思博倫深耕GNSS模擬與測試

以GPS和北斗為代表的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GNSS）產(chǎn)品已經(jīng)在中國得到越來越廣泛的應(yīng)用，它們也正在成為汽車、手機(jī)、智能穿戴設(shè)備等電子產(chǎn)品的標(biāo)配。當(dāng)人們享受著GNSS越來越精確的導(dǎo)航、定位、授時(shí)功能時(shí)，很少有人知道GNSS模擬與測試的重要性與必要性。在第七屆中國衛(wèi)星導(dǎo)航學(xué)術(shù)年會(huì)上，思博倫（SPIRENT）通信客戶解決方案主管Steve Hickling先生針對GNSS測試的熱點(diǎn)話題接受了本刊記者的專訪。

思博倫通信衛(wèi)星導(dǎo)航事業(yè)部客戶解決方案主管Steve Hickling先生

GNSS為何需要測試？

多數(shù)的技術(shù)都圍繞專一用途而設(shè)計(jì)，因此每種技術(shù)都有定義完善的標(biāo)準(zhǔn)，例如移動(dòng)電話在向網(wǎng)絡(luò)部署之前都要接受一致性測試。Steve解釋說，在GNSS中，所有的信號都是單向的、是廣播信號，用戶設(shè)備的用途則是多種多樣的，但是全球并沒有定義這些用途的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。例如，GSM基站計(jì)時(shí)設(shè)備上的接收機(jī)與飛機(jī)上的接收機(jī)有很大不同；移動(dòng)電話中的接收機(jī)可能需要非�？斓氖状味ㄎ粫r(shí)間，這與軍用接收機(jī)的要求區(qū)別也很大。

GNSS的用途非常廣泛，而業(yè)內(nèi)卻沒有定義具體應(yīng)用領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)，因此，要確保接收機(jī)能夠在應(yīng)用中正常運(yùn)行，就需要具備測試的能力，這就是我們所說的智能測試。思博倫愿意幫助用戶進(jìn)行測試并定義其具體的測試需求。用戶需要理解GNSS的能力極限，以及這些極限會(huì)在用戶的應(yīng)用領(lǐng)域中以怎樣的方式顯現(xiàn)出來，然后定義一系列完全適用于這一應(yīng)用領(lǐng)域的測試方案。用戶感興趣的可能是室內(nèi)定位的靈敏度，也可能是首次定位時(shí)間，還可能是勘測和高精度民用工程應(yīng)用中的絕對精度水平等，所有這些不同的應(yīng)用領(lǐng)域，都意味著需要以不同的方式對精度加以優(yōu)化，并且需要以不同的方式對其進(jìn)行測試。他強(qiáng)調(diào)，由于缺乏標(biāo)準(zhǔn)，必須由開發(fā)商和用戶自己來進(jìn)行測試。

那么，GNSS進(jìn)行測試可以帶來哪些好處呢？Steve回答說，我們可以幫助用戶節(jié)省成本，體現(xiàn)在加快入市速度、盡早篩查不良或故障設(shè)備、減少保障返修的數(shù)量這三個(gè)方面，具體取決于用戶處于項(xiàng)目開發(fā)的哪個(gè)階段。

首先，在初期階段（研發(fā)階段），思博倫的測試方案可以讓用戶無需進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)室中就完成校驗(yàn)，讓測試的效率更高，加快開發(fā)時(shí)間，縮短上市時(shí)間。

其次，在生產(chǎn)階段，我們可以讓測試變得更加高效。在生產(chǎn)線的早期階段中找出產(chǎn)品存在的缺陷，而不是在增加價(jià)值后再發(fā)現(xiàn)問題。具體而言，用戶可以盡早發(fā)現(xiàn)芯片中的問題，確定它們是否通過，在成為成品設(shè)備前找到問題，避免高昂的支出。

第三，測試可以減少用戶返修和索賠，設(shè)備需要在真實(shí)環(huán)境條件下接受充分的測試，即便測試地點(diǎn)是在中國的實(shí)驗(yàn)室，也可以確信它能夠在澳大利亞、歐洲或世界任何地方正常運(yùn)行，當(dāng)產(chǎn)品發(fā)售后，就能確保返修的情況被降至最低水平。

