思博倫深耕GNSS模擬與測試

思博倫深耕GNSS模擬與測試

以G P S和北斗為代表的全球衛星定位系統（GNSS）產品已經在中國得到越來越廣泛的應用，它們也正在成為汽車、手機、智能穿戴設備等電子產品的標配。當人們享受著GNSS越來越精確的導航、定位、授時功能時，很少有人知道GNSS模擬與測試的重要性與必要性。在第七屆中國衛星導航學術年會上，思博倫（SPIRENT）通信客戶解決方案主管Steve Hickling先生針對GNSS測試的熱點話題接受了本刊記者的專訪。

GNSS為何需要測試？

多數的技術都圍繞專一用途而設計，因此每種技術都有定義完善的標準，例如移動電話在向網絡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一標準。例如，GSM基站計時設備上的接收機與飛機上的接收機有很大不同；移動電話中的接收機可能需要非?？斓氖状味ㄎ粫r間，這與軍用接收機的要求區別也很大。

GNSS的用途非常廣泛，而業內卻沒有定義具體應用領域的標準，因此，要確保接收機能夠在應用中正常運行，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，以及這些極限會在用戶的應用領域中以怎樣的方式顯現出來，然后定義一系列完全適用于這一應用領域的測試方案。用戶感興趣的可能是室內定位的靈敏度，也可能是首次定位時間，還可能是勘測和高精度民用工程應用中的絕對精度水平等，所有這些不同的應用領域，都意味著需要以不同的方式對精度加以優化，并且需要以不同的方式對其進行測試。他強調，由于缺乏標準，必須由開發商和用戶自己來進行測試。

那么，GNSS進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省成本，體現在加快入市速度、盡早篩查不良或故障設備、減少保障返修的數量這三個方面，具體取決于用戶處于項目開發的哪個階段。

首先，在初期階段（研發階段），思博倫的測試方案可以讓用戶無需進行現場試驗，在實驗室中就完成校驗，讓測試的效率更高，加快開發時間，縮短上市時間。

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

第三，測試可以減少用戶返修和索賠，設備需要在真實環境條件下接受充分的測試，即便測試地點是在中國的實驗室，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行，當產品發售后，就能確保返修的情況被降至最低水平。

如何模擬環境做好測試？

既然GNSS測試如此重要，那么，如何模擬出千變萬化的應用環境呢？Steve告訴記者，第一個方面就是挑戰需求，實現與真實天空完全相同的條件。模擬的優勢之一就是用戶具備對系統所受所有效應的完全控制，而且可以獨立引入其中的任何一種效應，具備很高的人為可控性。這種對環境的完全控制對于設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的條件，使之能夠盡情探索其接收機的極限。

第二個方面是模擬真實天空測試、記錄與回放系統應協同工作。測試真實環境中復雜的RF環境，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建出一個合成環境，結合使用記錄與回放系統來完成這一任務。通過現場記錄并向接收機反復輸送信號，結合模擬器的高控制能力完成測試。在對比測試中，例如兩種接收機之間的對比，或是兩個固件版本之間的對比，使用記錄與回放系統確保可重復性，配合模擬器測試達到更好的效果。這就是為什么思博倫會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環境，但它具備更強的控制能力。思博倫模擬器的模擬效果與真實環境相差無幾，能夠幫助用戶呈現并模擬真實的天空環境。

如今，全球衛星導航定位系統主要有四個，區域性衛星導航定位系統更多，那么，如何做好單一系統與多系統測試呢？

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，我們都會通過相同的架構提供，測試時選用或不選用某種信號都會變得非常容易。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，執行對比測試時就會非常困難。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備上遷移的，因此，對添加星群的效果進行量化就會變得非常容易。這還意味著添加星群間計時偏移，以及不同星群的大氣建模差異等項目也會變得很容易?？傊?，將所有的一切集成到一個測試中心，并且通用于所有的平臺，我們就很容易看到與之跟蹤單個星群相比的遞增優勢，而且這種能力比僅測試單個星群要強大得多。

Steve認為，測試Multi-GNSS的能力是最重要的，即在一個通用的環境中控制所有星群的設置內容。他認為用戶必須擁有對模擬器的控制權，有些模擬系統自己并不生成導航數據，而是使用歷史導航數據，記錄這些數據并將其回放出來，這使得用戶幾乎沒有機會去探索產品的性能極限，且無法了解某些事件的性能水平，例如向系統中引入誤差等。在思博倫的系統上，所有的導航數據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認為，在GNSS的測試中，專業設備商注重的是可用的服務，因此我們會使用所有可用的信號。我不認為GPS、北斗和GLONASS在應用方式方面有什么巨大的差異。換句話說，明智的系統設計師會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設備而言，為了降低成本，將會部署使用所有可用信號的標準設計。因此，我們不可能看到針對特定地區的設計，多數都是全球性的設計。我們也沒有遇到過只要求在應用中使用GPS、北斗、GLONASS和Galileo的用戶需求，明智的用戶會使用所有這些信號。

