gps信號發生器的應用介紹

gps信號發生器的應用介紹
GPS信號發生器是什麼？
若是您正在開發依賴GPS等衛星信號的任何設備，您必定須要確保它的性能能夠知足其既定任務的要求。但如何才能肯定您已經作好準備，可以在設備投放市場以前知足真實世界的需求呢？您須要使用GPS信號發生器執行適當的測試。
因爲缺少實際的天空信號，實驗室測試便具有了極端的重要性，尤爲是當某些衛星還沒有發射之時。 衛星跟蹤將成爲具有GPS能力的設備取得成功的關鍵。若是未能對這一方面開展正確的測試，您的設備剛一進入市場即可能以失敗收場。
GNSS/GPS模擬：通常原理GNSS即全球導航衛星系統，是提供全球覆蓋的衛星導航系統的標準名稱。該術語涵蓋了GPS、GLONASS、GALILEO、BEIDOU和其它區域衛星導航系統。
在GNSS出現之初，就有兩種可用於測試導航系統的替代方案：現場測試和實驗室模擬。今天，最佳慣例要求多數測試需在受控、可重複性的安全實驗室條件下執行。這樣不只能夠測試正常條件，還能夠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，這種作法還能夠實現目前還沒有推入使用或缺少完整星羣的接收機開發工做。
現實世界的真實天空測試存在巨大的缺陷，由於從本質上真實天空測試已經將受控測試排除在外。通過總結，與採用真實GNSS星羣的真實天空測試相比，GNSS模擬器測試的優點以下表所示：
一、採用實際GNSS星羣的真實測試
二、對星羣信號無控制
三、對環境條件的控制有限
四、老是在變化的條件致使測試沒法重複
五、會遭受調頻和雷達等的意外干擾
六、多餘的信號多徑和遮擋
七、沒法使用GNSS星羣錯誤執行測試
八、現場測試和車輛試驗成本高昂
九、受制於GNSS星羣的可用信號
十、競爭者能夠監視現場測試
十一、採用GNSS模擬器的實驗室測試
十二、可徹底控制星羣信號
1三、可徹底控制環境條件
1四、徹底可重複
1五、無多餘的干擾信號
1六、無多餘的信號效應
1七、使用GNSS星羣錯誤可輕鬆測試各種場景
1八、實驗室中的測試成本效益更高
1九、可測試現有和將來的GNSS信號
20、測試能夠安全的在實驗室中執行
2一、執行GPS模擬器測試
搭建並運行一項使用模擬器的接收機測試相對比較簡單。這一過程能夠概括爲兩個階段：
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。在此階段中，您須要：瞭解待測接收機的用途及其運行環境。
肯定您須要執行的測試。
定義帶適當效應的測試場景。
瞭解如何將接收機鏈接至模擬器，以便保持適當的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，您須要：
觀察被測接收機並對模擬器進行必要的操控。
分析接收機的性能。這項工做能夠實時進行，也能夠在測試後分析已記錄到的數據。對模擬數據的訪問（用於建立測試信號的數據）能夠經過多種方式實現，包括數據流、日誌記錄和文件等。這些數據接下來可用於與「事實」模擬數據對比得出接收機的性能。
GPS信號發生器的功能
能夠爲GPS接收機和依賴GPS的系統提供有效且高效的測試手段。GPS模擬器可以爲車輛和衛星運動、信號特徵、大氣和其它效應創建模型，仿真出GPS接收機在運動平臺上的環境，使該接收機可以根據測試場景的參數實際執行導航。GPS接收機處理模擬信號的方式與處理實際GPS衛星信號的方式徹底相同。
與使用真實環境中的實際GPS信號相比，咱們的GPS模擬器能夠提供出色的測試替代方案。與真實天空測試不一樣的是，使用模擬器執行的測試能夠爲模擬衛星信號和模擬的環境條件施加徹底的控制。利用GPS模擬器，測試人員能夠輕鬆的生成並運行多種不一樣的測試場景，實現不一樣類型的測試，而且能夠徹底控制以下內容：
日期、時間和位置。模擬器能夠生成任意位置和時間的GPS星羣信號。全世界任意地點或太空中的場景，以及過去、如今和將來的時間，均可以接受測試，並且測試人員徹底無需離開實驗室。
車輛運動。模擬器能夠爲包含GPS接收機的載具創建運動模型，例如飛機、船舶、航天器或地面車輛。包含載具動態的場景，涵蓋世界上任意地點不一樣的路線和軌跡，均可以接受測試，並且根本無需實際移動被測的設備。
環境條件。模擬器可爲影響GPS接收機性能的效應創建模型，例如大氣條件、阻擋、多徑反射、天線特性和干擾信號等。這些效應的各類組合和不一樣水平也均可以在一樣的受控實驗室環境中獲得測試。
信號錯誤和不精確問題。模擬器能夠控制GPS星羣信號的內容和特色。經過運行測試，能夠肯定設備在各類GPS星羣信號錯誤發生時會有怎樣的表現。
爲何要使用GPS模擬器？