如何模擬環(huán)境做好測試？

既然GNSS測試如此重要，那么，如何模擬出千變?nèi)f化的應(yīng)用環(huán)境呢？Steve告訴記者，第一個(gè)方面就是挑戰(zhàn)需求，實(shí)現(xiàn)與真實(shí)天空完全相同的條件。模擬的優(yōu)勢之一就是用戶具備對系統(tǒng)所受所有效應(yīng)的完全控制，而且可以獨(dú)立引入其中的任何一種效應(yīng)，具備很高的人為可控性。這種對環(huán)境的完全控制對于設(shè)備制造商而言非常有用，能夠讓他們精確地找出問題的來源。對于設(shè)備制造商而言，他們并不總是需要精確模擬某種條件的能力，而是有能力控制那些不真實(shí)的條件，使之能夠盡情探索其接收機(jī)的極限。

第二個(gè)方面是模擬真實(shí)天空測試、記錄與回放系統(tǒng)應(yīng)協(xié)同工作。測試真實(shí)環(huán)境中復(fù)雜的RF環(huán)境，包括其中大量的多徑、衰減、阻擋、干擾等，最好的選擇是在模擬器中構(gòu)建出一個(gè)合成環(huán)境，結(jié)合使用記錄與回放系統(tǒng)來完成這一任務(wù)。通過現(xiàn)場記錄并向接收機(jī)反復(fù)輸送信號，結(jié)合模擬器的高控制能力完成測試。在對比測試中，例如兩種接收機(jī)之間的對比，或是兩個(gè)固件版本之間的對比，使用記錄與回放系統(tǒng)確�？芍貜�(fù)性，配合模擬器測試達(dá)到更好的效果。這就是為什么思博倫會(huì)提供這兩種相輔相成的解決方案。Steve表示，雖然模擬器不能完全代表真實(shí)環(huán)境，但它具備更強(qiáng)的控制能力。思博倫模擬器的模擬效果與真實(shí)環(huán)境相差無幾，能夠幫助用戶呈現(xiàn)并模擬真實(shí)的天空環(huán)境。

如今，全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)主要有四個(gè)，區(qū)域性衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)更多，那么，如何做好單一系統(tǒng)與多系統(tǒng)測試呢？

Steve回答說，思博倫一直向用戶提供的都是一種適用于所有場景的通用測試中心。無論是北斗、GLONASS、Galileo還是GPS信號，我們都會(huì)通過相同的架構(gòu)提供，測試時(shí)選用或不選用某種信號都會(huì)變得非常容易。他解釋說，如果測試中心只能測試北斗或GLONASS，而另一種測試中心只能測試GPS，而且兩者無法全面集成，執(zhí)行對比測試時(shí)就會(huì)非常困難。在思博倫的解決方案中，軟件是相同的，場景也是相同的，這意味著定義所有測試變量的場景是完全可以在不同設(shè)備上遷移的，因此，對添加星群的效果進(jìn)行量化就會(huì)變得非常容易。這還意味著添加星群間計(jì)時(shí)偏移，以及不同星群的大氣建模差異等項(xiàng)目也會(huì)變得很容易�？傊�，將所有的一切集成到一個(gè)測試中心，并且通用于所有的平臺(tái)，我們就很容易看到與之跟蹤單個(gè)星群相比的遞增優(yōu)勢，而且這種能力比僅測試單個(gè)星群要強(qiáng)大得多。

Steve認(rèn)為，測試Multi-GNSS的能力是最重要的，即在一個(gè)通用的環(huán)境中控制所有星群的設(shè)置內(nèi)容。他認(rèn)為用戶必須擁有對模擬器的控制權(quán)，有些模擬系統(tǒng)自己并不生成導(dǎo)航數(shù)據(jù)，而是使用歷史導(dǎo)航數(shù)據(jù)，記錄這些數(shù)據(jù)并將其回放出來，這使得用戶幾乎沒有機(jī)會(huì)去探索產(chǎn)品的性能極限，且無法了解某些事件的性能水平，例如向系統(tǒng)中引入誤差等。在思博倫的系統(tǒng)上，所有的導(dǎo)航數(shù)據(jù)以及所有的星群都受到用戶的完全控制，而且都是全新生成的，這就為用戶提供了探索Multi-GNSS的巨大的靈活性和能力。

