[发明专利]通信与高精度三维定位一体化模块的测试方法和装置

权利要求书

1.一种利用通信与高精度三维定位一体化模块的测试装置对通信与高精度三维定位一体化模块进行测试的方法，其特征在于，

所述的通信与高精度三维定位一体化模块的测试装置，包括一体化模块、终端路由、后台显示终端、测试辅助设备；

所述的一体化模块集成了通信与定位两种功能，同时该模块在测试过程中承担锚节点和侦查节点两种功能角色，且能在两种功能角色之间切换；当该模块作为锚节点时，其实现向外广播自身位置坐标信息的UWB定位基站功能，为侦查节点的精确定位提供支持；当该模块作为侦查节点时，完成实时的自身精确定位功能，上传自身的定位信息至后台显示终端；在该模块中，采用了UWB定位、RTK定位、微惯导定位、气压测高、4G移动通信网定位五种技术来实现无人设备多点协同下的多元融合自适应定位，对五种技术定位数据进行信息融合获得最优定位数据，并能自动选择当前环境精确度最高的定位方法以输出最优定位数据；一体化模块基于自组网通信技术来实现多跳协同通信、网络自适应组网、多子网高速通信功能，实现蜂群分布式通信，搭建整个测试装置的通信架构，为数据传输服务；

所述的终端路由为各个子网间的通信提供支持，其中每个子网由多个工作频段相同且组网的一体化模块组成，各个子网之间数据通信通过终端路由进行转接，从而实现整体网络间的数据传输；同时各个一体化模块通过多跳协同通信进行数据上报，终端路由汇总各一体化模块的定位信息，并发送至后台显示终端进行显示；

所述的后台显示终端对定位信息和态势进行显示，根据侦查节点地理环境模型，进行实时侦查轨迹的后台显示，具备对一体化模块测量得到的路径轨迹的回放功能；

所述的测试辅助设备，为承载一体化模块的无人运动平台，实现各节点的移动功能，为建设测试环境提供支持；

所述的利用通信与高精度三维定位一体化模块的测试装置对通信与高精度三维定位一体化模块进行测试，其具体测试步骤包括：

S1，根据实际应用场景，对一体化模块的子网个数、通信频段和功能角色方式进行分配；当各项分配完成后，多个节点组成一个子网，每个子网选择一个一体化模块作为主节点，根据内设程序设置该节点将自动具有本子网整体传输模式的选择功能；

S2，各节点初始化，配置自身参数；各节点开机，外设硬件上电、同时初始化其所包含的六个功能子模块，每个一体化模块包括调度子模块，UWB子模块，通信子模块，RTK子模块、4G子模块，传感器子模块，定位算法子模块；设置模块本身IP地址和通信频段，并根据步骤S1的分配结果，主节点选择主节点模式并将其传输模式选择为自适应模式，以保证整个子网自适应调整带宽资源，实现最大通信传输速率，普通节点选择从节点模式；

S3，根据测试场景要求，将各节点布置于预定位置，各节点进行组网；按照测试场景要求，初始化后的各个模块进入预定位置；所述的定位算法子模块，获取RTK子模块、4G子模块的RTK定位数据，若RTK无效使用系统默认坐标参数，结合已经具有RTK定位数据的节点进行递推，获得节点初始化位置和速度，相同工作频段的通信子模块自动完成组网；至此，整个测试系统搭建完成；

S4，进行室外相对测距精度测试；

S5，进行室内相对定位精度测试；

S51，选择某个锚节点作为原点，将该节点与其同水平方向的另一锚节点的连线作为x轴，建立三维直角坐标系；

S52，在水平方向上选择一个矩形区域，对该矩形区域进行等间隔划分，得到若干个交叉点，用全站仪或激光测距仪测量出这些交叉点的水平坐标；

S53，在每个交叉点的垂直方向上依次以一定高度间隔选取若干个待测位置点，用全站仪或激光测距仪测量出这些交叉点的垂直坐标；

S54，选择一个侦查节点对每个待测节点进行位置测量；

S55，计算每个待测节点的每次位置测量结果与全站仪测量的参考坐标的水平误差与垂直误差，并分别计算其平均值作为最终的室内相对水平定位误差和室内相对垂直定位误差；

S6，对一体化模块进行室内外三维定位无缝切换能力测试；

S61，选择一个侦查节点，规划测试路径，所规划的测试路径应满足：测试路径应闭合，同时测试路径应包括室内和室外；测试路径在室外和室内之间的基准高度不同，以验证三维定位、高度及楼层的定位能力；每段路经按一定间隔标定若干个待测点；

