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思博伦深耕GNSS模拟与测试
通信产业网|2016-06-23 16:32:33
作者:消息来源:通信产业网

【通信产业网讯】以GPS和北斗为代表的全球卫星定位系统(GNSS)产品已经在中国得到越来越广泛的应用,它们也正在成为汽车、手机、智能穿戴设备等电子产品的标配。当人们享受着GNSS越来越精确的导航、定位、授时功能时,很少有人知道GNSS模拟与测试的重要性与必要性。在第七届中国卫星导航学术年会上,思博伦(SPIRENT)通信客户解决方案主管Steve Hickling先生针对GNSS测试的热点话题接受了本刊记者的专访。

思博伦通信卫星导航事业部客户解决方案主管Steve Hickling先生

GNSS为何需要测试?

多数的技术都围绕专一用途而设计,因此每种技术都有定义完善的标准,例如移动电话在向网络部署之前都要接受一致性测试。Steve解释说,在GNSS中,所有的信号都是单向的、是广播信号,用户设备的用途则是多种多样的,但是全球并没有定义这些用途的统一标准。例如,GSM基站计时设备上的接收机与飞机上的接收机有很大不同;移动电话中的接收机可能需要非常快的首次定位时间,这与军用接收机的要求区别也很大。

GNSS的用途非常广泛,而业内却没有定义具体应用领域的标准,因此,要确保接收机能够在应用中正常运行,就需要具备测试的能力,这就是我们所说的智能测试。思博伦愿意帮助用户进行测试并定义其具体的测试需求。用户需要理解GNSS的能力极限,以及这些极限会在用户的应用领域中以怎样的方式显现出来,然后定义一系列完全适用于这一应用领域的测试方案。用户感兴趣的可能是室内定位的灵敏度,也可能是首次定位时间,还可能是勘测和高精度民用工程应用中的绝对精度水平等,所有这些不同的应用领域,都意味着需要以不同的方式对精度加以优化,并且需要以不同的方式对其进行测试。他强调,由于缺乏标准,必须由开发商和用户自己来进行测试。

那么,GNSS进行测试可以带来哪些好处呢?Steve回答说,我们可以帮助用户节省成本,体现在加快入市速度、尽早筛查不良或故障设备、减少保障返修的数量这三个方面,具体取决于用户处于项目开发的哪个阶段。

首先,在初期阶段(研发阶段),思博伦的测试方案可以让用户无需进行现场试验,在实验室中就完成校验,让测试的效率更高,加快开发时间,缩短上市时间。

其次,在生产阶段,我们可以让测试变得更加高效。在生产线的早期阶段中找出产品存在的缺陷,而不是在增加价值后再发现问题。具体而言,用户可以尽早发现芯片中的问题,确定它们是否通过,在成为成品设备前找到问题,避免高昂的支出。

第三,测试可以减少用户返修和索赔,设备需要在真实环境条件下接受充分的测试,即便测试地点是在中国的实验室,也可以确信它能够在澳大利亚、欧洲或世界任何地方正常运行,当产品发售后,就能确保返修的情况被降至最低水平。

如何模拟环境做好测试?

既然GNSS测试如此重要,那么,如何模拟出千变万化的应用环境呢?Steve告诉记者,第一个方面就是挑战需求,实现与真实天空完全相同的条件。模拟的优势之一就是用户具备对系统所受所有效应的完全控制,而且可以独立引入其中的任何一种效应,具备很高的人为可控性。这种对环境的完全控制对于设备制造商而言非常有用,能够让他们精确地找出问题的来源。对于设备制造商而言,他们并不总是需要精确模拟某种条件的能力,而是有能力控制那些不真实的条件,使之能够尽情探索其接收机的极限。

第二个方面是模拟真实天空测试、记录与回放系统应协同工作。测试真实环境中复杂的RF环境,包括其中大量的多径、衰减、阻挡、干扰等,最好的选择是在模拟器中构建出一个合成环境,结合使用记录与回放系统来完成这一任务。通过现场记录并向接收机反复输送信号,结合模拟器的高控制能力完成测试。在对比测试中,例如两种接收机之间的对比,或是两个固件版本之间的对比,使用记录与回放系统确保可重复性,配合模拟器测试达到更好的效果。这就是为什么思博伦会提供这两种相辅相成的解决方案。Steve表示,虽然模拟器不能完全代表真实环境,但它具备更强的控制能力。思博伦模拟器的模拟效果与真实环境相差无几,能够帮助用户呈现并模拟真实的天空环境。

如今,全球卫星导航定位系统主要有四个,区域性卫星导航定位系统更多,那么,如何做好单一系统与多系统测试呢?

