以GPS和北斗為代表的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GNSS）產(chǎn)品已經(jīng)在中國(guó)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，它們也正在成為汽車、手機(jī)、智能穿戴設(shè)備等電子產(chǎn)品的標(biāo)配。當(dāng)人們享受著GNSS越來(lái)越精確的導(dǎo)航、定位、授時(shí)功能時(shí)，很少有人知道GNSS模擬與測(cè)試的重要性與必要性。在第七屆中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航學(xué)術(shù)年會(huì)上，思博倫（SPIRENT）通信客戶解決方案主管SteveHickling先生針對(duì)GNSS測(cè)試的熱點(diǎn)話題接受了本刊記者的專訪。
思博倫通信衛(wèi)星導(dǎo)航事業(yè)部客戶解決方案主管Steve Hickling先生
GNSS為何需要測(cè)試？
多數(shù)的技術(shù)都圍繞專一用途而設(shè)計(jì)，因此每種技術(shù)都有定義完善的標(biāo)準(zhǔn)，例如移動(dòng)電話在向網(wǎng)絡(luò)部署之前都要接受一致性測(cè)試。Steve解釋說，在GNSS中，所有的信號(hào)都是單向的、是廣播信號(hào)，用戶設(shè)備的用途則是多種多樣的，但是全球并沒有定義這些用途的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。例如，GSM基站計(jì)時(shí)設(shè)備上的接收機(jī)與飛機(jī)上的接收機(jī)有很大不同；移動(dòng)電話中的接收機(jī)可能需要非�？斓氖状味ㄎ粫r(shí)間，這與軍用接收機(jī)的要求區(qū)別也很大。
GNSS的用途非常廣泛，而業(yè)內(nèi)卻沒有定義具體應(yīng)用領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)，因此，要確保接收機(jī)能夠在應(yīng)用中正常運(yùn)行，就需要具備測(cè)試的能力，這就是我們所說的智能測(cè)試。思博倫愿意幫助用戶進(jìn)行測(cè)試并定義其具體的測(cè)試需求。用戶需要理解GNSS的能力極限，以及這些極限會(huì)在用戶的應(yīng)用領(lǐng)域中以怎樣的方式顯現(xiàn)出來(lái)，然后定義一系列完全適用于這一應(yīng)用領(lǐng)域的測(cè)試方案。用戶感興趣的可能是室內(nèi)定位的靈敏度，也可能是首次定位時(shí)間，還可能是勘測(cè)和高精度民用工程應(yīng)用中的絕對(duì)精度水平等，所有這些不同的應(yīng)用領(lǐng)域，都意味著需要以不同的方式對(duì)精度加以優(yōu)化，并且需要以不同的方式對(duì)其進(jìn)行測(cè)試。他強(qiáng)調(diào)，由于缺乏標(biāo)準(zhǔn)，必須由開發(fā)商和用戶自己來(lái)進(jìn)行測(cè)試。
那么，GNSS進(jìn)行測(cè)試可以帶來(lái)哪些好處呢？Steve回答說，我們可以幫助用戶節(jié)省成本，體現(xiàn)在加快入市速度、盡早篩查不良或故障設(shè)備、減少保障返修的數(shù)量這三個(gè)方面，具體取決于用戶處于項(xiàng)目開發(fā)的哪個(gè)階段。
首先，在初期階段（研發(fā)階段），思博倫的測(cè)試方案可以讓用戶無(wú)需進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)室中就完成校驗(yàn)，讓測(cè)試的效率更高，加快開發(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(cè)試變得更加高效。在生產(chǎn)線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(xiàn)問題。具體而言，用戶可以盡早發(fā)現(xiàn)芯片中的問題，確定它們是否通過，在成為成品設(shè)備前找到問題，避免高昂的支出。
第三，測(cè)試可以減少用戶返修和索賠，設(shè)備需要在真實(shí)環(huán)境條件下接受充分的測(cè)試，即便測(cè)試地點(diǎn)是在中國(guó)的實(shí)驗(yàn)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(yùn)行，當(dāng)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(cè)試？
