专利名称：一种机动车gps测速仪检测方法
技术领域：
本发明属于计量测量领域，具体涉及一种高精度机动车GPS测速仪检测方法。
背景技术：
2000年5月，美国取消了 SA限制后，GPS单点定位及测速精度得到了显著 的提高，GPS技术在机动车性能测试及动态导航领域得到了广泛的应用。基于 GPS测速技术的机动车测速仪，通常使用位置差分的方法确定机动车的行驶速 度。采用该方法测量瞬态行驶速度，实时性和精度都不能满足机动车速度检测 的计量要求，因此，釆用位置差分测速的GPS测速仪、导航仪，仅限于民用。 随着GPS测速技术的进一步发展和推广，近年来，基于多普勒频移观测值测量 技术的高精度机动车GPS测速仪因其测速准确、使用方便，开始在国内外机动 车性能测试领域及交通测速计量领域使用，这对高精度机动车GPS测速仪计量 检测技术的研究和发展提出了迫切的要求。
在计量测量领域，为了保证量值统一或测量准确可靠，对高精度机动车GPS 测速仪检测方法的测速误差进行检测是一项重要工作。在国外，高精度机动车 GPS测速仪的检测方法有现场道路比对试验法和实验室模拟速度检测法。例如， 英国将高精度机动车GPS测速仪列为机动车测速仪型式评价试验的标准仪器， 其速度指标的检测依靠特定速度点的现场道路比对试验来完成，使用的比对器 具为非接触测速仪及同类高精度机动车GPS测速仪。
实验室模拟速度检测，采用GPS信号仿真仪，对设定的理论速度值进行GPS 信号的模拟仿真及输出，在理想状态下，对高精度机动车GPS测速仪进行检测， 按其检测工作原理，理论上能够直接溯源至时间/频率基本量。通常情况下，能
5够正常工作的高精度机动车GPS测速仪按照该方法的速度指标检测结果十分准 确，与理论速度值的偏差一般不超过±0. Olkm/h,然而所述现有技术存在以下 不足之处(1 )现有技术中现场道路比对试验法每次试验，都需要对试验场地、 试验车辆及环境条件、人员配备提出较高要求，虽然能够按高精度机动车GPS 测速仪的实际工作状态对其进行检测，但无法实现同一速度点测量重复性的检 测。并且，作为比对器具的非接触测速仪，在道路试验过程会受到多种现场实 际因素的影响，其速度测量指标以及溯源途径，并未得到机动车测速国际计量 领域的公认；(2)现有技术中利用GPS信号仿真仪对高精度机动车GPS测速仪 进行检测，采用了实验室模拟的检测方法，往往忽略了来自卫星、大气、现场 环境等因素对GPS卫星信号产生的不利影响，与高精度机动车GPS测速仪的实 际使用测量状态区别较大，其检测结果不能真实地反映高精度机动车GPS测速 仪在实际使用状态的技术指标水平，因而无法准确进行测速误差的检测。因此， 该现有技术在推广应用时受到较大的限制。
总之，现有技术中，现场道路比对试验法费时费力，且无法对测量重复性 进行检测，而实验室模拟速度检测法又不能按照高精度机动车GPS测速仪现场 实际工作状态进行准确、可靠的检测，难以在高精度机动车GPS测速仪计量检 测行业中普遍推广。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供了一种机动车GPS测速仪的检测方 法，实现了一种基于现场GPS信号速度定标的实验室检测方法，完成了对 高精度机动车GPS测速仪特定速度值测速误差及测量重复性的检测工作， 使检测结果更加准确可靠，且溯源途径直观明确，技术方案简便可行，易 于在计量测量领域推广。
本发明是通过以下技术方案实现的
一种机动车GPS测速仪检测方法，所述方法涉及的实体包括三光束光
6遮挡测速标准装置、试验车速度发生GPS信号记录装置和被检高精度机动 车GPS测速仪7,所述方法包括以下步骤
(1) 现场试验GPS卫星信号速度定标及记录；
(2) 实验室GPS卫星信号回放及检测试验； 所述三光束光遮挡测速标准装置包括控制单元、接收单元和发射单元。 所述试验车速度发生GPS信号记录装置包括试验机动车4、 GPS信号记录/
回放仪5和信号触发单元。
所述GPS信号记录/回放4义5和信号触发单元设置在试一验机动车4上。 所述接收单元和发射单元——相对设置在测速区域内，接收单元和发射单
元分别按距离dl和d2间隔放置于试验车道两旁，保证发射单元发射的激光光
束相互平行且与试验机动车4行驶方向相互垂直；所述接收单元与所述控制单
元连接。
