标准号：T/BEA 43015-2024
标准名称：核电厂室内外定位设备技术要求
团体名称：北京电子仪器行业协会
发布日期：2024年10月20日
实施日期：2024年12月25日
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）
UWB：超宽带技术(UltraWidebandTechnology)
GNSS：全球卫星导航系统(GlobalNavigationSatelliteSystem)
POE：以太网供电(PowerOverEthernet)
UPS：不间断电源(UninterruptiblePowerSupply)
5一般要求
核电厂室内外定位设备的设计应遵循以下原则
a)提供人员定位服务，提高核电厂人员管控和应急响应能力。
b)提高复杂建筑、电磁环境中的定位精度；
c)扩大定位设备可覆盖区域范围，具备可拓展性；
d)减少设备的占地面积、线缆连接和部署成本；
定位设备应能实现对核电厂众多工作人员的高精度、长时间追踪定位，并具有小体积、低重量、高续航、高可靠的易用性。采集的数据类型包括经纬度、二维坐标、定位时间，同时数据具有开放性便于二次统计、分析和计算。
6系统架构
定位设备应采用固定式基站与可移动定位终端的设计思路，便于核电厂内工作人员随身携带。定位设备应基于融合定位架构开发，室外环境下使用卫星定位服务，卫星信号遮挡环境下应用室内定位技术，过渡区域应具有多源数据融合定位功能。
6.1移动定位终端
6.1.1移动定位终端应采用模块化的设计架构，便于组装和维护，建议包括北斗定位模块、UWB模块、无线收发模块、供电模块和主控模块四个部分。
6.1.2室外环境下，移动定位终端应使用北斗定位模块经过算法计算，使标签自身被定位，同时满足室外移动定位设备的低功耗要求。
6.1.3室内环境下，移动定位终端应使用UWB模块与定位基站相互通信，使标签自身被定位，同时满足室内移动定位设备的低功耗要求。
6.1.4移动定位终端的无线收发模块应接收北斗卫星信号、发射UWB脉冲信号，建议包括前置放大器、滤波器、变频器和内置射频天线等部分。
6.1.4移动定位终端的供电模块应同时具备USB接口供电和可充电式电池供电两种方式，同时设计电池电量、电压检测告警电路。
6.1.5移动定位终端应设计主控模块，整合并控制北斗定位模块、UWB定位模块和供电模块，满足设备通信接口数量、控制接口数量、高处理速度和低功耗等要求。
6.2固定式定位基站
6.2.1定位基站应采用模块化、标准化、系列化的设计架构，减少生产组装成本，提高可拓展性。建议包括北斗地面基准系统、UWB定位基站、供电模块和主控模块。
6.2.2北斗地面基准系统应包括定位接收机、授时机、差分服务控制设备、卫星导航数据质量检测单元、北斗地质环境检测系统和自组网通信单元，以完成量值传递技术、构建统一时间、位置实时标定和溯源体系，提升室外定位精度水平。
6.2.3UWB定位基站应基于无线脉冲技术开发，满足高速率传输和抗干扰的要求。应部署多台UWB定位基站，以接收不同位置、建筑遮挡环境下移动定位终端发射的UWB定位信号。各UWB定位基站之间应采用主—从设计架构，以保证各基站之间时钟同步和数据通信。
6.2.4供电模块应同时具备POE供电和直流电源供电两种方式，以减少线缆连接和工程造价。
6.2.5定位基站应设计主控模块，为超宽带信号收发提供时序，进行数据传输并与软件平台进行通信。
6.3数据传输方式
6.3.1移动定位终端与定位基站之间应通过无线脉冲信号进行数据传输。
6.3.2各定位基站之间应通过以太网线缆进行数据传输。
6.3.3UWB定位基站与软件平台之间应通过网络交换机进行数据传输。
6.3.4北斗地面基准系统与软件平台之间应通过以太网线缆进行数据传输。
6.4软件平台
6.4.1软件平台应提供定位数据解算服务，将原始定位信号处理为经纬度和二维坐标等数据类型。
6.4.2软件平台应基于B/S架构开发，以满足多用户同时访问的需求。
6.4.3软件平台应提供开放式数据接口，便于数据二次处理、分析和统计。
7功能要求
7.1室外定位功能
7.1.1应具备在仅接收BDS播发的公开服务信号环境中实现定位的功能，同时将北斗卫星定位结果上报至软件平台。
7.1.2应具备北斗差分定位的功能，利用差分校正值修正伪距观测量，提供厘米级定位精度。
7.1.3应具备接收北斗频点B1I和B3I的功能，以防止其他GNSS系统对定位设备进行信号欺骗。
