Effizientes Testen von Mehrfrequenz-GNSS-Empfängern mit Mehrfachkonstellationen

Ihre Anforderung

Alle verfügbaren GNSS, einschließlich des modernisierten GPS, GLONASS, Galileo und BeiDou, bieten bereits ihre Positionsbestimmungsdienste auf mehreren Frequenzen im L-Band an oder planen dies zumindest. Die Verwendung verschiedener Signale auf unterschiedlichen Trägern ist hilfreich, um die Schätzung des Standorts (Navigationslösung) eines Empfängers hinsichtlich Genauigkeit und Zuverlässigkeit signifikant zu verbessern. Hintergrund ist, dass Empfänger, die mit L1- und L2-Signalen arbeiten, in der Lage sind, die ionosphärische Laufzeitverzögerung zu berechnen und demzufolge den entsprechenden Fehler bei der Standortbestimmung zu beseitigen. Zieht man sämtliche verfügbaren GNSS in Betracht, ergibt sich eine Gesamtanzahl von über 120 Navigationssatelliten im Weltraum. