在上期文章中，我們介紹了GNSS技術的發展歷程、原理，并對不同類型的定位技術進行了介紹，在本期文章中我們將繼續討論GNSS的優點與應用及其測試方法和解決方案。

GNSS的優點與應用

目前GNSS技術已經成為日常生活不可或缺的一部分，幾乎覆蓋各行各業，包括軍事、農業、交通等。簡單來講，它的應用可以分成：

• 定位與導航：良好的GNSS地理定位服務的準確性、完整性、連續性和可用性為地理定位與導航帶來越來越便捷、高效、準確的性能，在交通領域的使用實現增長和多樣化，可應用于道路交通與鐵路、智能與自動駕駛，航空航天，海運與物流等。
• 授時：GNSS技術在該領域具有巨大突破，降低了專用物理通道搭建成本，實施簡單，并且有著令人滿意的精度，GNSS信號已成為網絡運營商傳播公共時間源的重要、全球化和標準化手段。
• 追蹤
• 制圖

而在新應用領域，隨著智慧城市與自動駕駛等新興技術的不斷發展，對高精度衛星導航定位服務的需求逐漸提升，衛星導航應用市場也將隨之進一步擴大。

GNSS測試方法

GNSS終端數量正在急劇上升，應用領域與種類也越來越多，隨之而來的問題就是測試場景越發龐大與復雜。近些年來，針對汽車與相關行業提出了HIL（硬件在環仿真）測試方法，并慢慢嵌入到整車測試系統中去，與其他功能、設備等完成協調測試。

GNSS測試的手段中目前主流的測試方法有三種：

借助真實環境（Live Sky）

這是最原始也是最簡單的測試方法，利用真實環境中的GNSS信號直接進行設備測試，只需具備待測設備和天線即可完成。測試的信號是最真實的，但同時也存在很多問題。

首先，GNSS信號很微弱，在室內近乎于無，因此如果想在室內測試則需要很麻煩的布線與連接，并且也很難在室內進行移動測試；其次，真實天空中的GNSS信號的時間也是真實的，這也意味著每一時刻的測試結果是唯一的，很難進行重現與還原，這對于測試本身來講就存在著無法控制、無法復現、無現重復批量測試的問題。另外，此類方法也無法去測試和模擬一些理論開發中的GNSS信號與系統。

錄制GNSS信號并回放（RF Rocord/Playback）

錄制回放是對真實環境測試的一種進步與加強，將GNSS信號在真實環境中錄制之后即可通過專門的設備重復回放，并針對信號的強度做一定的調節。因此在一次外場測試后，其他時候都可以在室內通過回放的方式來完成測試,既保證了信號的真實性，又給予了信號測試的重復性與部分可調性。

RF錄制回放提供了可重復的測試，但在測試接收機方面用處有限。它本身不允許動態修改場景，也無法進行時間與位置的變化，缺乏靈活性。此外，錄制回放經過AD/DA轉換，受限于硬件性能，精度較差，通常只有真實模擬的25%，而且受錄制接收器的限制，需要大量內存(GBs量級乃至TB)，以及超高性能的配套PC。

借助軟件或硬件完成GNSS信號仿真與測試（Simulation）

GNSS仿真是目前最為先進的GNSS信號測試方法，它通過軟件或硬件直接仿真所需的GNSS信號，近乎實時與無損的傳輸最真實的GNSS信號，相比前兩種方式，它的實現不依賴真實天空信號，而是星歷與修正計算完成信號的輸出。因此這種方法具備非常明顯的優勢，測試信號可以自由編輯與修改時間、地點、信號強度等信息，無需在室外按照實際路徑驅車或行走錄制，并且可以重復測試。此外，它也可以根據相應的文件直接生成RF信號，無需依托現有星座架構，對于未來信號的研發和測試有非常大的優勢。

GNSS仿真的方式因為是依托設備仿真而實現的，所以精度更高，延遲更小，并且完全不需要室外的測試與錄制，大大的降低了外場測試的難度與風險。

GNSS測試場景與解決方案

目前GNSS測試一方面主要是各類接收機本身的測試項目會用到，例如定位時間測試、捕獲時間測試、接收機靈敏度測試、觸發精度測試等。這類測試結構簡單，實現容易。

此外，伴隨著自動駕駛與相關行業的發展，針對高精度定位的測試也逐漸增多，包括V2X、車輛導航、車內娛樂系統測試等，這部分測試大部分都需要在真實環境中聯調測試，無法進行單個模塊的性能測試，因此HIL（hardware in loop）硬件在環仿真測試方法逐漸成為主流，而這也對測試的需求、架構、精度等提出了更高的要求。