滿足用戶測試需求新變化

Steve認(rèn)為，在GNSS的測試中，專業(yè)設(shè)備商注重的是可用的服務(wù)，因此我們會(huì)使用所有可用的信號。我不認(rèn)為GPS、北斗和GLONASS在應(yīng)用方式方面有什么巨大的差異。換句話說，明智的系統(tǒng)設(shè)計(jì)師會(huì)充分利用所有可用的信號。的確，對于在世界各地使用的消費(fèi)設(shè)備而言，為了降低成本，將會(huì)部署使用所有可用信號的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。因此，我們不可能看到針對特定地區(qū)的設(shè)計(jì)，多數(shù)都是全球性的設(shè)計(jì)。我們也沒有遇到過只要求在應(yīng)用中使用GPS、北斗、GLONASS和Galileo的用戶需求，明智的用戶會(huì)使用所有這些信號。

談到用戶測試需求的變化，Steve表示，人們對空口（OTA）測試的興趣越來越濃厚，也就是用空口信號來代替將模擬器的信號傳導(dǎo)至接收天線所在位置的作法，對于所有星群而言情況都是如此。人們也對各類信號不同到達(dá)時(shí)所產(chǎn)生的效應(yīng)越來越感興趣，在有代表性的變量條件下進(jìn)行的空口測試日益成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。由于星群的增加，視野內(nèi)可見的衛(wèi)星數(shù)量也在增加，此類測試的挑戰(zhàn)性也隨之增大。

在Multi-GNSS條件下，尤其是北斗的出現(xiàn)后，我們已經(jīng)注意到人們對空口測試的興趣越來越濃厚。Steve告訴記者，思博倫為此準(zhǔn)備了新產(chǎn)品。一是我們的模擬和記錄與回放系統(tǒng)都有了新的發(fā)展，能夠滿足多頻率的需求，越來越多的用戶都開始對多頻率感興趣，我們也因此推出了全新的GSS6450，它是一臺(tái)真正便攜的16-Bit GNSS RF記錄與回放測試系統(tǒng)。此外，思博倫開始為用戶提供專業(yè)服務(wù)。很多用戶都要求思博倫幫助他們執(zhí)行測試，針對其特定應(yīng)用領(lǐng)域開發(fā)測試方法，或是在其所在位置進(jìn)行測試，尋找干擾機(jī)等干擾源。因此，我們已經(jīng)超越了制造和銷售設(shè)備的層次，開始更多地思考如何幫助用戶解決問題，通過服務(wù)和咨詢方面的工作來幫助用戶開展切合需要的測試，正在成為思博倫發(fā)展的一個(gè)新方向。

二是很多用戶要求我們進(jìn)行空口測試。原因在于，移動(dòng)電話等設(shè)備中的GNSS系統(tǒng)的性能會(huì)因其姿態(tài)的變化而產(chǎn)生巨大的差異，主要是因?yàn)槠涮炀�的所在位置會(huì)受到各種影響，尤其是受到阻擋。因此，整個(gè)測試中都需要用到實(shí)際配備天線的設(shè)備，而不能將天線排除在測試之外。這意味著用戶必須使用具有代表性的信號到達(dá)角來執(zhí)行空口測試。我們已經(jīng)在這方面開發(fā)出了測試方法，實(shí)現(xiàn)了較長場景和多星群場景，以非常高效的方式來呈現(xiàn)多種衛(wèi)星，而這正是思博倫特有的能力。我們將這種方法稱為區(qū)域暗室（Zoned Chamber），即在一個(gè)無反射的微波暗室內(nèi)將上半球分為多個(gè)區(qū)，每個(gè)分區(qū)中都有一個(gè)天線，由它廣播該分區(qū)可見的所有信號，使衛(wèi)星可以在天空中移動(dòng)，因此同一顆衛(wèi)星的信號會(huì)從一個(gè)分區(qū)移動(dòng)到另一個(gè)分區(qū)，并且持續(xù)其廣播。

GNSS區(qū)域暗室測量系統(tǒng)

事實(shí)已經(jīng)證明，這個(gè)系統(tǒng)對于需要驗(yàn)證到達(dá)角的用戶非常有用。被測設(shè)備可能包括使用定向天線或扼流圈天線來抵制多徑或壓制地基干擾的移動(dòng)電話，惟一能夠評價(jià)此類設(shè)計(jì)的有效方式就是空口測試，思博倫率先開發(fā)了測試方法以適應(yīng)這種需求趨勢。

如何測試高精度接收機(jī)

