以GPS和北斗為代表的全球衛星定位系統（GNSS）產(chǎn)品已經(jīng)在中國得到越來(lái)越廣泛的應用，它們也正在成為汽車(chē)、手機、智能穿戴設備等電子產(chǎn)品的標配。當人們享受著(zhù)GNSS越來(lái)越精確的導航、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。在第七屆中國衛星導航學(xué)術(shù)年會(huì )上，思博倫（SPIRENT）通信客戶(hù)解決方案主管SteveHickling先生針對GNSS測試的熱點(diǎn)話(huà)題接受了本刊記者的專(zhuān)訪(fǎng)。
思博倫通信衛星導航事業(yè)部客戶(hù)解決方案主管Steve Hickling先生
GNSS為何需要測試？
多數的技術(shù)都圍繞專(zhuān)一用途而設計，因此每種技術(shù)都有定義完善的標準，例如移動(dòng)電話(huà)在向網(wǎng)絡(luò )部署之前都要接受一致性測試。Steve解釋說(shuō)，在GNSS中，所有的信號都是單向的、是廣播信號，用戶(hù)設備的用途則是多種多樣的，但是全球并沒(méi)有定義這些用途的統一標準。例如，GSM基站計時(shí)設備上的接收機與飛機上的接收機有很大不同；移動(dòng)電話(huà)中的接收機可能需要非常快的首次定位時(shí)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(yè)內卻沒(méi)有定義具體應用領(lǐng)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(shuō)的智能測試。思博倫愿意幫助用戶(hù)進(jìn)行測試并定義其具體的測試需求。用戶(hù)需要理解GNSS的能力極限，以及這些極限會(huì )在用戶(hù)的應用領(lǐng)域中以怎樣的方式顯現出來(lái)，然后定義一系列完全適用于這一應用領(lǐng)域的測試方案。用戶(hù)感興趣的可能是室內定位的靈敏度，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用中的絕對精度水平等，所有這些不同的應用領(lǐng)域，都意味著(zhù)需要以不同的方式對精度加以?xún)?yōu)化，并且需要以不同的方式對其進(jìn)行測試。他強調，由于缺乏標準，必須由開(kāi)發(fā)商和用戶(hù)自己來(lái)進(jìn)行測試。
那么，GNSS進(jìn)行測試可以帶來(lái)哪些好處呢？Steve回答說(shuō)，我們可以幫助用戶(hù)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(gè)方面，具體取決于用戶(hù)處于項目開(kāi)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(hù)無(wú)需進(jìn)行現場(chǎng)試驗，在實(shí)驗室中就完成校驗，讓測試的效率更高，加快開(kāi)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(xiàn)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)現問(wèn)題。具體而言，用戶(hù)可以盡早發(fā)現芯片中的問(wèn)題，確定它們是否通過(guò)，在成為成品設備前找到問(wèn)題，避免高昂的支出。
第三，測試可以減少用戶(hù)返修和索賠，設備需要在真實(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(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，如何模擬出千變萬(wàn)化的應用環(huán)境呢？Steve告訴記者，第一個(gè)方面就是挑戰需求，實(shí)現與真實(shí)天空完全相同的條件。模擬的優(yōu)勢之一就是用戶(hù)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(huán)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(wèn)題的來(lái)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(shí)的條件，使之能夠盡情探索其接收機的極限。
第二個(gè)方面是模擬真實(shí)天空測試、記錄與回放系統應協(xié)同工作。測試真實(shí)環(huán)境中復雜的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建出一個(gè)合成環(huán)境，結合使用記錄與回放系統來(lái)完成這一任務(wù)。通過(guò)現場(chǎng)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(gè)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(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(wú)幾，能夠幫助用戶(hù)呈現并模擬真實(shí)的天空環(huán)境。
如今，全球衛星導航定位系統主要有四個(gè)，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(shuō)，思博倫一直向用戶(hù)提供的都是一種適用于所有場(chǎng)景的通用測試中心。無(wú)論是北斗、GLONASS、Galileo還是GPS信號，我們都會(huì )通過(guò)相同的架構提供，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(shuō)，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(wú)法全面集成，執行對比測試時(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(chǎng)景也是相同的，這意味著(zhù)定義所有測試變量的場(chǎng)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(jìn)行量化就會(huì )變得非常容易。這還意味著(zhù)添加星群間計時(shí)偏移，以及不同星群的大氣建模差異等項目也會(huì )變得很容易。總之，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，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)星群要強大得多。
Steve認為，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置內容。他認為用戶(hù)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(lái)，這使得用戶(hù)幾乎沒(méi)有機會(huì )去探索產(chǎn)品的性能極限，且無(wú)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(hù)的完全控制，而且都是全新生成的，這就為用戶(hù)提供了探索Multi-GNSS的巨大的靈活性和能力。
滿(mǎn)足用戶(hù)測試需求新變化