在GNSS仿真的現有優勢上，此類基于SDA（軟件定義架構）的仿真方案具有獨特的優勢，這在HIL測試中則體現的更加明顯。

提供對HIL測試的高度集成性與開放性

軟件是基于SDA的GNSS模擬器的基石與支柱，對外的連接與接口都可以針對軟件來完成。以虹科Safran Skydel仿真引擎為例，它是基于Linux開發的，支持Python、C#、C++、Labview等多種語言，用戶可以直接通過編程的方式對設備進行控制與連接，大大提高了HIL系統的構建效率與緊密性。

此外Skydel支持外部控件API，可以在HIL模擬器的前端直接調用Skydel，實現HIL系統一體化。

極低的延遲與可視化的調教系統

HIL（Hardware-in-the-Loop）硬件在環仿真測試系統是采用實時處理器運行仿真模型來模擬受控對象（如：汽車、航空飛機等設備）的運行狀態，以此判斷在自動駕駛的HIL測試中電控模塊的性能。想使用GNSS模擬器測試汽車運行是否正常，就需要把自動駕駛儀的信息返回到GNSS模擬器中，再進行下一個軌跡的模擬。

而目前測試標準與應用場景來看，HIL測試對于實時性有極高的要求，尤其是對于汽車、飛機、航空航天器等高安全要求、高顯示成本、低容錯乃至零容錯的應用，實時性是不可或缺的保障。

虹科Safran GNSS模擬器具有其軟件定義架構的特點，基于Linux開發的Skydel軟件可以作為硬件部分的大腦與心臟，將處理壓力與信號仿真壓力轉移到軟件與平臺上，極大的提高真實軌跡位置的數據處理與GNSS RF信號的輸出能力，在大型場景的通信仿真場景下，延遲可控且極低。

虹科Safran GNSS模擬器的SDA架構產品系列中的GSG7/8的延遲可以達到10ms，經過系統調試與調節，最低甚至可以達到5ms，這是目前業界公布的最低也是最真實的延遲！相對于上一代產品的130ms，虹科Safran GSG7/8可以說真正使得HIL測試達到“近乎實時”的效果。

另外，它內置了延遲調教與可視化的GUI界面，不僅方便用戶真實觀測延遲并通過調整系統參數降低延遲，也提供對外的開放接口，允許客戶在HIL整套系統的層面進行觀測與優化：

強大的功能與參數

GNSS模擬器歸根結底是一種設備或系統，它是為了替代或補充真實環境測試的一種工具。因此一方面要保證真實，另一方面要有強大的性能去支持高度復雜與全面的仿真過程。

• 虹科Safran GNSS模擬器支持多個實例同時仿真，實現大型車隊或復雜多單元場景的仿真效果，實現雙天線姿態校正、RTK場景模擬、車輛碰撞測試、航空航天器實時對接與姿態修正等場景；
• 支持1000Hz的信號迭代率，目前大多數的仿真設備都是10Hz的迭代率，而更高的迭代率意味著可以帶來更高速場景與更高精度的仿真，這對于高精度與高速場景十分重要；
• 在真實環境中，有很多個星座與衛星共存，以手機GNSS接收功能來看，室外隨時都可以捕獲到幾十顆衛星！而這僅僅只是一個接收機。在大型仿真的項目中，存在多個接收機，可能需要上百顆衛星同時進行模擬。考慮到這一場景，基于軟件定義結構的虹科Safran GNSS模擬器具有更為明顯的優勢，可模擬的星座與搜星數量不會受限，只需要添加相應數量的GPU與SDR即可；
• 除此之外，基于軟件定義架構的虹科Safran GNSS模擬器對于時鐘同步精度和數據格式的豐富度都有著強大的支持。

基于這樣的強有力設備，虹科Safran GNSS模擬器針對自動駕駛、V2X等場景均構建了不同的駕駛方案，與多個知名測試廠商合作搭建了多種方案，例如：基于GNSS的自動駕駛功能 HIL測試系統、基于ITS頻段PC5接口的V2V和V2I通信測試系統、集成網聯汽車車隊管理系統測試方案、用于飛行模擬和飛行員培訓的HIL測試系統等。

基于GNSS模擬器仿真的測試手段隨著自動駕駛等高精度定位業務的鋪開，目前已經逐漸成為此類測試的主流方法之一，無論是對于傳統汽車企業、新能源汽車企業，還是測試行業的企業來說，這都是進行GNSS測試的高性能方案。

參考：

① 北斗衛星導航系統網站

② First-TF：What is GNSS?

③ Fibocom：一文讀懂GNSS（全球導航衛星系統）

④ HEXAGON：What are Global Navigation Satellite Systems?