既然GNSS測(cè)試如此重要，那么，如何模擬出千變?nèi)f化的應(yīng)用環(huán)境呢？Steve告訴記者，第一個(gè)方面就是挑戰(zhàn)需求，實(shí)現(xiàn)與真實(shí)天空完全相同的條件。模擬的優(yōu)勢(shì)之一就是用戶具備對(duì)系統(tǒng)所受所有效應(yīng)的完全控制，而且可以獨(dú)立引入其中的任何一種效應(yīng)，具備很高的人為可控性。這種對(duì)環(huán)境的完全控制對(duì)于設(shè)備制造商而言非常有用，能夠讓他們精確地找出問題的來(lái)源。對(duì)于設(shè)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(jī)的極限。
第二個(gè)方面是模擬真實(shí)天空測(cè)試、記錄與回放系統(tǒng)應(yīng)協(xié)同工作。測(cè)試真實(shí)環(huán)境中復(fù)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(gòu)建出一個(gè)合成環(huán)境，結(jié)合使用記錄與回放系統(tǒng)來(lái)完成這一任務(wù)。通過現(xiàn)場(chǎng)記錄并向接收機(jī)反復(fù)輸送信號(hào)，結(jié)合模擬器的高控制能力完成測(cè)試。在對(duì)比測(cè)試中，例如兩種接收機(jī)之間的對(duì)比，或是兩個(gè)固件版本之間的對(duì)比，使用記錄與回放系統(tǒng)確�？芍貜�(fù)性，配合模擬器測(cè)試達(dá)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(qiáng)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，能夠幫助用戶呈現(xiàn)并模擬真實(shí)的天空環(huán)境。
如今，全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)主要有四個(gè)，區(qū)域性衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)更多，那么，如何做好單一系統(tǒng)與多系統(tǒng)測(cè)試呢？
Steve回答說，思博倫一直向用戶提供的都是一種適用于所有場(chǎng)景的通用測(cè)試中心。無(wú)論是北斗、GLONASS、Galileo還是GPS信號(hào)，我們都會(huì)通過相同的架構(gòu)提供，測(cè)試時(shí)選用或不選用某種信號(hào)都會(huì)變得非常容易。他解釋說，如果測(cè)試中心只能測(cè)試北斗或GLONASS，而另一種測(cè)試中心只能測(cè)試GPS，而且兩者無(wú)法全面集成，執(zhí)行對(duì)比測(cè)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，這意味著定義所有測(cè)試變量的場(chǎng)景是完全可以在不同設(shè)備上遷移的，因此，對(duì)添加星群的效果進(jìn)行量化就會(huì)變得非常容易。這還意味著添加星群間計(jì)時(shí)偏移，以及不同星群的大氣建模差異等項(xiàng)目也會(huì)變得很容易�？傊�，將所有的一切集成到一個(gè)測(cè)試中心，并且通用于所有的平臺(tái)，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(shì)，而且這種能力比僅測(cè)試單個(gè)星群要強(qiáng)大得多。
Steve認(rèn)為，測(cè)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(shè)置內(nèi)容。他認(rèn)為用戶必須擁有對(duì)模擬器的控制權(quán)，有些模擬系統(tǒng)自己并不生成導(dǎo)航數(shù)據(jù)，而是使用歷史導(dǎo)航數(shù)據(jù)，記錄這些數(shù)據(jù)并將其回放出來(lái)，這使得用戶幾乎沒有機(jī)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(tǒng)中引入誤差等。在思博倫的系統(tǒng)上，所有的導(dǎo)航數(shù)據(jù)以及所有的星群都受到用戶的完全控制，而且都是全新生成的，這就為用戶提供了探索Multi-GNSS的巨大的靈活性和能力。
滿足用戶測(cè)試需求新變化
