全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng) (GNSS) 改變了我們導(dǎo)航和收集地理空間數(shù)據(jù)的方式。多個衛(wèi)星星座為導(dǎo)航和地理空間應(yīng)用提供信號，GNSS信號、輔助增強(qiáng)信號和回波信號的數(shù)量驚人。

例如，全球定位系統(tǒng) (GPS) 目前由30多顆衛(wèi)星組成（到2025年將達(dá)到63顆），每顆衛(wèi)星都通過不同頻率傳輸多個信號。當(dāng)您考慮其他GNSS星座（如GLONASS、伽利略和北斗）時，信號總數(shù)會顯著增加。

此外，隨著新衛(wèi)星的發(fā)射和現(xiàn)有衛(wèi)星的更新，這些星座正在不斷發(fā)展，未來的衛(wèi)星數(shù)量將會更加驚人。

一、GNSS模擬器的過去與現(xiàn)在

1.過去：充滿挑戰(zhàn)

從歷史上看，模擬全頻譜GNSS信號具有挑戰(zhàn)性。它需要強(qiáng)大的計算能力、對衛(wèi)星軌道和信號傳播的精確建模，以及對每個星座的獨特特征的深入了解。GNSS工程師必須應(yīng)對信號干擾、衛(wèi)星幾何形狀和大氣條件的復(fù)雜性，以創(chuàng)建真實的測試環(huán)境。

模擬所有這些方面超出了傳統(tǒng)模擬器的能力，因為傳統(tǒng)模擬器無法生成足夠的信號數(shù)量。但現(xiàn)代硬件正在擴(kuò)大可能性并消除過去的局限性。

2.現(xiàn)在：GPU的崛起

現(xiàn)代GNSS模擬器，如Skydel驅(qū)動的GSG-7、GSG-8，通過利用現(xiàn)代 GPU（圖形處理單元，俗稱顯卡）強(qiáng)大的計算能力來模擬超過1600個GNSS 信號，成功克服了這一技術(shù)障礙。

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更高信號容量、支持高級場景模擬、可用性更強(qiáng)

通過其軟件定義架構(gòu)，Skydel利用GPU的能力，根據(jù)CPU執(zhí)行的偽距計算加速信號生成和調(diào)制，從而實現(xiàn)復(fù)雜場景的實時模擬。此功能使GNSS工程師能夠創(chuàng)建高度復(fù)雜且真實的環(huán)境，復(fù)制當(dāng)今世界擁擠的信號景觀。模擬數(shù)千個GNSS信號可確保全面測試、優(yōu)化接收器性能并增強(qiáng)導(dǎo)航系統(tǒng)在面臨挑戰(zhàn)性條件時的彈性，最終為各種應(yīng)用提供更可靠、更準(zhǔn)確的定位。

與FPGA模擬器相比，GPU模擬器的另一個巨大優(yōu)勢是GPU不需要使用固件進(jìn)行預(yù)編程。相反，信號調(diào)制是根據(jù)天空視圖的場景和演變即時（在軟件中）完成的。與基于FPGA的模擬器不同，每個星座的模擬信號數(shù)量不是靜態(tài)的，而是純動態(tài)的。

二、為什么需要模擬超過1000個信號

GNSS工程師在確保基于GNSS的系統(tǒng)的可靠性、彈性和精度方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用，模擬1000 多個信號對于他們的工作至關(guān)重要。我們總結(jié)了GNSS工程師需要模擬如此大量信號的5大原因。

1.真實的測試環(huán)境

模擬1000多個信號使工程師能夠準(zhǔn)確地復(fù)制復(fù)雜的現(xiàn)實場景。這有助于他們評估GNSS系統(tǒng)在具有挑戰(zhàn)性的條件下的性能，包括信號干擾、多徑反射以及視野中衛(wèi)星數(shù)量急劇增加的空間應(yīng)用。

2.天線陣列優(yōu)化

許多GNSS應(yīng)用都依賴于天線陣列。這些可以進(jìn)一步分為兩個行業(yè)：

● 商業(yè)：自動駕駛車輛和精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)，依賴天線陣列和多天線應(yīng)用（例如，無人機(jī)進(jìn)行姿態(tài)測量）、RTK定位（基站+流動站）或多車輛應(yīng)用。