Steve回答说,思博伦一直向用户提供的都是一种适用于所有场景的通用测试中心。无论是北斗、GLONASS、Galileo还是GPS信号,我们都会通过相同的架构提供,测试时选用或不选用某种信号都会变得非常容易。他解释说,如果测试中心只能测试北斗或GLONASS,而另一种测试中心只能测试GPS,而且两者无法全面集成,执行对比测试时就会非常困难。在思博伦的解决方案中,软件是相同的,场景也是相同的,这意味着定义所有测试变量的场景是完全可以在不同设备上迁移的,因此,对添加星群的效果进行量化就会变得非常容易。这还意味着添加星群间计时偏移,以及不同星群的大气建模差异等项目也会变得很容易。总之,将所有的一切集成到一个测试中心,并且通用于所有的平台,我们就很容易看到与之跟踪单个星群相比的递增优势,而且这种能力比仅测试单个星群要强大得多。

Steve认为,测试Multi-GNSS的能力是最重要的,即在一个通用的环境中控制所有星群的设置内容。他认为用户必须拥有对模拟器的控制权,有些模拟系统自己并不生成导航数据,而是使用历史导航数据,记录这些数据并将其回放出来,这使得用户几乎没有机会去探索产品的性能极限,且无法了解某些事件的性能水平,例如向系统中引入误差等。在思博伦的系统上,所有的导航数据以及所有的星群都受到用户的完全控制,而且都是全新生成的,这就为用户提供了探索Multi-GNSS的巨大的灵活性和能力。

满足用户测试需求新变化

Steve认为,在GNSS的测试中,专业设备商注重的是可用的服务,因此我们会使用所有可用的信号。我不认为GPS、北斗和GLONASS在应用方式方面有什么巨大的差异。换句话说,明智的系统设计师会充分利用所有可用的信号。的确,对于在世界各地使用的消费设备而言,为了降低成本,将会部署使用所有可用信号的标准设计。因此,我们不可能看到针对特定地区的设计,多数都是全球性的设计。我们也没有遇到过只要求在应用中使用GPS、北斗、GLONASS和Galileo的用户需求,明智的用户会使用所有这些信号。

谈到用户测试需求的变化,Steve表示,人们对空口(OTA)测试的兴趣越来越浓厚,也就是用空口信号来代替将模拟器的信号传导至接收天线所在位置的作法,对于所有星群而言情况都是如此。人们也对各类信号不同到达时所产生的效应越来越感兴趣,在有代表性的变量条件下进行的空口测试日益成为人们关注的焦点。由于星群的增加,视野内可见的卫星数量也在增加,此类测试的挑战性也随之增大。

在Multi-GNSS条件下,尤其是北斗的出现后,我们已经注意到人们对空口测试的兴趣越来越浓厚。Steve告诉记者,思博伦为此准备了新产品。一是我们的模拟和记录与回放系统都有了新的发展,能够满足多频率的需求,越来越多的用户都开始对多频率感兴趣,我们也因此推出了全新的GSS6450,它是一台真正便携的16-Bit GNSS RF记录与回放测试系统。此外,思博伦开始为用户提供专业服务。很多用户都要求思博伦帮助他们执行测试,针对其特定应用领域开发测试方法,或是在其所在位置进行测试,寻找干扰机等干扰源。因此,我们已经超越了制造和销售设备的层次,开始更多地思考如何帮助用户解决问题,通过服务和咨询方面的工作来帮助用户开展切合需要的测试,正在成为思博伦发展的一个新方向。