我們的模擬器具備的特性之一就是具備極高的精度水平。為了對這些系統(tǒng)進(jìn)行測試，您需要高水平的RF生成精度。對于RTK，以及其它具備差分修正信號的系統(tǒng)，您需要針對一系列的參考站生成差分修正消息，而我們正好擅長此事。阿斯頓－馬丁車隊(duì)就是一個(gè)很好的例子，我們一直在與阿斯頓－馬丁車隊(duì)合作，幫助參賽車隊(duì)了解自己的車載GPS模塊是否具備極高的精度，需要了解其中的每一項(xiàng)誤差，具備量化誤差的能力至關(guān)重要。通過使用我們的設(shè)備，車隊(duì)能夠很好地實(shí)現(xiàn)這一目的，這就是高精度的一個(gè)很好實(shí)例，其關(guān)鍵問題在于計(jì)時(shí)和振蕩器的質(zhì)量。

RPNT（Robust PNT）測試的領(lǐng)先優(yōu)勢

目前，我們所了解到的多數(shù)挑戰(zhàn)都與GNSS信號的弱點(diǎn)/漏洞有關(guān)，或者如何使系統(tǒng)變得更加強(qiáng)健，這也是GNSS被用于越來越多領(lǐng)域的必然結(jié)果。尤其是當(dāng)與PNT相關(guān)聯(lián)時(shí)，必須同時(shí)考慮計(jì)時(shí)、導(dǎo)航和定位這三項(xiàng)能力，一些關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施都會(huì)用到PNT技術(shù)中的計(jì)時(shí)（T）能力。因此，我們目前所提供的測試能力中重點(diǎn)就是解決信號弱點(diǎn)/漏洞的問題。多數(shù)情況下通常是增加冗余度或添加完全獨(dú)立的定位、導(dǎo)航和計(jì)時(shí)源，以便在GNSS服務(wù)中斷時(shí)提供持續(xù)的服務(wù)。我們看到客戶對多星群、多頻率，以及涵蓋其它傳感器的測試需求正在增加，其中包括慣性傳感器和其它各類傳感器。幾乎所有的應(yīng)用領(lǐng)域都涉及GNSS與其它技術(shù)的組合使用。人們僅要求測試單星群L1信號的機(jī)率正變得越來越小，更多的是多星群、多頻率、GNSS加慣性傳感器、GNSS加其它傳感器的測試解決方案。

RPNT解決方案

思博倫的全面測試解決方案

思博倫是世界領(lǐng)先的GNSS測試及仿真系統(tǒng)供應(yīng)商，開發(fā)了許多用于測試現(xiàn)代化GPS信號、Galileo信號及服務(wù)、增強(qiáng)系統(tǒng)、移動(dòng)設(shè)備中的A-GPS、A-GLONASS、車載導(dǎo)航系統(tǒng)（IVNS）、飛機(jī)著陸系統(tǒng)、自適應(yīng)天線、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（INS）以及軍用導(dǎo)航信號等的新系統(tǒng)。思博倫提供的高質(zhì)量測試解決方案適用于所有的GNSS系統(tǒng)、頻率和服務(wù)，是全球范圍內(nèi)主要的開發(fā)商、集成商、制造商和測試試驗(yàn)室在測試方案需求方面的最優(yōu)選擇。

今天，思博倫繼續(xù)投資產(chǎn)品開發(fā)，以確保其產(chǎn)品繼續(xù)在GPS，GLONASS，Galileo和Beidou測試中保持領(lǐng)先優(yōu)勢。思博倫從現(xiàn)在開始便可為您提供Multi-GNSS測試產(chǎn)品系列。思博倫在提供北斗信號與測試方法研究、產(chǎn)品開發(fā)方面起步很早，從而確保全線產(chǎn)品均支持北斗測試。模擬Multi-GNSS信號的能力極其重要，思博倫的全線產(chǎn)品能夠在實(shí)際應(yīng)用中支持所有可用的GNSS信號，能夠涵蓋最廣泛的測試需求，從智能手表等可穿戴設(shè)備，到民用航空和軍事用途，從消費(fèi)產(chǎn)品到專業(yè)應(yīng)用的所有GNSS應(yīng)用領(lǐng)域，思博倫無處不在，隨時(shí)能夠憑借30余年測試領(lǐng)域的豐富經(jīng)驗(yàn)為您提供幫助。

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