合定位能力，定位终端可自主判断当前位置采用何种定位模式，BDS/UWB的室内外融合定位系统系统通过融合定位平台和定位终端对室内定位与北斗定位数据进行融合。UWB定位基站同时还应具备数据传输功能，可通过UWB信号将北斗卫星定位数据上报融合定位平台。5.3性能要求5.3.1北斗导航信号接收频点:支持北斗频点数不少于1个。5.3.2定位精度：1)北斗独立定位精度:单点定位在HDOP≤4或PDOP≤6时，水平定位精度优于5m（RMS）；2)UWB一维定位精度:不大于0.3m（RMSE）；3)UWB定位精度：水平定位精度不大于0.5m（RMS）；4)BDS/UWB融合定位精度：水平定位精度不大于0.5m（RMS）。5.3.3位置更新速率:不小于1Hz。5.3.4首次定位时间1)北斗独立定位冷启动首次定位时间不超过60s；2)UWB首次定位时间不超过20s。5.3.5接收灵敏度1)北斗独立定位捕获灵敏度优于-140dBm；2)北斗独立定位跟踪灵敏度:优于-150dBm；3)UWB接收灵敏度：优于-90dBm。5.3.6UWB工作频率范围为7163-8812MHz5.3.7UWB发射信号带宽（-10dB带宽）：不少于500MHz5.3.8UWB等效全向辐射功率谱密度：不大于-41dBm/MHz5.3.9功耗1)定位终端功耗：小于400mW;2)定位基站功耗：小于15W。6测试方法6.1测试条件6.1.1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：15℃~35℃；b）相对湿度：20％~80％。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实际的环境温度和相对湿度。6.1.2测试场地室内外场地应建立统一的坐标系，场地要求如下：a）室内测试环境定位测试区域墙体应为普通砖或混凝土墙，墙体厚度24cm~36cm，布置时确保定位基站布设的长宽比为2：1，两台定位基站间最短距离不低于1m。b）室内外融合测试环境定位测试区域墙体应为普通砖或混凝土墙，墙体厚度24cm~36cm，测试区域上方无明显遮挡，两台定位基站间最短距离不低于1m，室外布设坐标已知的标准点位。6.1.3测试设备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，其性能应满足表1的要求。测试用仪器设备均应经过计量部门检定合格，并在有效期内。1　频谱分析仪　频率测量范围：2Hz～9GHz；频率分辨力：≤1Hz；输入信号电平范围：-110dBm～30dBm；本底噪声：≤-140dBm/Hz；信号相位噪声：≤-100dBc/Hz（10KHz偏置）；基准频率：频率准确度≤1×10-8。2　无线信号测试仪　具备UWB信令测试功能；频率范围：75MHz～10GHz；分析带宽范围：2GHz；最大输出功率：34dBm；3　北斗卫星导航信号模拟器　支持B1I、B2I、B3I、B1C、B2a、B2b频点信号分辨力：≤0.2dB；4　程控直流电源　电压范围：0～20V；电流范围：0～2A；通道数：≥3。6.2功能测试6.2.1北斗卫星定位功能测试a)选择一个开放且无干扰的测试场地；b)将被测定位终端放置在该位置，启动北斗卫星定位功能，关闭被测系统UWB定位功能；c)等待5分钟，观察系统是否成功接收的北斗卫星定位坐标并记录。6.2.2UWB室内定位及测距功能a)关闭系统北斗卫星定位功能，并启动UWB室内定位功能；b)将被测定位终端放置于定位基站覆盖范围内；c)等待5分钟，观察系统是否成功定位终端位置并记录。6.2.3BDS/UWB室内外融合定位功能a)选择一个室内外过渡测试场地；b)同时启动北斗卫星定位功能和UWB室内定位功能；c)等待5分钟，观察系统是否成功通过北斗卫星定位终端位置并记录。6.3性能测试6.3.1北斗信号接收频点a)连接仪器设备；b)北斗导航模拟器依次播发被测系统支持的各BDS导航频点的导航信号；c)记录被测设备在各个频点下的定位状态。6.3.2定位精度6.3.2.1北斗定位精度将被测定位终端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，采集定位终端位置，将获取的定位数据与标准点坐标进行比较，计算水平定位精度：6.3.2.2UWB一维定位精度a)参照5.1节选择室内测试环境；b)在区域选择1个测试点；c)选择线性测试区域某一定位基站为起点，标定测试点距离测试点的真实距离d；d)定位终端、基站、平台处于正常工作状态，从平台侧确认定位终端正常在线；e)将测试终端放置于测试点，从定位平台获取终端的100个测距结果di；f)计算一维定位误差:6.3.2.3UWB一维定位精度a)将四个基站分别布设于房间内四个角落；b)标准点位分别位于中间区域及房间边缘区域；c)将被测终端放置于标准点位;d)定位终端、基站、平台处于正常工作状态，从平台侧确认定位终端正常在线；e)从平台软件采集定位终端的位置数据，采集时间1分钟；f)计算水平定位精度。