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時所產生的效應越來越感興趣，在有代表性的變量條件下進行的空口測試日益成為人們關注的焦點。由于星群的增加，視野內可見的衛星數量也在增加，此類測試的挑戰性也隨之增大。

在Multi-GNSS條件下，尤其是北斗的出現后，我們已經注意到人們對空口測試的興趣越來越濃厚。Steve告訴記者，思博倫為此準備了新產品。一是我們的模擬和記錄與回放系統都有了新的發展，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，它是一臺真正便攜的16-Bit GNSS RF記錄與回放測試系統。此外，思博倫開始為用戶提供專業服務。很多用戶都要求思博倫幫助他們執行測試，針對其特定應用領域開發測試方法，或是在其所在位置進行測試，尋找干擾機等干擾源。因此，我們已經超越了制造和銷售設備的層次，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，正在成為思博倫發展的一個新方向。

二是很多用戶要求我們進行空口測試。原因在于，移動電話等設備中的GNSS系統的性能會因其姿態的變化而產生巨大的差異，主要是因為其天線的所在位置會受到各種影響，尤其是受到阻擋。因此，整個測試中都需要用到實際配備天線的設備，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角來執行空口測試。我們已經在這方面開發出了測試方法，實現了較長場景和多星群場景，以非常高效的方式來呈現多種衛星，而這正是思博倫特有的能力。我們將這種方法稱為區域暗室（Zoned Chamber），即在一個無反射的微波暗室內將上半球分為多個區，每個分區中都有一個天線，由它廣播該分區可見的所有信號，使衛星可以在天空中移動，因此同一顆衛星的信號會從一個分區移動到另一個分區，并且持續其廣播。

事實已經證明，這個系統對于需要驗證到達角的用戶非常有用。被測設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電話，惟一能夠評價此類設計的有效方式就是空口測試，思博倫率先開發了測試方法以適應這種需求趨勢。

如何測試高精度接收機

我們的模擬器具備的特性之一就是具備極高的精度水平。為了對這些系統進行測試，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，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－馬丁車隊就是一個很好的例子，我們一直在與阿斯頓－馬丁車隊合作，幫助參賽車隊了解自己的車載GPS模塊是否具備極高的精度，需要了解其中的每一項誤差，具備量化誤差的能力至關重要。通過使用我們的設備，車隊能夠很好地實現這一目的，這就是高精度的一個很好實例，其關鍵問題在于計時和振蕩器的質量。

圖1 GNSS區域暗室測量系統

RPNT（Robust PNT）測試的領先優勢

目前，我們所了解到的多數挑戰都與GNSS信號的弱點/漏洞有關，或者如何使系統變得更加強健，這也是GNSS被用于越來越多領域的必然結果。尤其是當與PNT相關聯時，必須同時考慮計時、導航和定位這三項能力，一些關鍵基礎設施都會用到PNT技術中的計時（T）能力。因此，我們目前所提供的測試能力中重點就是解決信號弱點/漏洞的問題。多數情況下通常是增加冗余度或添加完全獨立的定位、導航和計時源，以便在GNSS服務中斷時提供持續的服務。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他各類傳感器。幾乎所有的應用領域都涉及GNSS與其它技術的組合使用。人們僅要求測試單星群L1信號的機率正變得越來越小，更多的是多星群、多頻率、GNSS加慣性傳感器、GNSS加其他傳感器的測試解決方案。

圖2 RPNT解決方案

思博倫的全面測試解決方案

思博倫是世界領先的GNSS測試及仿真系統供應商，開發了許多用于測試現代化GPS信號、Galileo信號及服務、增強系統、移動設備中的A-GPS、A-GLONASS、車載導航系統（IVNS）、飛機著陸系統、自適應天線、慣性導航系統（INS）以及軍用導航信號等的新系統。思博倫提供的高質量測試解決方案適用于所有的GNSS系統、頻率和服務，是全球范圍內主要的開發商、集成商、制造商和測試試驗室在測試方案需求方面的最優選擇。

今天，思博倫繼續投資產品開發，以確保其產品繼續在GPS，GLONASS，Galileo和Beidou測試中保持領先優勢。思博倫從現在開始便可為您提供Multi-GNSS測試產品系列。思博倫在提供北斗信號與測試方法研究、產品開發方面起步很早，從而確保全線產品均支持北斗測試。模擬Multi-GNSS信號的能力極其重要，思博倫的全線產品能夠在實際應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備，到民用航空和軍事用途，從消費產品到專業應用的所有GNSS應用領域，思博倫無處不在，隨時能夠憑借30余年測試領域的豐富經驗為您提供幫助。歡迎訪問www.spirent.cn/positioning了解詳情?！?/p>

（本刊記者/趙法彬）