九游会老哥网:车载卫星定位系统标准详解

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  车载卫星定位系统能够为车辆提供准确的地理位置及授时信息，稳定、可靠的定位和授时数据是实现各类智能网联功能的基本保障。此前，在汽车领域，国际和国内均缺少涵盖北斗独立工作、基本性能、车规环境的完备的测试及评价标准，缺乏卫星定位系统在汽车行业应用落地的标准指引。国际上尚无专门适用于车辆的车载卫星定位系统性能评价及试验方法标准。国内标准中，国内仅有部分适用于民用产品的卫星定位模组性能评价及用于行车导航的功能评价的测试方案，不适用于汽车定位性能的评价，不足以满足当前智能网联汽车技术发展需要。

  《车载定位系统技术方面的要求及试验方法第1部分：卫星定位》（GB/T 45086.1—2024）推荐性国家标准（以下简称“车载卫星定位系统标准”或“标准”）规定了车载卫星定位系统的技术方面的要求，描述了相应的试验方法，适用于车载卫星定位系统。标准的实施将有利于北斗系统在汽车行业的应用落地，逐步提升车载卫星定位系统性能的准确性、安全性、可靠性，提升车辆定位性能，促进产业高质量发展。标准于2024年11月28日发布，于2025年6月1日正式实施。

  标准提出功能要求、性能要求、健壮性要求、射频信号协调要求、环境要求及整车级试验要求及相应试验方法。本文对功能要求、性能要求、健壮性要求进行解读。

  功能要求规定了输出的报文格式、数据有效性、更新频率，特别地规定了车载卫星定位系统至少应支持北斗单模，应具备切换为北斗单模的功能。还规定了北斗多模模式，即北斗独立模式或北斗优先模式。各模式定义如下：

  车载卫星定位系统支持北斗卫星导航系统，同时支持全球定位系统、伽利略卫星导航系统、格洛纳斯卫星导航系统中的一个或多个系统，实现定位、测速和授时

  车载卫星定位系统工作在北斗多模情况且当其他卫星导航系统不可用时，车载卫星定位系统仅使用北斗卫星导航系统实现定位、测速和授时。

  车载卫星定位系统工作在北斗多模情况，当多个卫星导航系统相关信息出现差异且无法判断有效性时，车载卫星定位系统优先使用北斗卫星导航系统来进行定位、测速和授时。

  其中，北斗单模试验场景，目标是验证接收机仅通过北斗卫星信号实现定位、授时的可靠性，证明完全依赖北斗系统可满足需求。故为制造“多系统集体失效”的最严苛场景，杜绝接收机依赖其他系统弥补北斗缺陷的可能性，特殊设置“在除北斗之外所有导航系统内增加100m卫星时钟噪声”。从而推动行业从“多模依赖”转向“北斗为主，多模增强”的技术路线。

  北斗独立模式试验场景，目标是验证接收机在北斗多模情况且当其他卫星导航系统不可用时，车载卫星定位系统仅使用北斗卫星导航系统实现定位、测速和授时，故卫星星座与信号仅播发BDS B1I、B1C、B2a、B3I。

  北斗优先模式试验场景，目标是验证在北斗多模情况，当多个卫星导航系统相关信息出现差异且无法判断有效性时，车载卫星定位系统优先使用北斗卫星导航系统做定位、测速和授时。如下图所示，北斗系统BDS主动触发正闰秒，其他系统（GPS/Galileo/GLONASS）不触发，制造时间基准冲突，验证北斗时间权威性、混合系统兼容能力和极端场景鲁棒性。

  性能要求规定了定位精度、测速精度、首次定位时间、重捕获时间、灵敏度、授时性能等要求，就标准要求而言，北斗单模与北斗多模是一致的。

  水平定位精度应优于2m（CEP95），垂直定位精度应优于4m（CEP95）。

  水平定位精度应优于10m（CEP95），垂直定位精度应优于15m（CEP95）。

  水平定位精度应优于2m（CEP95），垂直定位精度应优于4m（CEP95）。

  水平定位精度应优于10m（CEP95），垂直定位精度应优于15m（CEP95）。

  UTC 时间分辨力应优于0.01s。如果对车载卫星定位系统有1PPS输出要求，则其授时精度应优于250ns（CEP95）。

  GPS周计数(WN)和周内秒(TOW)来共同表示当前时刻距离GPS初始时刻的时间差，从而结合闰秒得到当前UTC时刻，完成授时。GPS 系统周计数归零也称为 GPS 周数翻转，是指 GPS 系统的整周计数（WN，10bit）从最大值1023变回0的现象。此前在1999年8月21日、2019年4月6日（UTC时间）先后发生翻转，根据 GPS 系统周计数的规律，第三次GPS周计数翻转将在2038年11月20日24时0分0秒（UTC时间）发生，是以特殊设置如下“系统仿线”，且场景仿线h”。GPS系统周计数归零主要验证接收机及依赖GPS授时的系统在周数翻转（时间跳变）场景下的鲁棒性与功能连续性。

