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雷達卡
gps信號發(fā)生器的應用介紹
GPS信號發(fā)生器是什么？
如果您正在開發(fā)依賴GPS等衛(wèi)星信號的任何設備，您一定需要確保它的性能可以滿足其既定任務的要求。但如何才能確定您已經做好準備，能夠在設備投放市場之前滿足真實世界的需求呢？您需要使用GPS信號發(fā)生器執(zhí)行適當?shù)臏y試。
由于缺乏實際的天空信號，實驗室測試便具備了極端的重要性，尤其是當某些衛(wèi)星尚未發(fā)射之時。 衛(wèi)星跟蹤將成為具備GPS能力的設備取得成功的關鍵。如果未能對這一方面開展正確的測試，您的設備剛一進入市場便可能以失敗收場。
GNSS/GPS模擬：一般原理GNSS即全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)，是提供全球覆蓋的衛(wèi)星導航系統(tǒng)的標準名稱。該術語涵蓋了GPS、GLONASS、GALILEO、BEIDOU和其它區(qū)域衛(wèi)星導航系統(tǒng)。
在GNSS出現(xiàn)之初，就有兩種可用于測試導航系統(tǒng)的替代方案：現(xiàn)場測試和實驗室模擬。今天，最佳慣例要求多數(shù)測試需在受控、可重復性的安全實驗室條件下執(zhí)行。這樣不僅可以測試正常條件，還可以對極度惡劣的條件進行測試，包括測試性能的真實和理論極限。此外，這種做法還可以實現(xiàn)目前尚未推入使用或缺乏完整星群的接收機開發(fā)工作。
現(xiàn)實世界的真實天空測試存在巨大的缺陷，因為從本質上真實天空測試已經將受控測試排除在外。經過總結，與采用真實GNSS星群的真實天空測試相比，GNSS模擬器測試的優(yōu)勢如下表所示：
1、采用實際GNSS星群的真實測試
2、對星群信號無控制
3、對環(huán)境條件的控制有限
4、總是在變化的條件導致測試無法重復
5、會遭受調頻和雷達等的意外干擾
6、多余的信號多徑和遮擋
7、無法使用GNSS星群錯誤執(zhí)行測試
8、現(xiàn)場測試和車輛試驗成本高昂
9、受制于GNSS星群的可用信號
10、競爭者可以監(jiān)視現(xiàn)場測試
11、采用GNSS模擬器的實驗室測試
12、可完全控制星群信號
13、可完全控制環(huán)境條件
14、完全可重復
15、無多余的干擾信號
16、無多余的信號效應
17、使用GNSS星群錯誤可輕松測試各類場景
18、實驗室中的測試成本效益更高
19、可測試現(xiàn)有和未來的GNSS信號
20、測試可以安全的在實驗室中執(zhí)行
21、執(zhí)行GPS模擬器測試
搭建并運行一項使用模擬器的接收機測試相對比較簡單。這一過程可以歸納為兩個階段：
定義：定義階段是使用模擬器的控制軟件設定所需的測試參數(shù)。在此階段中，您需要：了解待測接收機的用途及其運行環(huán)境。
確定您需要執(zhí)行的測試。
定義帶適當效應的測試場景。
了解如何將接收機連接至模擬器，以便保持適當?shù)?/font>RF條件。
運行時：在運行時階段中，該場景將會運行，而模擬器硬件將產生所需的RF信號。在此階段中，您需要：
觀察被測接收機并對模擬器進行必要的操控。
分析接收機的性能。這項工作可以實時進行，也可以在測試后分析已記錄到的數(shù)據(jù)。對模擬數(shù)據(jù)的訪問（用于創(chuàng)建測試信號的數(shù)據(jù)）可以通過多種方式實現(xiàn)，包括數(shù)據(jù)流、日志記錄和文件等。這些數(shù)據(jù)接下來可用于與“事實”模擬數(shù)據(jù)對比得出接收機的性能。
GPS信號發(fā)生器的功能