二是很多用户要求我们进行空口测试。原因在于,移动电话等设备中的GNSS系统的性能会因其姿态的变化而产生巨大的差异,主要是因为其天线的所在位置会受到各种影响,尤其是受到阻挡。因此,整个测试中都需要用到实际配备天线的设备,而不能将天线排除在测试之外。这意味着用户必须使用具有代表性的信号到达角来执行空口测试。我们已经在这方面开发出了测试方法,实现了较长场景和多星群场景,以非常高效的方式来呈现多种卫星,而这正是思博伦特有的能力。我们将这种方法称为区域暗室(Zoned Chamber),即在一个无反射的微波暗室内将上半球分为多个区,每个分区中都有一个天线,由它广播该分区可见的所有信号,使卫星可以在天空中移动,因此同一颗卫星的信号会从一个分区移动到另一个分区,并且持续其广播。

GNSS区域暗室测量系统

事实已经证明,这个系统对于需要验证到达角的用户非常有用。被测设备可能包括使用定向天线或扼流圈天线来抵制多径或压制地基干扰的移动电话,惟一能够评价此类设计的有效方式就是空口测试,思博伦率先开发了测试方法以适应这种需求趋势。

如何测试高精度接收机

我们的模拟器具备的特性之一就是具备极高的精度水平。为了对这些系统进行测试,您需要高水平的RF生成精度。对于RTK,以及其它具备差分修正信号的系统,您需要针对一系列的参考站生成差分修正消息,而我们正好擅长此事。阿斯顿-马丁车队就是一个很好的例子,我们一直在与阿斯顿-马丁车队合作,帮助参赛车队了解自己的车载GPS模块是否具备极高的精度,需要了解其中的每一项误差,具备量化误差的能力至关重要。通过使用我们的设备,车队能够很好地实现这一目的,这就是高精度的一个很好实例,其关键问题在于计时和振荡器的质量。

RPNT(Robust PNT)测试的领先优势

目前,我们所了解到的多数挑战都与GNSS信号的弱点/漏洞有关,或者如何使系统变得更加强健,这也是GNSS被用于越来越多领域的必然结果。尤其是当与PNT相关联时,必须同时考虑计时、导航和定位这三项能力,一些关键基础设施都会用到PNT技术中的计时(T)能力。因此,我们目前所提供的测试能力中重点就是解决信号弱点/漏洞的问题。多数情况下通常是增加冗余度或添加完全独立的定位、导航和计时源,以便在GNSS服务中断时提供持续的服务。我们看到客户对多星群、多频率,以及涵盖其它传感器的测试需求正在增加,其中包括惯性传感器和其它各类传感器。几乎所有的应用领域都涉及GNSS与其它技术的组合使用。人们仅要求测试单星群L1信号的机率正变得越来越小,更多的是多星群、多频率、GNSS加惯性传感器、GNSS加其它传感器的测试解决方案。

RPNT解决方案

思博伦的全面测试解决方案

思博伦是世界领先的GNSS测试及仿真系统供应商,开发了许多用于测试现代化GPS信号、Galileo信号及服务、增强系统、移动设备中的A-GPS、A-GLONASS、车载导航系统(IVNS)、飞机着陆系统、自适应天线、惯性导航系统(INS)以及军用导航信号等的新系统。思博伦提供的高质量测试解决方案适用于所有的GNSS系统、频率和服务,是全球范围内主要的开发商、集成商、制造商和测试试验室在测试方案需求方面的最优选择。

今天,思博伦继续投资产品开发,以确保其产品继续在GPS,GLONASS,Galileo和Beidou测试中保持领先优势。思博伦从现在开始便可为您提供Multi-GNSS测试产品系列。思博伦在提供北斗信号与测试方法研究、产品开发方面起步很早,从而确保全线产品均支持北斗测试。模拟Multi-GNSS信号的能力极其重要,思博伦的全线产品能够在实际应用中支持所有可用的GNSS信号,能够涵盖最广泛的测试需求,从智能手表等可穿戴设备,到民用航空和军事用途,从消费产品到专业应用的所有GNSS应用领域,思博伦无处不在,随时能够凭借30余年测试领域的丰富经验为您提供帮助。

(欢迎访问www.spirent.cn/positioning了解详情。)

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责任编辑:婉蓉

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