S62，测试辅助设备搭载侦查节点，由室外出发，按照规划的测试路径依次到达各个待测点，记录此时待测点位置的三维坐标；

S63，检查侦查节点对所有待测点是否输出三维位置信息，从而判断一体化模块是否具有三维定位能力；将待测点的输出的高度信息同其实际高度值进行对比，判断一体化模块的楼层识别能力；观察路径的轨迹回放，判断一体化模块的室内外无缝切换能力；

S7，进行一体化模块的室内外绝对定位精度和协同定位能力测试；

S71，通过RTK和全站仪在测试场景中标定若干个待测点位置并记录其坐标，将其作为待测点位置坐标标准值；室内外绝对定位统一采用CGCS2000中国大地坐标系统，包括北坐标N、东坐标E、高程H，同时按测试场地布局规划好锚节点部署个数和位置，同样使用RTK和全站仪测量好锚节点待部署位置处的参考坐标，作为锚节点位置坐标标准值；

S72，对所有节点完成气压统一标定，按室外向室内推进的顺序部署并规定好各锚节点的层级，同时逐级测量或计算其位置绝对坐标：室外部署的锚节点定为0级，其位置点的绝对坐标通过RTK方法获得；室内走廊处的锚节点定为1级，其位置的绝对坐标通过0级锚节点坐标推算获得；比室内走廊更纵深的室内区域的锚节点定为2级及以上，其位置点的绝对坐标通过上一层级的锚节点位置推算获得，直至完成所需要的室内外区域所有锚节点的安装部署；

S73，规划测试路径，测试路径要包括室内、走廊和室内环境，每条路径要求必须遍历所有的待测点，并按顺序对路径上的所有待测点进行标号；

S74，选择侦查节点作为待测节点，将其配置为每秒发一个数据包，其有效载荷为50个子节点，数据包中至少包含待测节点的标号ID、时间戳和三维坐标；

S75，待测节点沿测试路径从室外起始点开始测试，按测试路径的路径标号顺序遍历所有的待测点，并计算室内外绝对定位的平均水平误差和垂直误差，其具体包括，

S751，计算待测节点在每个待测点处测量输出的坐标的平均值，并与待测点位置坐标标准值进行对比，计算相应的水平误差和垂直误差；

S752，对每个待测节点，均统计其在室外测试区域的所有待测点上的水平误差和垂直误差，分别由小到大进行排序，最终取其某个百分位处的水平误差值和垂直误差值作为室外绝对定位精度；

S753，对每个待测节点，均统计其在室内测试区域的所有待测点上的水平误差和垂直误差，分别由小到大进行排序，最终取其某个百分位处的水平误差值和垂直误差值作为室内绝对定位精度；

S76，计算多点协同定位的平均水平累积误差和垂直累积误差，

S8，进行网络自适应能力测试，其具体包括,

S81，从整个测试装置的所有子网中选择任意一个子网，在测试装置正常运作过程中，通过外部计算机接入该子网中的任意一个节点，登录web网管，观察并记录此时的子网拓扑结构；

S82，选择子网内任意两个节点，将该两个节点连接到外部计算机，使用iperf软件以2Mbps数据速率进行端到端UDP灌包，记录此时web网管拓扑上数据业务的流向；

S83，通过调整所选两个节点位置，使得两个节点间的链路质量变差，记录此时web网管拓扑上数据业务的流向变化和拓扑结构；

S84，恢复所选两个节点原位置，记录此时web拓扑结构、数据业务流向复原的情况；如果整个测试所记录拓扑结构发生改变后又恢复原有拓扑结构，且结构变化符合真实的节点位置调整情况，则证明一体化模块具有网络拓扑自适应能力；如果所记录数据业务流向发生改变后又恢复原有流向，且符合真实的节点位置调整情况，则证明一体化模块具有网络链路自适应能力；从而完成网络自适应能力的测试；

S9，进行最大通信速率测试；其具体包括，

S91，从整个测试装置的所有子网中选择任意一个子网，选择该子网内任意两个节点作为测试节点，将两个节点编号为1#和2#，并将1#和2#测试节点分别连接外部计算机PC1和PC2；

S92，PC1使用iperf软件向PC2发送UDP报文，发送速率配置为30Mbps，时间为60s，PC2使用iperf软件接收端统计传输速率；

S93，连续进行步骤S92若干次，计算PC2所统计的传输速率的平均值，从而完成最大通信速率的测试；

S10，进行传输距离测试；

S11，进行全网端到端通信能力测试；

S12，进行单跳时延测试。