可以為GPS接收機和依賴GPS的系統(tǒng)提供有效且高效的測試手段。GPS模擬器能夠為車輛和衛(wèi)星運動、信號特征、大氣和其它效應建立模型，仿真出GPS接收機在運動平臺上的環(huán)境，使該接收機能夠根據(jù)測試場景的參數(shù)實際執(zhí)行導航。GPS接收機處理模擬信號的方式與處理實際GPS衛(wèi)星信號的方式完全相同。
與使用真實環(huán)境中的實際GPS信號相比，我們的GPS模擬器可以提供出色的測試替代方案。與真實天空測試不同的是，使用模擬器執(zhí)行的測試可以為模擬衛(wèi)星信號和模擬的環(huán)境條件施加完全的控制。利用GPS模擬器，測試人員可以輕松的生成并運行多種不同的測試場景，實現(xiàn)不同類型的測試，并且可以完全控制如下內容：
日期、時間和位置。模擬器可以生成任意位置和時間的GPS星群信號。全世界任意地點或太空中的場景，以及過去、現(xiàn)在和未來的時間，都可以接受測試，而且測試人員完全無需離開實驗室。
車輛運動。模擬器可以為包含GPS接收機的載具建立運動模型，例如飛機、船舶、航天器或地面車輛。包含載具動態(tài)的場景，涵蓋世界上任意地點不同的路線和軌跡，都可以接受測試，而且根本無需實際移動被測的設備。
環(huán)境條件。模擬器可為影響GPS接收機性能的效應建立模型，例如大氣條件、阻擋、多徑反射、天線特性和干擾信號等。這些效應的各種組合和不同水平也都可以在同樣的受控實驗室環(huán)境中得到測試。
信號錯誤和不精確問題。模擬器可以控制GPS星群信號的內容和特點。通過運行測試，可以確定設備在各種GPS星群信號錯誤發(fā)生時會有怎樣的表現(xiàn)。
為什么要使用GPS模擬器？
當您在考慮一種完全運營的GNSS系統(tǒng)時，例如GPS，您很容易會認為測試接收要時只需連接至一個適合的天線，將天線放在最近的窗口，或者車輛或建筑物的頂上就可以檢查接收機是否能夠使用接收到的GNSS信號來實現(xiàn)定位、跟蹤和導航。從某種程度上來說，這種想法是可以接受的。這種方法，即在本文中被稱為"真實天空"測試，確實可以驗證接收機的基本RF和處理線路是否具備基礎的工作能力。
然而，我們感興趣的是測試，而不僅僅是檢查是否能夠運行。因此，真實天空只適用于簡單的運行檢查，確認在存在真實的損傷時機是否能夠成功運行，但在產品的概念規(guī)劃、設計、開發(fā)、生產和集成生命周期中，我們卻無法依賴它來執(zhí)行測試。使用真實世界中的信號確實是確認存在真實損傷或真實運行挑戰(zhàn)時接收機性能的最簡單方式。記錄與回放系統(tǒng)能夠為GNSS模擬器的能力提供補充，將真實世界環(huán)境完整的"豐富性"捕捉下來，并在實驗室中加以回放。
我們將對這些事實背后的原因做一些詳細的分析。
真實天空測試存在的問題
在執(zhí)行真實天空測試時必須面對許多的未知因素。這些未知因素包括：
衛(wèi)星時鐘錯誤
從長遠看，這些錯誤會在導航消息和修正廣播中得到糾正，但由于此類消息的更新頻率很低，時鐘錯誤在糾正之前確實會存在一段時間。
模擬器的優(yōu)勢：通過使用衛(wèi)星模擬器，衛(wèi)星時鐘是不存在錯誤的，除非您希望它存在，而且無論是存在還是不存在，您都可以準確地了解它們并且在已知的時間予以實施。
衛(wèi)星軌道錯誤
導航消息中標稱的每顆衛(wèi)星的位置與其在軌道中的物理位置是不同的。這是因為太陽、月球和地球的引力效應會部分導致軌道錯誤，從而累積形成了衛(wèi)星軌道的微擾。
模擬器的優(yōu)勢：利用模擬器，我們可以消除所有的軌道錯誤，并使用"完美"的星群，也可以通過受控的方式實現(xiàn)完全可量化的錯誤。
導航數(shù)據(jù)錯誤
與任何數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)一樣，數(shù)據(jù)在調制、解調和傳輸過程中都可能發(fā)生錯誤。例如，為了提高強健性，GPS系統(tǒng)導航消息的每個字中最后6位為奇偶校驗位，用于探測位錯誤。然而，錯誤仍然可能發(fā)生，而且這些錯誤不會得到糾正。