● 抗干擾：CRPA（天線陣列）用于減輕干擾和改善信號接收，工程師使用信號仿真來微調(diào)天線設(shè)計和配置，確保在多樣化或競爭環(huán)境中實現(xiàn)最佳性能。

3.具有挑戰(zhàn)性的環(huán)境模擬

GNSS接收器必須足夠靈敏，能夠接收在挑戰(zhàn)性環(huán)境中經(jīng)常遇到的微弱信號。模擬城市峽谷、隧道或橋梁等地點信號衰弱的能力對于精確定位至關(guān)重要。模擬大量信號（例如多徑回波）可幫助工程師評估接收器靈敏度和采集能力，即使在低信號條件下也能確保可靠的性能。

4.安全增強(qiáng)

在當(dāng)今世界，GNSS信號容易受到干擾。通過模擬大量信號，工程師可以開發(fā)和測試算法來檢測和減輕這些威脅，從而增強(qiáng)GNSS系統(tǒng)的安全性。

5.多星座融合

現(xiàn)代GNSS接收器通常結(jié)合來自多個衛(wèi)星星座的信號，以提高準(zhǔn)確性和可用性。通過模擬來自不同星座的信號及其獨特的特性，工程師可以優(yōu)化接收器算法，確保無縫集成以提高定位精度。此外，在LEO PNT星座興起的推動下，星座、頻率和信號的數(shù)量正在加速增長。目前，有近7000顆衛(wèi)星繞地球運行，而且這個數(shù)字每月都在增長。

我們用一個例子讓您更加直觀的了解。我們假設(shè)有12顆衛(wèi)星可見，需要進(jìn)行模擬。

● 模擬12顆衛(wèi)星傳輸GPS L1C/A —— 需要12個信號

● 對于每個附加頻點（例如 GPS L2C）， 我們再添加12個信號

● 因此模擬12顆衛(wèi)星傳輸GPS L1C/A + L2C需要2×12 = 24 個信號

● 乘以每個模擬回波的信號數(shù)量 （多徑）。例如：模擬12顆衛(wèi)星傳輸GPS L1C/A + L2C和 1 個回波需要24x(1+1)=48 個信號

● 或者在另一個示例中，如果您需要為雙天線設(shè)備模擬具有1個回波的每個民用信號傳輸，您將進(jìn)行以下計算：

○ 60MSps時的信號數(shù)量：12 × 15（民用信號數(shù)） × 2（兩個天線） × 2（回波+1）= 720

○ 125MSps時的信號數(shù)量：13 × 15（民用信號數(shù)） × 2 （兩個天線）× 2 （回波+1）= 780

通過這個實例，您應(yīng)該清楚，如果想要模擬全星座并仿真各類場景，1000個信號并不算多。

END

GNSS信號的現(xiàn)實世界是廣闊而復(fù)雜的，有大量的衛(wèi)星和信號在運行。雖然模擬每個信號可能不切實際，但模擬1000多個信號仍然是GNSS工程師的重要任務(wù)。通過使用Skydel模擬如此多的信號，用戶能夠解決GNSS環(huán)境的復(fù)雜性、優(yōu)化系統(tǒng)組件、增強(qiáng)安全措施，并確保在一系列應(yīng)用和行業(yè)中實現(xiàn)準(zhǔn)確定位。

Skydel一直致力于實現(xiàn)模擬視野中所有信號的能力。其軟件定義架構(gòu)與利用現(xiàn)代 SDR 和 GPU 的能力相結(jié)合，使其能夠達(dá)到幾乎無限數(shù)量的信號/通道。事實上，很快，GNSS 模擬器中可能的信號數(shù)量將不再是一個區(qū)別因素，信號數(shù)量“有限”的系統(tǒng)將成為過去。去年，Skydel在信號數(shù)量方面取得了巨大進(jìn)步，并且已經(jīng)能夠在GSG-8模擬器平臺上生成1600多個信號（包括傳統(tǒng)星座）。無需升級Skydel，更換更高端的硬件（GPU，CPU），Skydel配置能夠傳輸更多信號，而不影響穩(wěn)定性和性能。

審核編輯 黃宇