7.2室内定位功能
7.2.1应具备UWB测距定位功能，通过测量UWB信号到3个或3个以上定位基站的距离，解算移动定位终端的坐标位置。
7.2.2应具备信号发射功率可调的功能，微弱信号环境下调大发射功率以满足精确定位需求，否则调低发射功率以延长设备连续定位时间。
7.2.3应具备定位频率可调的功能。
7.3定位模式切换功能
7.3.1在室外环境下设备应具备北斗定位的功能，当可参与定位卫星数量小于4个时，设备应切换至室内定位模式。
7.3.2在室内外过渡区域，定位终端应具备自主判断、切换定位模式的功能。
7.3.3在室内外过渡区域，软件平台应具备融合两种模式定位数据的能力，辅助修正定位结果。
7.4数据处理功能
7.4.1应能存储位置信息与事件信息，并生成运动轨迹。
7.4.2应具备历史轨迹查询功能，查询方式应包括按天查询、按事件查询、按设备编号查询功能，室内外轨迹连续、自动切换，应能完整展示轨迹覆盖范围。
7.4.3应具备锁定跟踪目标运动轨迹的能力。
7.4.4应能设定电子围栏，当人员进入设定电子围栏内部时，移动定位终端发出告警音，软件平台发出弹窗提醒。
7.4.1应具备统计人员出/入时刻、数量的能力。
7.5信号抗干扰功能
7.5.1硬件电路板应采用多层印制板，其中数字电路与模拟电路应分开。
7.5.2移动定位终端和定位基站的外壳内壁应贴有防护锡箔，实现电磁兼容，适用于核电厂运行时的辐射环境。
7.5.3定位基站电路应采用浮地设计，与供电模块之间具有隔离措施，避免异常电气信号对设备的干扰。
8技术指标
8.1室外单北斗定位精度应小于5m(RMS)，差分定位精度应小于0.2m(RMS)。
8.2支持北斗频点数量不应小于1个。
8.3北斗定位冷启动首次定位时间不应超过60s。
8.4北斗定位信号捕获灵敏度优于-140dBm，跟踪灵敏度优于-150dBm。
8.5室内UWB定位精度应小于0.2m(RMS)。
8.6UWB定位冷启动首次定位时间不应超过20s。
8.7UWB信号传输频率应设定在7.235~8.750GHz之间，UWB发射信号带宽不应小于500MHz(-10dB带宽条件下)，UWB等效全向辐射功率谱密度不应大于-41dBm/MHz。
8.8移动定位终端发射功率应小于100mW，定位频率不应小于1Hz，连续定位时长不应低于30天(定位频率1Hz条件下)，可同时运行的定位终端数量不应低于2000台。
8.9移动定位终端供电模块输出电压应为5V，纹波应小于50mV。
8.10定位基站应选择视野开阔处安装，安装高度在2~8m，距离安装墙体超过0.3m。
8.11定位基站功耗应小于15W，发射功率应小于100mW，各定位基站之间水平距离应小于100m。
8.12定位基站应具备IP67防护级别，自带UPS供电电源，确保断电时工作时长超过1h。
8.13定位基站供电方式为POE时，以太网线缆不应超过100m并使用超五类线缆。
8.14接入式网络交换机应具备POE供电功能，接口数量不低于48口，具备Ipv4和Ipv6三层路由协议、组播技术和策略路由机制，便于动态路由地址重分发。
9测试
9.1室内外定位设备的所有硬件和功能都应经过各级检查和测试，以确保功能项目和性能指标符合设计要求。
9.2在设计开发和实施过程中，应依照测试计划进行广泛的测试。安装前的测试程序，应作为安装后的审核测试、以及确认已安装系统运转性能的长期监视与维护的基础。
9.3测试环境应符合典型核电厂的运行环境，环境温度应为15℃~35℃，相对湿度应为20％~80％，建筑墙体应为普通砖或混凝土砖，厚度应为24~36cm，测试场地地面无剧烈震动，空间环境中无异常电磁干扰。
9.4测试环境构建
室外开阔地带部署北斗地面基准系统，室内四角部署UWB定位基站。
室外布设四个基准点，各基准点在测试前测量标准经纬值，具体方法描述如下：首先在基准点上架设GNSS测量型接收机、通信终端等设备，24h以上连续观测、记录卫星信号和定位结果，定为标准坐标值。
室内布设四个基准点，各基准点在测试前使用全站仪获取标准坐标值，具体方法描述如下：首先设定坐标原点，在坐标系原点处放置全站仪，在室内基准点分别放置反光棱镜。分别测量各基准点与原点的距离和角度，计算并定位标准坐标值。
9.5室外北斗定位精度测试可参照下述步序和方式：
a）将被测定位设备放置在室外基准点上，启动室外定位功能，设置定位频率为1Hz；
b）等待5分钟，观察软件平台是否成功获取定位结果；
c）连续测量5分钟，软件平台记录定位结果的瞬时值；
d）根据已知的标准值计算室外定位精度
9.6北斗导航信号接收频点测试可参照下述步序和方式：
a）使用北斗导航信号模拟器通过射频线连接被测定位设备；
b）控制北斗导航信号模拟器依次播发各BDS导航频点的信号；
c）记录被测定位设备支持接收定位状态的频点数量和型号。
9.7北斗冷启动首次定位时间测试可参照下述步序和方式：
a）将被测定位设备关机，静置7天以上不加电；
b）将被测定位设备放置在室外基准点上，开机并计时；
c）以1Hz的位置更新频率记录被测定位设备连续输出的数据，记录连续10次二维定位误差小于100m的时刻，计算从开机到该时刻所需的时间间隔记为冷启动首次定位时间。
9.8北斗捕获灵敏度测试可参照下述方式：
a）使用北斗导航信号模拟器通过射频线连接被测定位设备；
b）模拟仿真速度2m/s直运动的用户轨迹。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；
c）在模拟器输出信号的每个电平值下，被测定位设备在冷启动状态下开机；
d）当设备捕获导航信号，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，记录该电平值即为捕获灵敏度。
9.9北斗跟踪灵敏度测试可参照下述方式：
a）使用北斗导航信号模拟器通过射频线连接被测定位设备；
b）模拟仿真速度2m/s直运动的用户轨迹。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；
c）在模拟器输出信号的每个电平值下，被测定位设备正常定位后，控制模拟器中断卫星信号30d再恢复到该设置的电平值；
d）若被测定位设备能够在信号恢复后以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，记录该电平值即为跟踪灵敏度。
9.10室内UWB定位精度测试可参照下述步序和方式：
a）将被测定位设备放置在室内基准点上，启动室内定位功能，设置定位频率为1Hz；
b）等待5分钟，观察软件平台是否成功获取定位结果；
c）连续测量5分钟，软件平台记录定位结果的瞬时值；
d）计算室内定位精度。
9.11UWB冷启动首次定位时间的测试可参照下述步序和方式：
a）将被测定位设备关机，放置在室内基准点上，开机并计时；
b）以1Hz的位置更新频率记录被测定位设备连续输出的数据，记录连续10次二维定位误差小于1m的时刻，计算从开机到该时刻所需的时间间隔记为冷启动首次定位时间。
9.12UWB信号传输频率的测试可参照下述步序和方式：
a）将无线信号测试仪与UWB定位基站相连；
b）被测定位设备开机，使用无线信号测试仪测量UWB信号的频率范围。
9.13UWB发射信号带宽的测试可参照下述步序和方式：
a）将频谱分析仪通过射频线与被测定位设备的UWB天线接口相连；
b）依次将频谱分析仪的中心频率和显示带宽分别设置为UWB定位所使用的中心频率和带宽，找到最大峰值频率即为fM，找到峰值功率两侧下降10dB对应的频率，分别记为fL和fH，-10dB带宽记为B-10=fH-fL。
9.14UWB等效全向辐射功率谱密度的测试可参照下述方式：
a）连接测试设备；
b）被测定位设备开机，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。
9.15融合定位功能的测试可参照下述方式：
a）选择一个室外基准点和一个室内基准点；
b）同时启动被测定位设备的室内外定位功能；
c）等待5分钟，系统成功接收定位信号后，由人员携带移动定位终端从室外走入室内基准点；
d）观察定位轨迹是否完整、连续。
e）记录被测设备在室外、室内基准点的定位坐标，按照公式（1）计算融合定位精度。
10安全保障
系统出厂应通过出厂检验，按照本标准第9节对系统的功能、性能和可靠性进行逐一测试，检验系统是否满足本标准第5~8节规定的总则、功能和性能要求。
系统投运前应通过现场检验，所有设备现场安装、调试完毕后，检验系统是否满足本标准第7节对系统的功能、性能和可靠性进行逐一测试，检验系统是否满足本标准第5节和第6节规定的总则、功能和性能要求。
标志、包装、运输、存储应符合GB/T3873的规定。
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、黄子涛、杨子慕、郑哲、王珊珊、邢照凯、王玉、邵佳晔