Steve認(rèn)為，在GNSS的測(cè)試中，專業(yè)設(shè)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(hào)。我不認(rèn)為GPS、北斗和GLONASS在應(yīng)用方式方面有什么巨大的差異。換句話說，明智的系統(tǒng)設(shè)計(jì)師會(huì)充分利用所有可用的信號(hào)。的確，對(duì)于在世界各地使用的消費(fèi)設(shè)備而言，為了降低成本，將會(huì)部署使用所有可用信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。因此，我們不可能看到針對(duì)特定地區(qū)的設(shè)計(jì)，多數(shù)都是全球性的設(shè)計(jì)。我們也沒有遇到過只要求在應(yīng)用中使用GPS、北斗、GLONASS和Galileo的用戶需求，明智的用戶會(huì)使用所有這些信號(hào)。
談到用戶測(cè)試需求的變化，Steve表示，人們對(duì)空口（OTA）測(cè)試的興趣越來(lái)越濃厚，也就是用空口信號(hào)來(lái)代替將模擬器的信號(hào)傳導(dǎo)至接收天線所在位置的作法，對(duì)于所有星群而言情況都是如此。人們也對(duì)各類信號(hào)不同到達(dá)時(shí)所產(chǎn)生的效應(yīng)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(cè)試日益成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。由于星群的增加，視野內(nèi)可見的衛(wèi)星數(shù)量也在增加，此類測(cè)試的挑戰(zhàn)性也隨之增大。
在Multi-GNSS條件下，尤其是北斗的出現(xiàn)后，我們已經(jīng)注意到人們對(duì)空口測(cè)試的興趣越來(lái)越濃厚。Steve告訴記者，思博倫為此準(zhǔn)備了新產(chǎn)品。一是我們的模擬和記錄與回放系統(tǒng)都有了新的發(fā)展，能夠滿足多頻率的需求，越來(lái)越多的用戶都開始對(duì)多頻率感興趣，我們也因此推出了全新的GSS6450，它是一臺(tái)真正便攜的16-BitGNSSRF記錄與回放測(cè)試系統(tǒng)。此外，思博倫開始為用戶提供專業(yè)服務(wù)。很多用戶都要求思博倫幫助他們執(zhí)行測(cè)試，針對(duì)其特定應(yīng)用領(lǐng)域開發(fā)測(cè)試方法，或是在其所在位置進(jìn)行測(cè)試，尋找干擾機(jī)等干擾源。因此，我們已經(jīng)超越了制造和銷售設(shè)備的層次，開始更多地思考如何幫助用戶解決問題，通過服務(wù)和咨詢方面的工作來(lái)幫助用戶開展切合需要的測(cè)試，正在成為思博倫發(fā)展的一個(gè)新方向。
二是很多用戶要求我們進(jìn)行空口測(cè)試。原因在于，移動(dòng)電話等設(shè)備中的GNSS系統(tǒng)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?yàn)槠涮炀�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(cè)試中都需要用到實(shí)際配備天線的設(shè)備，而不能將天線排除在測(cè)試之外。這意味著用戶必須使用具有代表性的信號(hào)到達(dá)角來(lái)執(zhí)行空口測(cè)試。我們已經(jīng)在這方面開發(fā)出了測(cè)試方法，實(shí)現(xiàn)了較長(zhǎng)場(chǎng)景和多星群場(chǎng)景，以非常高效的方式來(lái)呈現(xiàn)多種衛(wèi)星，而這正是思博倫特有的能力。我們將這種方法稱為區(qū)域暗室（Zoned Chamber），即在一個(gè)無(wú)反射的微波暗室內(nèi)將上半球分為多個(gè)區(qū)，每個(gè)分區(qū)中都有一個(gè)天線，由它廣播該分區(qū)可見的所有信號(hào)，使衛(wèi)星可以在天空中移動(dòng)，因此同一顆衛(wèi)星的信號(hào)會(huì)從一個(gè)分區(qū)移動(dòng)到另一個(gè)分區(qū)，并且持續(xù)其廣播。
GNSS區(qū)域暗室測(cè)量系統(tǒng)
事實(shí)已經(jīng)證明，這個(gè)系統(tǒng)對(duì)于需要驗(yàn)證到達(dá)角的用戶非常有用。被測(cè)設(shè)備可能包括使用定向天線或扼流圈天線來(lái)抵制多徑或壓制地基干擾的移動(dòng)電話，惟一能夠評(píng)價(jià)此類設(shè)計(jì)的有效方式就是空口測(cè)試，思博倫率先開發(fā)了測(cè)試方法以適應(yīng)這種需求趨勢(shì)。
如何測(cè)試高精度接收機(jī)