在步骤(1 )中，所述信号触发单元与所述GPS信号记录/回放仪5连接； 所述试验机动车4保持恒定速度按直线行驶通过测速区域，GPS信号记录/回放 仪5同时记录卫星GPS信号；试验机动车4先后触发发射单元发射的三束激光， 由接收单元输出信号至控制单元，控制单元记录三个中断的时刻tl、 t2及t3， 计算得出对应距离dl、 d2及dl+d2内的试验机动车4的行驶平均速度；单次试 验，获得三个平均速度值
vl = ^~7 ; v2 =-; v3 =-
。一d 。-/2 。 —/1
所述试验机动车4沿行驶方向，先后触发发射单元发射的三束激光时，所
述信号触发单元分别接收发射单元发射的三束激光，输出触发信号至GPS信号
记录/回ii^义5，标明GPS信号记录/回-丈4义5所记录的卫星GPS信号对应于测速
区域的起始位置。
所述控制单元计算得到的试验机动车4的行驶平均速度值vl、 v2的偏差必 须满足下式，否则该次试验无效
|v2 _ vl| < 6>所述e是按照被检测高精度机动车GPS测速仪7准确度指标设定的阈值。以试验 机动车行驶通过第一光束和第三光束间的平均速度V3为参考速度值，对测速区 域内GPS信号记录/回放仪5所记录的卫星GPS信号速度定标。
在步骤(2 )中，所述被检高精度机动车GPS测速仪7与所述GPS信号记录 /回放仪5连接；所述GPS信号记录/回放仪5回放硬盘记录的现场试验卫星GPS 信号，所述被检高精度机动车GPS测速仪7连续进行速度测量；对应于测速区 域起始位置的GPS信号，被检高精度机动车GPS测速仪7测得的平均速度值为v， 则测速误差为
连续进行多次信号回放检测试验，计算被检高精度机动车GPS测速仪7的 速度测量重复性o":
式中，n为测量次数。
具体来说，在本方法中，所述控制单元为单片机l;所述接收单元为一组激 光接收器2;所述发射单元为一组激光发射器3;单个所述激光接收器2分別与 所述单片机1连接；单个激光接收器2接收与之相对设置的单个激光发射器3 的激光，然后输出信号至单片机l。
所述试验机动车4为具有巡航定速功能的机动车；所述GPS信号记录/回放 仪5为能够使用硬盘记录信号数据、带有接收天线的GPS信号记录/回放仪；所 述信号触发单元为激光接收触发器6;在步骤(1 )中，所述GPS信号记录/回放 仪5与激光接收触发器6连接，激光接收触发器6接收激光发射器3的激光， 输出触发信号至GPS信号记录/回放仪5。
与现有技术相比，本发明的有益效果是本发明依靠现场标定的GPS信号 为量值传递对象，结合了道路试验的真实可靠和实验室模拟的方便快捷，在实 验室完成了高精度机动车GPS测速仪测速误差、测量重复性等关键计量指标的检测，提高了测量结果的准确可靠性，減少了繁瑣危险的现场试验车高速试验, 便捷可行，且提高了工作效率，易于推广应用。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述
图1 是现场道路试验卫星GPS信号标定示意图
图2是实验室检测高精度机动车GPS测速仪试验局部示意图
具体实施例方式
一种高精度机动车GPS测速仪检测方法，所述方法涉及的实体包括三 光束光遮挡测速标准装置、试验车速度发生GPS信号记录装置和^皮检高精 度机动车GPS测速仪7，所述方法包括以下步骤
(1 )现场试验GPS卫星信号速度定标及记录；
(2)实验室GPS卫星信号回放及检测试验； 如图1所示，所述三光束光遮挡测速标准装置包括控制单元、接收单元和 发射单元。所述控制单元为单片机l;所述接收单元为三个激光接收器2;所述 发射单元为三个激光发射器3;单个所述激光接收器2分别与所述单片机1连接； 单个激光接收器2接收与之相对设置的单个激光发射器3的激光，然后输出信 号至单片机l。
所述试验车速度发生GPS信号记录装置包括试验机动车4、 GPS信号记录/ 回放仪5和信号触发单元。所述试验机动车4为具有巡航定速功能的机动车； 所述GPS信号记录/回放仪5为能够使用硬盘记录信号数据、带有接收天线的GPS 信号记录/回放仪；所述信号触发单元为激光接收触发器6。
所述GPS信号记录/回放仪5和激光接收触发器6设置在试验机动车4上。 所述激光发射器3和激光接收器2 —一相对设置在测速区域内，三个激光
9接收器2和三个激光发射器3分别按距离dl和d2间隔放置于试验车道两旁， 保证三个激光发射器3发射的激光光束相互平行且与试验机动车4行驶方向相 互垂直。
在步骤(1)中，所述激光接收触发器6与所述GPS信号记录/回放仪5连 接；所述试验机动车4保持恒定速度按直线行驶通过测速区域，GPS信号记录/ 回放仪5同时记录卫星GPS信号；试验机动车4先后触发激光发射器3发射的 三束激光，由激光接收器2输出信号至单片机1，单片机l记录三个中断的时刻 tl、 t2及t3,计算得出对应距离dl、 d2及dl+d2内的试验机动车4的行驶平 均速度；单次试验，获得三个平均速度值