Steve認為，在GNSS的測試中，專(zhuān)業(yè)設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。我不認為GPS、北斗和GLONASS在應用方式方面有什么巨大的差異。換句話(huà)說(shuō)，明智的系統設計師會(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設備而言，為了降低成本，將會(huì )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(méi)有遇到過(guò)只要求在應用中使用GPS、北斗、GLONASS和Galileo的用戶(hù)需求，明智的用戶(hù)會(huì )使用所有這些信號。
談到用戶(hù)測試需求的變化，Steve表示，人們對空口（OTA）測試的興趣越來(lái)越濃厚，也就是用空口信號來(lái)代替將模擬器的信號傳導至接收天線(xiàn)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(lèi)信號不同到達時(shí)所產(chǎn)生的效應越來(lái)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，視野內可見(jiàn)的衛星數量也在增加，此類(lèi)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(jīng)注意到人們對空口測試的興趣越來(lái)越濃厚。Steve告訴記者，思博倫為此準備了新產(chǎn)品。一是我們的模擬和記錄與回放系統都有了新的發(fā)展，能夠滿(mǎn)足多頻率的需求，越來(lái)越多的用戶(hù)都開(kāi)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-BitGNSSRF記錄與回放測試系統。此外，思博倫開(kāi)始為用戶(hù)提供專(zhuān)業(yè)服務(wù)。很多用戶(hù)都要求思博倫幫助他們執行測試，針對其特定應用領(lǐng)域開(kāi)發(fā)測試方法，或是在其所在位置進(jìn)行測試，尋找干擾機等干擾源。因此，我們已經(jīng)超越了制造和銷(xiāo)售設備的層次，開(kāi)始更多地思考如何幫助用戶(hù)解決問(wèn)題，通過(guò)服務(wù)和咨詢(xún)方面的工作來(lái)幫助用戶(hù)開(kāi)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(hù)要求我們進(jìn)行空口測試。原因在于，移動(dòng)電話(huà)等設備中的GNSS系統的性能會(huì )因其姿態(tài)的變化而產(chǎn)生巨大的差異，主要是因為其天線(xiàn)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(xiàn)的設備，而不能將天線(xiàn)排除在測試之外。這意味著(zhù)用戶(hù)必須使用具有代表性的信號到達角來(lái)執行空口測試。我們已經(jīng)在這方面開(kāi)發(fā)出了測試方法，實(shí)現了較長(cháng)場(chǎng)景和多星群場(chǎng)景，以非常高效的方式來(lái)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(chēng)為區域暗室（Zoned Chamber），即在一個(gè)無(wú)反射的微波暗室內將上半球分為多個(gè)區，每個(gè)分區中都有一個(gè)天線(xiàn)，由它廣播該分區可見(jiàn)的所有信號，使衛星可以在天空中移動(dòng)，因此同一顆衛星的信號會(huì )從一個(gè)分區移動(dòng)到另一個(gè)分區，并且持續其廣播。
GNSS區域暗室測量系統
事實(shí)已經(jīng)證明，這個(gè)系統對于需要驗證到達角的用戶(hù)非常有用。被測設備可能包括使用定向天線(xiàn)或扼流圈天線(xiàn)來(lái)抵制多徑或壓制地基干擾的移動(dòng)電話(huà)，惟一能夠評價(jià)此類(lèi)設計的有效方式就是空口測試，思博倫率先開(kāi)發(fā)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(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，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(cháng)此事。阿斯頓－馬丁車(chē)隊就是一個(gè)很好的例子，我們一直在與阿斯頓－馬丁車(chē)隊合作，幫助參賽車(chē)隊了解自己的車(chē)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(guān)重要。通過(guò)使用我們的設備，車(chē)隊能夠很好地實(shí)現這一目的，這就是高精度的一個(gè)很好實(shí)例，其關(guān)鍵問(wèn)題在于計時(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挑戰都與GNSS信號的弱點(diǎn)/漏洞有關(guān)，或者如何使系統變得更加強健，這也是GNSS被用于越來(lái)越多領(lǐng)域的必然結果。尤其是當與PNT相關(guān)聯(lián)時(shí)，必須同時(shí)考慮計時(shí)、導航和定位這三項能力，一些關(guān)鍵基礎設施都會(huì )用到PNT技術(shù)中的計時(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(wèn)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(shí)源，以便在GNSS服務(wù)中斷時(shí)提供持續的服務(wù)。我們看到客戶(hù)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(lèi)傳感器。幾乎所有的應用領(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信號的機率正變得越來(lái)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測試及仿真系統供應商，開(kāi)發(fā)了許多用于測試現代化GPS信號、Galileo信號及服務(wù)、增強系統、移動(dòng)設備中的A-GPS、A-GLONASS、車(chē)載導航系統（IVNS）、飛機著(zhù)陸系統、自適應天線(xiàn)、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(zhì)量測試解決方案適用于所有的GNSS系統、頻率和服務(wù)，是全球范圍內主要的開(kāi)發(fā)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(yōu)選擇。
今天，思博倫繼續投資產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，以確保其產(chǎn)品繼續在GPS，GLONASS，Galileo和Beidou測試中保持領(lǐng)先優(yōu)勢。思博倫從現在開(kāi)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(kāi)發(fā)方面起步很早，從而確保全線(xiàn)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(xiàn)產(chǎn)品能夠在實(shí)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(chǎn)品到專(zhuān)業(yè)應用的所有GNSS應用領(lǐng)域，思博倫無(wú)處不在，隨時(shí)能夠憑借30余年測試領(lǐng)域的豐富經(jīng)驗為您提供幫助。