SYN5203型GPS信號模擬器的優(yōu)勢：利用模擬器時不可能有導航數(shù)據(jù)錯誤發(fā)生，除非是故意施加的。
大氣錯誤
GPS信號必須穿過大氣中各層，而它們主要由兩個部分構成，即電離層和對流層。電離層（地球表面上方70至1000千米）中的自由電子會導致GPS信號的調制發(fā)生延遲，延遲的程度與電子密度呈正比（信號穿過電離層的傳播速度會以地面速度表示）。同樣的條件也會導致RF載波的相位發(fā)生等量的提前。（信號穿過電離層的傳播速度會以相位速度表示）
模擬器的優(yōu)勢：利用模擬器，我們可以完全禁用大氣層，從而消除這些錯誤。相反，我們也可以將這些錯誤施加在已知模型上，并對其加以全面記錄。
多徑
GPS信號屬于視線信號，可以被看作類似于一束光線。如果信號束以小于內反射臨界角的角度落在RF反射表面上，就會發(fā)生反射，并出現(xiàn)一定的衰減。因此，接收機可能不僅接收到直射的視線信號束，還可能收到反射的版本。接收機根本不可能知道它們中的哪一個是真正的視線信號，因此會將兩個都利用起來，并且繼承反射信號中呈現(xiàn)出的延遲錯誤。
模擬器的優(yōu)勢：使用模擬器時，我們可以完全消除多徑，也可以使用各種多徑模型向信號施加多徑。通過這種已知、受控的方式，我們能夠施加多徑，使其在接收機性能上的效應得到準確的分析，并采取適當?shù)脑O計修改或多徑消減措施。而在真實天空條件下，我們根本不可能對任意某個時刻的多徑條件加以量化，因此也就不可能分析和改進接收機在應對多徑時的性能。
干擾
GPS信號在到達接收機天線時已經非常弱，這是因為它們要穿越很長的距離才能從衛(wèi)星到達接收機。這使它們很容易受外部來源的干擾。這些干擾可能是故意的（即人為干擾或欺騙），也可能是非有意的。GPS在面臨干擾時的漏洞已經得到了廣泛記載，鑒于篇幅原因本頁將不再深入討論。
干擾不僅會在接收機的位置計算中引入錯誤，還可能使其導航完全停止。在真實天空測試中，存在干擾的問題將非常明顯，而且根本無法停止。
模擬器的優(yōu)勢：幸運的是，在使用模擬器時根本不存在默認狀態(tài)下的干擾，但如果需要，我們也可以通過可控且可重復的方式模擬出干擾。利用思博倫GSS7765等干擾模擬系統(tǒng)，我們可以施加與接收機間存在不同距離的干擾源。
可重復性
當您在GPS接收機上執(zhí)行測試并發(fā)現(xiàn)其設計中存在弱點時，正常的流程是對設計進行修改，目的是改進接收機。為了確認改進是否有效，您需要重復執(zhí)行完全相同的測試。如果使用的是真實天空，我們就不可能確保后面執(zhí)行的測試能夠讓接收機經歷與最初測試相同的條件。
最明顯的差異是，由于時間不同，接收機可見的星群也將完全不同。這些因素本身就已經決定測試條件是不可能重復的。另外一些不可能保持原樣的特性就是大氣影響和衛(wèi)星的性能。
因此，真實天空不適用于旨在實現(xiàn)設計改進的測試。
SYN5203型GPS信號模擬器的優(yōu)勢：利用星群模擬器，每次運行一個場景時所產生的信號都是完全相同的。場景會在相同日期的相同時間啟動，而且衛(wèi)星的位置也將是相同的，甚至連不同信號間的相對相位偏移與是一樣的。通過這種方式，您就可以確保每次運行接收機測試時都為其模擬完全相同的信號。
可控制性
在任何全面的測試中，對測試條件擁有確定性的精確控制都是必不可少的。設計或系統(tǒng)參數(shù)的精確調整也需要對測試條件實施精確控制的小幅微調。
模擬器的優(yōu)勢：當使用真實天空測試方法時，我們幾乎沒有什么可以控制的東西。除了測試天線的物理位置外，其它的條件都不在我們的控制之下。您不可能讓時間回滾，禁用大氣，調整衛(wèi)星信號、錯誤、數(shù)據(jù)、軌道－而所有這一切正是您需要完全控制的內容。
精度
SYN5203型GPS信號模擬器是一種精密的測試設備，如果維護得當，它的性能將非常精確且完全可控。模擬器信號的保真度遠高于來自真實GPS系統(tǒng)的信號，不僅可以用于測試接收機真實的"實驗室"性能，還意味著模擬器帶來的信號噪音遠低于熱噪音的水平，因此不會給測試帶來任何噪音錯誤。