  卫星星座扰动指的是由外部力或内部因素导致卫星星座的轨道参数、空间分布或运作时的状态偏离设计预期的现象。这些扰动会破坏星座原有的几何构型或同步性，间接或直接影响卫星钟的走时精度，导致卫星钟差（卫星钟与标准时间的偏差）出现异常波动，可能会引起定位、测速、授时精度下降。如下图所示，通过模拟卫星星座时间基准同步偏移（钟差）模拟卫星星座扰动，±100ns钟差等效伪距误差约±30米。调整所有卫星的钟差，而非单颗卫星，模拟的是星座级的同步偏差。这种扰动属于系统性风险场景，直接验证接收机在星座时间基准异常时的鲁棒性。

  北斗单模的试验场景，特殊设置则为“在BDS中仿真可见星中的任一个卫星的导航电文中调整卫星钟差，调整为+100ns或-100ns”。

  如同GPS系统，北斗系统的时间基准为北斗时（BDT），采用“整周计数（WN）+ 周内秒计数（SOW）” 的双重机制计时，两种计数方式的归零逻辑不同：

  BDT的周内秒计数（SOW）以每周日北斗时 00:00:00为起点，从零开始重新计数（范围 0-604800 秒，对应7天）。例如，周六 23:59:59的SOW为604799秒，周日00:00:00 自动归零为0秒。这是设计内的正常循环，用于将时间约束在“周”的周期内，便于接收机快速解算卫星信号的时间差。是以如下图所示，特殊设置“系统仿线”，且场景仿线h”。北斗系统秒计数归零主要验证接收机周切换鲁棒性。

  整周计数（WN）以2006 年1月1日UTC 00:00:00为起点，用13位二进制数记录周数（范围0-8191周，约156年）。若未做位数扩展，WN将在2142年左右达到最大值后归零（类似 GPS 的周计数翻转，但周期长，未列入规定要求）。这种“归零”是计数器溢出导致的非预期跳变，可能被接收机误判为时间重置（如回到 2006 年起点）。

  健康字（Health Word）是卫星导航电文的核心字段，用于告知接收机该卫星信号是否可用。当卫星存在严重故障（如信号播发异常、钟差超限）或受干扰，健康字指示信号异常，需接收机主动排除该卫星信号。如下图所示，特殊设置“将BDS、GPS、GLONASS、Galileo中任一卫星星座的导航电文信号健康字设置为异常”。健康字指示信号异常试验，验证接收机屏蔽故障卫星信号，并使用剩余健康卫星解算，维持定位精度的容错能力。

  北斗单模的试验场景，特殊设置则为“将BDS中仿真可见卫星中的任一颗卫星的导航电文信号健康字设置为异常”。

  闰秒（Leap Second）是国际地球自转服务（IERS）为协调“原子时（TAI，基于原子振荡，均匀时间，比地球自转快约37秒/世纪）”与“世界时（UT，地球自转周期，与实际昼夜同步，因地球自转逐渐减缓而不均匀）”的差异，对UTC（协调世界时）进行的“±1秒” 调整。比如，在UTC的12月31日23:59:59 后插入1秒（变为 23:59:60），使UTC与世界时对齐。如下图所示，特殊设置“设置模拟器仿线min”。从闰秒生效前30分钟开始，卫星导航电文会持续播发闰秒预告参数，接收机需在此期间预载处理逻辑。试验运行至30分钟时，仿真器强制插入闰秒，检测接收机时钟跳变是否同步。生效后持续观测定位稳定性，防止时间系统崩溃引发滞后故障。润秒事件试验验证接收机接收机对 “时间基准跳变”的鲁棒性。

  伪距（Pseudorange）是卫星导航中，接收机经过测量卫星信号传播时间计算出的“卫星到接收机的表观距离”（因包含卫星钟差、接收机钟差等误差，并非真实几何距离，故称 “伪距”）。伪距突变指伪距值在短时间内发生非自然的、大幅跳变，通常由卫星信号异常（如欺骗干扰、卫星轨道参数错误）导致。如下图所示，特殊设置“被测车载卫星定位系统正常定位后，将参与解算的 BDS、GPS、GLONASS、Galileo 中任一颗卫星额外增加 2m/s 的伪距”。这一设置通过人为强制改变单颗卫星的伪距变化率（额外施加 2m/s 的伪距增速），模拟伪距“偏离自然变化规律的突变”。单星伪距突变验证接收机的抗干扰/容错能力：测试接收机是否能通过“伪距一致性检验”、“残差检测”等机制，识别伪距突变的卫星，并自动降低其解算权重或排除该卫星，维持定位的连续性与精度。

  北斗单模的试验场景，特殊设置则为“被测车载卫星定位系统正常定位后，将参与解算的 BDS 中任一颗卫星额外增加2m/s的伪距”。

  车载卫星定位系统标准填不了此前国内外在车载卫星定位领域缺乏专门、完备的测试评价标准，特别是缺少对北斗独立工作、基本性能、车规环境的系统性指引。本文主要对车载卫星定位系统的功能、性能、健壮性这三个技术方面的要求部分及其试验办法来进行解读。尤其是聚焦北斗核心、突出“健壮性”重要性，揭示了标准对车载定位系统在复杂、极端、异常环境下可靠运行能力的格外的重视，这必然的联系到智能网联汽车的功能安全和使用者真实的体验。后续作者将围绕射频信号协调要求及电磁兼容（EMC）要求和电气、机械、气候负荷等环境适应性要求做解读。