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(duì)這些系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，您需要高水平的RF生成精度。對(duì)于RTK，以及其它具備差分修正信號(hào)的系統(tǒng)，您需要針對(duì)一系列的參考站生成差分修正消息，而我們正好擅長(zhǎng)此事。阿斯頓－馬丁車隊(duì)就是一個(gè)很好的例子，我們一直在與阿斯頓－馬丁車隊(duì)合作，幫助參賽車隊(duì)了解自己的車載GPS模塊是否具備極高的精度，需要了解其中的每一項(xiàng)誤差，具備量化誤差的能力至關(guān)重要。通過使用我們的設(shè)備，車隊(duì)能夠很好地實(shí)現(xiàn)這一目的，這就是高精度的一個(gè)很好實(shí)例，其關(guān)鍵問題在于計(jì)時(shí)和振蕩器的質(zhì)量。
RPNT（Robust PNT）測(cè)試的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)
目前，我們所了解到的多數(shù)挑戰(zhàn)都與GNSS信號(hào)的弱點(diǎn)/漏洞有關(guān)，或者如何使系統(tǒng)變得更加強(qiáng)健，這也是GNSS被用于越來(lái)越多領(lǐng)域的必然結(jié)果。尤其是當(dāng)與PNT相關(guān)聯(lián)時(shí)，必須同時(shí)考慮計(jì)時(shí)、導(dǎo)航和定位這三項(xiàng)能力，一些關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施都會(huì)用到PNT技術(shù)中的計(jì)時(shí)（T）能力。因此，我們目前所提供的測(cè)試能力中重點(diǎn)就是解決信號(hào)弱點(diǎn)/漏洞的問題。多數(shù)情況下通常是增加冗余度或添加完全獨(dú)立的定位、導(dǎo)航和計(jì)時(shí)源，以便在GNSS服務(wù)中斷時(shí)提供持續(xù)的服務(wù)。我們看到客戶對(duì)多星群、多頻率，以及涵蓋其它傳感器的測(cè)試需求正在增加，其中包括慣性傳感器和其它各類傳感器。幾乎所有的應(yīng)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(cè)試單星群L1信號(hào)的機(jī)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(cè)試解決方案。
RPNT解決方案
思博倫的全面測(cè)試解決方案
思博倫是世界領(lǐng)先的GNSS測(cè)試及仿真系統(tǒng)供應(yīng)商，開發(fā)了許多用于測(cè)試現(xiàn)代化GPS信號(hào)、Galileo信號(hào)及服務(wù)、增強(qiáng)系統(tǒng)、移動(dòng)設(shè)備中的A-GPS、A-GLONASS、車載導(dǎo)航系統(tǒng)（IVNS）、飛機(jī)著陸系統(tǒng)、自適應(yīng)天線、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（INS）以及軍用導(dǎo)航信號(hào)等的新系統(tǒng)。思博倫提供的高質(zhì)量測(cè)試解決方案適用于所有的GNSS系統(tǒng)、頻率和服務(wù)，是全球范圍內(nèi)主要的開發(fā)商、集成商、制造商和測(cè)試試驗(yàn)室在測(cè)試方案需求方面的最優(yōu)選擇。
今天，思博倫繼續(xù)投資產(chǎn)品開發(fā)，以確保其產(chǎn)品繼續(xù)在GPS，GLONASS，Galileo和Beidou測(cè)試中保持領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。思博倫從現(xiàn)在開始便可為您提供Multi-GNSS測(cè)試產(chǎn)品系列。思博倫在提供北斗信號(hào)與測(cè)試方法研究、產(chǎn)品開發(fā)方面起步很早，從而確保全線產(chǎn)品均支持北斗測(cè)試。模擬Multi-GNSS信號(hào)的能力極其重要，思博倫的全線產(chǎn)品能夠在實(shí)際應(yīng)用中支持所有可用的GNSS信號(hào)，能夠涵蓋最廣泛的測(cè)試需求，從智能手表等可穿戴設(shè)備，到民用航空和軍事用途，從消費(fèi)產(chǎn)品到專業(yè)應(yīng)用的所有GNSS應(yīng)用領(lǐng)域，思博倫無(wú)處不在，隨時(shí)能夠憑借30余年測(cè)試領(lǐng)域的豐富經(jīng)驗(yàn)為您提供幫助。