當您在考慮一種徹底運營的GNSS系統時，例如GPS，您很容易會認爲測試接收要時只需鏈接至一個適合的天線，將天線放在最近的窗口，或者車輛或建築物的頂上就能夠檢查接收機是否可以使用接收到的GNSS信號來實現定位、跟蹤和導航。從某種程度上來講，這種想法是能夠接受的。這種方法，即在本文中被稱爲"真實天空"測試，確實能夠驗證接收機的基本RF和處理線路是否具有基礎的工做能力。
然而，咱們感興趣的是測試，而不只僅是檢查是否可以運行。所以，真實天空只適用於簡單的運行檢查，確認在存在真實的損傷時機是否可以成功運行，但在產品的概念規劃、設計、開發、生產和集成生命週期中，咱們卻沒法依賴它來執行測試。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時接收機性能的最簡單方式。記錄與回放系統可以爲GNSS模擬器的能力提供補充，將真實世界環境完整的"豐富性"捕捉下來，並在實驗室中加以回放。
咱們將對這些事實背後的緣由作一些詳細的分析。
真實天空測試存在的問題
在執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獲得糾正，但因爲此類消息的更新頻率很低，時鐘錯誤在糾正以前確實會存在一段時間。
模擬器的優點：經過使用衛星模擬器，衛星時鐘是不存在錯誤的，除非您但願它存在，並且不管是存在仍是不存在，您均可以準確地瞭解它們而且在已知的時間予以實施。
衛星軌道錯誤
導航消息中標稱的每顆衛星的位置與其在軌道中的物理位置是不一樣的。這是由於太陽、月球和地球的引力效應會部分致使軌道錯誤，從而累積造成了衛星軌道的微擾。
模擬器的優點：利用模擬器，咱們能夠消除全部的軌道錯誤，並使用"完美"的星羣，也能夠經過受控的方式實現徹底可量化的錯誤。
導航數據錯誤
與任何數據傳輸系統同樣，數據在調製、解調和傳輸過程當中均可能發生錯誤。例如，爲了提升強健性，GPS系統導航消息的每一個字中最後6位爲奇偶校驗位，用於探測位錯誤。然而，錯誤仍然可能發生，並且這些錯誤不會獲得糾正。
SYN5203型GPS信號模擬器的優點：利用模擬器時不可能有導航數據錯誤發生，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公里）中的自由電子會致使GPS信號的調製發生延遲，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）。一樣的條件也會致使RF載波的相位發生等量的提早。（信號穿過電離層的傳播速度會以相位速度表示）
模擬器的優點：利用模擬器，咱們能夠徹底禁用大氣層，從而消除這些錯誤。相反，咱們也能夠將這些錯誤施加在已知模型上，並對其加以全面記錄。
多徑
GPS信號屬於視線信號，能夠被看做相似於一束光線。若是信號束以小於內反射臨界角的角度落在RF反射表面上，就會發生反射，並出現必定的衰減。所以，接收機可能不只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個是真正的視線信號，所以會將兩個都利用起來，而且繼承反射信號中呈現出的延遲錯誤。
模擬器的優點：使用模擬器時，咱們能夠徹底消除多徑，也可使用各類多徑模型向信號施加多徑。經過這種已知、受控的方式，咱們可以施加多徑，使其在接收機性能上的效應獲得準確的分析，並採起適當的設計修改或多徑消減措施。而在真實天空條件下，咱們根本不可能對任意某個時刻的多徑條件加以量化，所以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很是弱，這是由於它們要穿越很長的距離才能從衛星到達接收機。這使它們很容易受外部來源的干擾。這些干擾多是故意的（即人爲干擾或欺騙），也多是非有意的。GPS在面臨干擾時的漏洞已經獲得了普遍記載，鑑於篇幅緣由本頁將再也不深刻討論。
干擾不只會在接收機的位置計算中引入錯誤，還可能使其導航徹底中止。在真實天空測試中，存在干擾的問題將很是明顯，並且根本沒法中止。
模擬器的優點：幸運的是，在使用模擬器時根本不存在默認狀態下的干擾，但若是須要，咱們也能夠經過可控且可重複的方式模擬出干擾。利用思博倫GSS7765等干擾模擬系統，咱們能夠施加與接收機間存在不一樣距離的干擾源。
可重複性
當您在GPS接收機上執行測試並發現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。爲了確認改進是否有效，您須要重複執行徹底相同的測試。若是使用的是真實天空，咱們就不可能確保後面執行的測試可以讓接收機經歷與最初測試相同的條件。
最明顯的差別是，因爲時間不一樣，接收機可見的星羣也將徹底不一樣。這些因素自己就已經決定測試條件是不可能重複的。另一些不可能保持原樣的特性就是大氣影響和衛星的性能。
