5大原因！GNSS模拟器为什么需要模拟1000多个信号？

广州虹科电子科技有限公司

2024/10/10 10:36

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全球导航卫星系统 (GNSS) 改变了我们导航和收集地理空间数据的方式。多个卫星星座为导航和地理空间应用提供信号，GNSS信号、辅助增强信号和回波信号的数量惊人。

例如，全球定位系统 (GPS) 目前由30多颗卫星组成（到2025年将达到63颗），每颗卫星都通过不同频率传输多个信号。当您考虑其他GNSS星座（如GLONASS、伽利略和北斗）时，信号总数会显著增加。

此外，随着新卫星的发射和现有卫星的更新，这些星座正在不断发展，未来的卫星数量将会更加惊人。

一、GNSS模拟器的过去与现在

1.过去：充满挑战

从历史上看，模拟全频谱GNSS信号具有挑战性。它需要强大的计算能力、对卫星轨道和信号传播的精确建模，以及对每个星座的独特特征的深入了解。GNSS工程师必须应对信号干扰、卫星几何形状和大气条件的复杂性，以创建真实的测试环境。

模拟所有这些方面超出了传统模拟器的能力，因为传统模拟器无法生成足够的信号数量。但现代硬件正在扩大可能性并消除过去的局限性。

2.现在：GPU的崛起

现代GNSS模拟器，如Skydel驱动的GSG-7、GSG-8，通过利用现代 GPU（图形处理单元，俗称显卡）强大的计算能力来模拟超过1600个GNSS 信号，成功克服了这一技术障碍。

新品：Skydel GSG-8 Gen2

更高信号容量、支持高级场景模拟、可用性更强

通过其软件定义架构，Skydel利用GPU的能力，根据CPU执行的伪距计算加速信号生成和调制，从而实现复杂场景的实时模拟。此功能使GNSS工程师能够创建高度复杂且真实的环境，复制当今世界拥挤的信号景观。模拟数千个GNSS信号可确保全面测试、优化接收器性能并增强导航系统在面临挑战性条件时的弹性，最终为各种应用提供更可靠、更准确的定位。

与FPGA模拟器相比，GPU模拟器的另一个巨大优势是GPU不需要使用固件进行预编程。相反，信号调制是根据天空视图的场景和演变即时（在软件中）完成的。与基于FPGA的模拟器不同，每个星座的模拟信号数量不是静态的，而是纯动态的。

二、为什么需要模拟超过1000个信号

GNSS工程师在确保基于GNSS的系统的可靠性、弹性和精度方面发挥着关键作用，模拟1000 多个信号对于他们的工作至关重要。我们总结了GNSS工程师需要模拟如此大量信号的5大原因。

1.真实的测试环境

模拟1000多个信号使工程师能够准确地复制复杂的现实场景。这有助于他们评估GNSS系统在具有挑战性的条件下的性能，包括信号干扰、多径反射以及视野中卫星数量急剧增加的空间应用。

2.天线阵列优化

许多GNSS应用都依赖于天线阵列。这些可以进一步分为两个行业：

● 商业：自动驾驶车辆和精准农业，依赖天线阵列和多天线应用（例如，无人机进行姿态测量）、RTK定位（基站+流动站）或多车辆应用。

● 抗干扰：CRPA（天线阵列）用于减轻干扰和改善信号接收，工程师使用信号仿真来微调天线设计和配置，确保在多样化或竞争环境中实现最佳性能。

3.具有挑战性的环境模拟

GNSS接收器必须足够灵敏，能够接收在挑战性环境中经常遇到的微弱信号。模拟城市峡谷、隧道或桥梁等地点信号衰弱的能力对于精确定位至关重要。模拟大量信号（例如多径回波）可帮助工程师评估接收器灵敏度和采集能力，即使在低信号条件下也能确保可靠的性能。

4.安全增强

在当今世界，GNSS信号容易受到干扰。通过模拟大量信号，工程师可以开发和测试算法来检测和减轻这些威胁，从而增强GNSS系统的安全性。

5.多星座融合

现代GNSS接收器通常结合来自多个卫星星座的信号，以提高准确性和可用性。通过模拟来自不同星座的信号及其独特的特性，工程师可以优化接收器算法，确保无缝集成以提高定位精度。此外，在LEO PNT星座兴起的推动下，星座、频率和信号的数量正在加速增长。目前，有近7000颗卫星绕地球运行，而且这个数字每月都在增长。

我们用一个例子让您更加直观的了解。我们假设有12颗卫星可见，需要进行模拟。

● 模拟12颗卫星传输GPS L1C/A —— 需要12个信号

● 对于每个附加频点（例如 GPS L2C），我们再添加12个信号

● 因此模拟12颗卫星传输GPS L1C/A + L2C需要2×12 = 24 个信号

● 乘以每个模拟回波的信号数量（多径）。例如：模拟12颗卫星传输GPS L1C/A + L2C和 1 个回波需要24x(1+1)=48 个信号

● 或者在另一个示例中，如果您需要为双天线设备模拟具有1个回波的每个民用信号传输，您将进行以下计算：

○ 60MSps时的信号数量：12 × 15（民用信号数） × 2（两个天线） × 2（回波+1）= 720

○ 125MSps时的信号数量：13 × 15（民用信号数） × 2 （两个天线）× 2 （回波+1）= 780

通过这个实例，您应该清楚，如果想要模拟全星座并仿真各类场景，1000个信号并不算多。

END

GNSS信号的现实世界是广阔而复杂的，有大量的卫星和信号在运行。虽然模拟每个信号可能不切实际，但模拟1000多个信号仍然是GNSS工程师的重要任务。通过使用Skydel模拟如此多的信号，用户能够解决GNSS环境的复杂性、优化系统组件、增强安全措施，并确保在一系列应用和行业中实现准确定位。

Skydel一直致力于实现模拟视野中所有信号的能力。其软件定义架构与利用现代 SDR 和 GPU 的能力相结合，使其能够达到几乎无限数量的信号/通道。事实上，很快，GNSS 模拟器中可能的信号数量将不再是一个区别因素，信号数量“有限”的系统将成为过去。去年，Skydel在信号数量方面取得了巨大进步，并且已经能够在GSG-8模拟器平台上生成1600多个信号（包括传统星座）。无需升级Skydel，更换更高端的硬件（GPU，CPU），Skydel配置能够传输更多信号，而不影响稳定性和性能。

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