vl =-;v2 =-; v3 =-
所述试验机动车4沿行驶方向，先后触发激光发射器3发射的三束激光时， 所述激光接收触发器6分别接收激光发射器3发射的三束激光，输出触发信号 至GPS信号记录/回放4义5,标明GPS信号记录/回放仪5所记录的卫星GPS信号 对应于测速区域的起始位置。
所述单片机1计算得到的试验机动车4的行驶平均速度值vl、 v2的偏差必 须满足下式，否则该次试验无效
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所述e是按照被检测高精度机动车GPS测速仪7准确度指标设定的阈值。以试验 机动车行驶通过第一光束和第三光束间的平均速度V3为参考速度值，对测速区 域内GPS信号记录/回》丈仪5所记录的卫星GPS信号速度定标。
在步骤(2 )中，如图2所示，所述被检高精度机动车GPS测速仪7与所述 GPS信号记录/回放4义5连接；所述GPS信号记录/回放仪5回放硬盘记录的现场 试验卫星GPS信号，所述被检高精度机动车GPS测速仪7连续进行速度测量； 对应于测速区域起始位置的GPS信号，被检高精度机动车GPS测速仪7测得的 平均速度值为v,则测速误差为<formula>formula see original document page 11</formula>
连续进行多次信号回放检测试验，计算被检高精度机动车GPS测速仪7的
速度测量重复性cr:<formula>formula see original document page 11</formula>
式中，n为测量次数。
下面是在具体实施中，使用该发明的方法达到的效果 实施例1:
本实施例对高精度机动车GPS测速仪测速误差进行检测。三个激光接收器 和三个激光发射器分别按距离5m间隔放置于试-险车道两旁，保证三激光光束相 互平行且与试验车行驶方向相互垂直。试验机动车按直线行驶保持恒定速度约 113km/h通过测速区域，GPS信号记录/回放仪同时记录卫星GPS信号。单片机 测得试验机动车的行驶平均速度值VI (113. 92km/h)、 V2 (113. 92km/h )，偏差 为0. OOkm/h为，小于高精度^l动车GPS测速仪厂家准确度指标0. lkm/h，试验 有效。以试验机动车行驶通过第一光束和第三光束间的平均速度V3 (113. 92km/h)为参考速度值，对测速区域内GPS信号记录/回ii仪所记录的卫 星GPS信号速度定标。
GPS信号记录/回放仪回放硬盘记录的现场试验卫星GPS信号，被检高精度 机动车GPS测速仪连续进行速度测量。对应于测速区域起始位置的GPS信号， 被检高精度机动车GPS测速仪测得的平均速度值为113. 85km/h，则测速误差为 —0. 06 % 。
本实施例对高精度机动车GPS测速仪速度测量重复性进行检测。三个激光 接收器和三个激光发射器分别按距离5m间隔放置于试验车道两旁，保证三激光 光束相互平行且与试验车行驶方向相互垂直。试验机动车按直线行驶保持恒定 速度约61km/h通过测速区域，GPS信号记录/回》文仪同时记录卫星GPS信号。单
实施例2:片机测得试验机动车的行驶平均速度值VI (61. 22km/h)、 V2 (61.22km/h),偏 差为0. 00km/h为，小于高精度机动车GPS测速仪厂家准确度指标0. lkm/h，试 验有效。以试验机动车行驶通过第一光束和第三光束间的平均速度V3 (61.22kra/h)为参考速度值，对测速区域内GPS信号记录/回放仪所记录的卫 星GPS信号速度定标。
GPS信号记录/回放仪回放硬盘记录的现场试验卫星GPS信号，被检高精度 机动车GPS测速仪连续进行速度测量。对应于测速区域起始位置的GPS信号， 被检高精度机动车GPS测速仪测得的平均速度值为61.26km/h,则测速误差为 0.07%。进行九次回放重复测量，被检高精度机动车GPS测速仪得到的九个平 均速度值为分别为61. 26km/h、 61. 25km/h、 61. 26km/h、 61. 25km/h、 61. 27km/h、 61.25km/h、 61. 26km/h、 61. 25km/h、 61. 27km/h。被检高精度机动车GPS测速 仪的十次测量的速度测量重复性0. 008km/h。