所以，真實天空不適用於旨在實現設計改進的測試。
SYN5203型GPS信號模擬器的優點：利用星羣模擬器，每次運行一個場景時所產生的信號都是徹底相同的。場景會在相同日期的相同時間啓動，並且衛星的位置也將是相同的，甚至連不一樣信號間的相對相位偏移與是同樣的。經過這種方式，您就能夠確保每次運行接收機測試時都爲其模擬徹底相同的信號。
可控制性
在任何全面的測試中，對測試條件擁有肯定性的精確控制都是必不可少的。設計或系統參數的精確調整也須要對測試條件實施精確控制的小幅微調。
模擬器的優點：當使用真實天空測試方法時，咱們幾乎沒有什麼能夠控制的東西。除了測試天線的物理位置外，其它的條件都不在咱們的控制之下。您不可能讓時間回滾，禁用大氣，調整衛星信號、錯誤、數據、軌道－而全部這一切正是您須要徹底控制的內容。
精度
SYN5203型GPS信號模擬器是一種精密的測試設備，若是維護得當，它的性能將很是精確且徹底可控。模擬器信號的保真度遠高於來自真實GPS系統的信號，不只能夠用於測試接收機真實的"實驗室"性能，還意味着模擬器帶來的信號噪音遠低於熱噪音的水平，所以不會給測試帶來任何噪音錯誤。
模擬器的優點：與精度密切關聯的兩項因素是質量和可靠性。模擬器設計和建造過程當中的精確工程，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。
記錄與回放系統的做用不容小覷
要想對接收機的性能作出全面的評價，就須要對上述的各項損傷的來源作出評估。執行這種測試的一種新興技術就是記錄RF信號並在以後在實驗室中回放出來。
模擬器優點：模擬器能夠絕對控制測試環境，並隨意在其中添加或刪除單個的損傷來源。模擬還能夠用來評價目前還沒有在軌運行的信號，或者是很是昂貴或難以試驗的載具運動極限。的確，經過數學模型產生的合成信號表明着的是終極的控制能力。
商業競爭力
若是沒有合理的商業案例，沒有任何項目可以生存下來。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。一般的錯誤想法是，與複雜平臺上涉及高動態應用的現場試驗相比，模擬只是一種省錢的辦法。例如，很明顯咱們不可能將航天級的接收機發射到軌道上，目的只是測試它是否可以正常工做。但不太明顯的是，模擬能夠在不那麼複雜的應用中證實本身具備更高的成本效益。幾個月的駕駛測試在成本上足以抵得上一臺模擬器，並且在許多狀況下模擬器也是比真實現場測試更具學術意義的選擇。
模擬器的優點：一家領先的歐洲汽車製造商曾經計算過，執行真實駕駛測試的總成本爲天天5000英磅。除了咱們已經討論過的真實測試的技術問題外，僅財務方面的優點就足以證實模擬的巨大競爭力。
GPS模擬的方法
SYN5203型GPS信號模擬器能夠爲載具和衛星的運動、信號特徵、大氣和其它效應創建模型，重現GPS接收機在動態平臺上經歷的環境，使接收機可以根據測試場景的各項參數，在模擬的RF信號中實現導航。但模擬器並非可以徹底重現真實世界的神奇魔盒，它不是一種限制，而是一項重大的優點。當RF設計工程師在須要一個受控和可量化的測試信號時，他們確定不會隨機選擇一種噪音發生器。一樣，GPS接收機測試人員在須要可控且可重複的模擬GPS測試信號時，也不會隨便選擇一種真實信號重現設備。
因爲衛星離地面距離遙遠，發射的GPS信號到達地面已經十分微弱，加上GPS信號難以維持不變，直接使用衛星發射的GPS信號做爲分析信號來研究GPS信號結構特徵並不方便。而gps信號發生器因其具備的可控性、可重複性以及靈活性等特色，能夠爲GPS系統級仿真實驗提供儘可能接近於真實的仿真測試環境，從而爲接收機的性能測試、研製開發帶來了極大的便利。所以，對於GPS信號模擬器的研究在涉及衛星導航定位的各個研究領域都有着十分重大的意義。
SYN5203型GPS信號模擬器普遍應用在基本型和授時型用戶設備的研製、開發、生產和測試過程的各個環節.能夠完成測距精度測試、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，將大大提高工做效率。
同時也適用於依賴衛星導航定位功能的相關產品的研製開發測試工做，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境。可極大提升效率，避免頻繁的現場實地測試，大大提升了產品開發測試部署的速度。
gps信號發射器做爲一個時間定位領域的完整的應用系統，就目前實現的功能而言還不能知足地面的測試需求，還有很 多關鍵技術有待解決，不少功能須要增長和完善。
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