6.3.2.4室内外融合定位精度a)在室内外融合测试场地布设基站；b)标准点位分别位于中间区域；c)将被测终端放置于标准点位;d)定位终端、基站、平台处于正常工作状态，从平台侧确认定位终端正常在线；e)从平台软件采集定位终端的位置数据，采集时间1分钟；f)计算水平定位精度。6.3.3位置更新速率同时开启北斗定位系统和UWB室内定位系统，设置定位终端位置更新率为1Hz，观察每次位置数据的更新时刻。6.3.4首次定位时间6.3.4.1北斗冷启动首次定位时间a）为被测定位终端初始化一个距实际测试位置不少于1000km但不超过10000km的伪位置，或删除当前历书数据；b）7天以上不加电。以1Hz的位置更新率连续记录输出的定位数据，找出首次连续10次输出二维定位误差不超过100m的定位数据的时刻，计算从开机到上述10个输出时刻中第1个时刻的时间间隔，应符合5.3d）的要求。6.3.4.2UWB首次定位时间在室内测试场地进行测试，断电后重启定位终端，以1Hz的位置更新率连续记录输出的定位数据，找出首次连续10次输出二维定位误差不超过1m的定位数据的时刻，计算从开机到上述10个输出时刻中第1个时刻的时间间隔，应符合5.3d）的要求。6.3.5接收灵敏度6.3.5.1北斗捕捉灵敏度用模拟器进行测试，设置模拟器仿真速度不高于2m/s的直线运动用户轨迹。每次设置模拟器输出的各颗卫星的每一通道信号电平从定位终端不能捕获信号的状态开始，以1dB步进增加，在模拟器输出信号的每个电平值下，被测定位终端在冷启动状态下开机，若其能够在300s内捕获导航信号，并以1Hz的更新率连续10次输出三维定位误差小于100m的定位数据，记录该电平值，应符合5.3要求。6.3.5.2北斗跟踪灵敏度用模拟器进行测试，设置模拟器仿真速度不高于2m/s的直线运动用户轨迹。每次设置模拟器输出的各颗卫星的各通道信号电平从定位终端不能捕获信号的量值开始，以1dB步进增加，若被测定位终端技术文件声明的重捕获灵敏度量值低于0要求的限值，可以从比其声明的灵敏度数值低2dB的电平值开始。在模拟器输出信号的每个设置电平值下，被测定位终端正常定位（此时为使导航能够正常定位，可先输出较高的可定位电平）后，控制模拟器中断卫星信号30s再恢复到该设置电平值，若定位终端能够在信号恢复后300s内捕获导航信号，并以1Hz的更新率连续10次输出三维定位误差小于100m的定位数据，记录该设置电平值，应符合5.3的要求。6.3.5.3UWB接收灵敏度用无线信号测试仪进行测试，将被测定位终端和定位基站分别连接在无线信号测试仪上，设置无线信号测试仪分别与定位基站、定位终端进行建立通信连接，设置无线信号测试仪发送2000个UWB信令数据包，发射电平为-90dBm，记录定位基站或定位终端正确接收的数据包的个数，应不少于1980个。6.3.5.4UWB工作频率范围用无线信号测试仪进行测试，将被测定位基站连接在无线信号测试仪上，被测定位基站开机，用无线信号测试仪测试定位终端和定位基站发射的信号频率范围。6.3.6UWB发射信号带宽a)将被测的UWB基站天线接口与频谱分析仪射频接口连接；b)根据UWB定位所使用的各个频段的中心频率和带宽依次设置频谱分析仪的中心频率和显示宽度（大于UWB所用频段带宽），找到最大峰值频率，记为fM，找到峰值功率两侧下降10dB的频率，分别记为fL和fH，-10dB带宽B-10=fH－fL。6.3.7UWB等效全向辐射功率谱密度在微波暗室内进行测试，测试步骤如下：a)连接测试设备；b)被测基站或定位终端开机，以最大发射功率发射UWB信号；c)根据UWB定位所使用的各个频段的中心频率和带宽依次设置频谱分析仪的中心频率和测量带宽，测量得到信号的功率谱密度Pd,单位dbm/Hz，计算1MHz范围内的功率谱密度测量值Pr=Pd+60dB；d)测量被测设备发射天线与接收天线间的距离，计算传输损耗L；e)计算等效全向辐射功率谱密度Ps=Pr+L-G，G为标准天线扣除天线线缆插损后的增益。6.3.8工作功耗连接设备，确保定位终端、基站、平台处于正常工作状态，从平台侧确认定位终端正常在线。将程控直流电源供电电压设置为终端工作电压，移除终端供电电源，连接终端和程控直流电源正负供电口。将测试终端放置于测试区域内，程控直流电源开机供电,终端开机并接入网络，触发定位基站以2Hz频率广播下行定位数据包,采用程控直流电源测试终端平均电流，测试1分钟，记录供电电压和平均电流,停止电流测量，终端断电，重复三次该流程。功耗应符合5.3要求。7安全保障系统出厂应通过出厂验收，并按照本标准对系统的功能、性能和可靠性等进行逐一测试，并形成测试报告。系统投运前应通过现场验收，其功能、性能等应不低于本标准要求。

起草单位

山东核电有限公司，北京东方计量测试研究所、国核电力规划设计研究院有限公司，国核（北京）核电常规岛及电力工程研究中心有限公司

起草人

刘非、李建伟、张鹏飞、刘志国、邹恺、司林顺、刘洺骞、连思骥、薛仁魁、杨文彬、李萌、陈厚桦、宋鲁丹、郭玉楠、杨子慕、郑哲、王珊珊、邢照凯、王玉、邵佳晔

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