上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言， 在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形， 而不仅限于本发明上述具体实施方式
所描述的方法，因此前面描述的方式只是 优选地，而并不具有限制性的意义。
权利要求
1.一种机动车GPS测速仪检测方法，所述方法涉及的实体包括三光束光遮挡测速标准装置、试验车速度发生GPS信号记录装置和被检高精度机动车GPS测速仪[7]，其特征在于所述方法包括以下步骤(1)现场试验GPS卫星信号速度定标及记录；(2)实验室GPS卫星信号回放及检测试验；所述三光束光遮挡测速标准装置包括控制单元、接收单元和发射单元；所述试验车速度发生GPS信号记录装置包括试验机动车[4]、GPS信号记录/回放仪[5]和信号触发单元；所述GPS信号记录/回放仪[5]和信号触发单元设置在试验机动车[4]上；所述接收单元和发射单元一一相对设置在测速区域内，接收单元和发射单元分别按距离d1和d2间隔放置于试验车道两旁，保证发射单元发射的激光光束相互平行且与试验机动车[4]行驶方向相互垂直；所述接收单元与所述控制单元连接；在步骤(1)中，所述信号触发单元与所述GPS信号记录/回放仪[5]连接；所述试验机动车[4]保持恒定速度按直线行驶通过测速区域，GPS信号记录/回放仪[5]同时记录卫星GPS信号；试验机动车[4]先后触发发射单元发射的三束激光，由接收单元输出信号至控制单元，控制单元记录三个中断的时刻t1、t2及t3，计算得出对应距离d1、d2及d1+d2内的试验机动车[4]的行驶平均速度；单次试验，获得三个平均速度值<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><mi>v</mi><mn>1</mn><mo>=</mo><mfrac> <mrow><mi>d</mi><mn>1</mn> </mrow> <mrow><mi>t</mi><mn>2</mn><mo>-</mo><mi>t</mi><mn>1</mn> </mrow></mfrac><mo>;</mo> </mrow>]]></math> id="icf0001" file="A2009100829460002C1.tif" wi="21" he="9" top= "206" left = "65" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths><maths id="math0002" num="0002" ><math><![CDATA[ <mrow><mi>v</mi><mn>2</mn><mo>=</mo><mfrac> <mrow><mi>d</mi><mn>2</mn> </mrow> <mrow><mi>t</mi><mn>3</mn><mo>-</mo><mi>t</mi><mn>2</mn> </mrow></mfrac><mo>;</mo> </mrow>]]></math> id="icf0002" file="A2009100829460002C2.tif" wi="21" he="8" top= "207" left = "93" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths><maths id="math0003" num="0003" ><math><![CDATA[ <mrow><mi>v</mi><mn>3</mn><mo>=</mo><mfrac> <mrow><mi>d</mi><mn>1</mn><mo>+</mo><mi>d</mi><mn>1</mn> </mrow> <mrow><mi>t</mi><mn>3</mn><mo>-</mo><mi>t</mi><mn>1</mn> </mrow></mfrac> </mrow>]]></math> id="icf0003" file="A2009100829460002C3.tif" wi="20" he="8" top= "207" left = "123" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>所述试验机动车[4]沿行驶方向，先后触发发射单元发射的三束激光时，所述信号触发单元分别接收发射单元发射的三束激光，输出触发信号至GPS信号记录/回放仪[5]，标明GPS信号记录/回放仪[5]所记录的卫星GPS信号对应于测速区域的起始位置；所述控制单元计算得到的试验机动车[4]的行驶平均速度值v1、v2的偏差必须满足下式，否则该次试验无效|v2-v1|＜θ所述θ是按照被检测高精度机动车GPS测速仪7准确度指标设定的阈值；以试验机动车行驶通过第一光束和第三光束间的平均速度V3为参考速度值，对测速区域内GPS信号记录/回放仪[5]所记录的卫星GPS信号速度定标；在步骤(2)中，所述被检高精度机动车GPS测速仪[7]与所述GPS信号记录/回放仪[5]连接；所述GPS信号记录/回放仪[5]回放硬盘记录的现场试验卫星GPS信号，所述被检高精度机动车GPS测速仪[7]连续进行速度测量；对应于测速区域起始位置的GPS信号，被检高精度机动车GPS测速仪[7]测得的平均速度值为v，则测速误差为<maths id="math0004" num="0004" ><math><![CDATA[ <mrow><mi>Δv</mi><mo>=</mo><mfrac> <mrow><mi>v</mi><mo>-</mo><mi>v</mi><mn>3</mn> </mrow> <mrow><mi>v</mi><mn>3</mn> </mrow></mfrac><mo>×</mo><mn>100</mn><mo>%</mo> </mrow>]]></math></maths>连续进行多次信号回放检测试验，计算被检高精度机动车GPS测速仪[7]的速度测量重复性σ<maths id="math0005" num="0005" ><math><![CDATA[ <mrow><mi>σ</mi><mo>=</mo><msqrt> <mfrac><mn>1</mn><mrow> <mi>n</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn></mrow> </mfrac> <munderover><mi>Σ</mi><mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn></mrow><mi>n</mi> </munderover> <msup><mrow> <mo>(</mo> <mi>vi</mi> <mo>-</mo> <mi>v</mi> <mn>3</mn> <mo>)</mo></mrow><mn>2</mn> </msup></msqrt> </mrow>]]></math></maths>式中，n为测量次数。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述控制单元为单片机[l];所 述接收单元为一组激光"^委收器[2];所述发射单元为一组激光发射器[3];单个 所述激光接收器[2]分别与所述单片机[1]连接；单个激光接收器[2]接收与之相 对设置的单个激光发射器[3]的激光，然后输出信号至单片机[l]。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述试验机动车[4]为具有巡航 定速功能的机动车；所述GPS信号记录/回放仪[5]为能够使用硬盘记录信号数 据、带有接收天线的GPS信号记录/回放仪；所述信号触发单元为激光接收触发器[6];在步骤(l)中，所述GPS信号记录/回放仪[5]与激光接收触发器[6]连 接，激光接收触发器[6]接收激光发射器[3]的激光，输出触发信号至GPS信号 记录/回^L4义[5]。
全文摘要
本发明提供了一种高精度机动车GPS测速仪检测方法，属于计量测量领域。本发明利用三光束光遮挡测速标准装置在测试现场对卫星GPS信号直接进行速度实测定标，通过GPS记录/回放仪保存，然后在实验室进行GPS信号回放来完成高精度机动车GPS测速仪在特定速度值的实验室精确检测，溯源至长度和时间SI基本单位。本发明依靠现场标定的GPS信号为量值传递对象，结合了道路试验的真实可靠和实验室模拟的方便快捷，在实验室完成了高精度机动车GPS测速仪测速误差、测量重复性等关键计量指标的检测，提高了测量结果的准确可靠性，减少了繁琐危险的现场试验车高速试验，便捷可行，且提高了工作效率，易于推广应用。
文档编号G01V8/20GK101539589SQ20091008294
公开日2009年9月23日 申请日期2009年4月27日 优先权日2009年4月27日
发明者桥 孙, 跃 张, 王肖磊, 胡红波, 蔡常青 申请人:中国计量科学研究院