模擬器的優(yōu)勢：與精度密切關聯(lián)的兩項因素是質量和可靠性。模擬器設計和建造過程中的精確工程，以及管理這些技術門類的質量控制進程，都將確保設備在多年內都能提供可靠的服務。
記錄與回放系統(tǒng)的作用不容小覷
要想對接收機的性能做出全面的評價，就需要對上述的各項損傷的來源做出評估。執(zhí)行這種測試的一種新興技術就是記錄RF信號并在之后在實驗室中回放出來。
模擬器優(yōu)勢：模擬器可以絕對控制測試環(huán)境，并隨意在其中添加或刪除單個的損傷來源。模擬還可以用來評價目前尚未在軌運行的信號，或者是非常昂貴或難以試驗的載具運動極限。的確，通過數(shù)學模型產生的合成信號代表著的是終極的控制能力。
商業(yè)競爭力
如果沒有合理的商業(yè)案例，沒有任何項目能夠生存下來。負責項目管理和預算設置的人們必須對這一問題認真對待。通常的錯誤想法是，與復雜平臺上涉及高動態(tài)應用的現(xiàn)場試驗相比，模擬只是一種省錢的辦法。例如，很明顯我們不可能將航天級的接收機發(fā)射到軌道上，目的只是測試它是否能夠正常工作。但不太明顯的是，模擬可以在不那么復雜的應用中證明自己具有更高的成本效益。幾個月的駕駛測試在成本上足以抵得上一臺模擬器，而且在許多情況下模擬器也是比真實現(xiàn)場測試更具學術意義的選擇。
模擬器的優(yōu)勢：一家領先的歐洲汽車制造商曾經計算過，執(zhí)行真實駕駛測試的總成本為每天5000英磅。除了我們已經討論過的真實測試的技術問題外，僅財務方面的優(yōu)勢就足以證明模擬的巨大競爭力。
GPS模擬的方法
SYN5203型GPS信號模擬器可以為載具和衛(wèi)星的運動、信號特征、大氣和其它效應建立模型，重現(xiàn)GPS接收機在動態(tài)平臺上經歷的環(huán)境，使接收機能夠根據(jù)測試場景的各項參數(shù)，在模擬的RF信號中實現(xiàn)導航。但模擬器并不是能夠完全重現(xiàn)真實世界的神奇魔盒，它不是一種限制，而是一項重大的優(yōu)勢。當RF設計工程師在需要一個受控和可量化的測試信號時，他們肯定不會隨機選擇一種噪音發(fā)生器。同樣，GPS接收機測試人員在需要可控且可重復的模擬GPS測試信號時，也不會隨便選擇一種真實信號重現(xiàn)設備。
由于衛(wèi)星離地面距離遙遠，發(fā)射的GPS信號到達地面已經十分微弱，加上GPS信號難以維持不變，直接使用衛(wèi)星發(fā)射的GPS信號作為分析信號來研究GPS信號結構特征并不方便。而gps信號發(fā)生器因其具有的可控性、可重復性以及靈活性等特點，可以為GPS系統(tǒng)級仿真實驗提供盡量接近于真實的仿真測試環(huán)境，從而為接收機的性能測試、研制開發(fā)帶來了極大的便利。因此，對于GPS信號模擬器的研究在涉及衛(wèi)星導航定位的各個研究領域都有著十分重大的意義。
SYN5203型GPS信號模擬器廣泛應用在基本型和授時型用戶設備的研制、開發(fā)、生產和測試過程的各個環(huán)節(jié).可以完成測距精度測試、導航電文測試、失鎖重捕測試、定位精度測試、測速精度測試、通道時延測試、一致性測試、誤碼率測試等，將大大提升工作效率。
同時也適用于依賴衛(wèi)星導航定位功能的相關產品的研制開發(fā)測試工作，如共享單車，共享汽車，導航定位設備，電子圍欄設備等應用環(huán)境�？蓸O大提高效率，避免頻繁的現(xiàn)場實地測試，大大提高了產品開發(fā)測試部署的速度。
gps信號發(fā)射器作為一個時間定位領域的完整的應用系統(tǒng)，就目前實現(xiàn)的功能而言還不能滿足地面的測試需求，還有很 多關鍵技術有待解決，很多功能需要增加和完善。
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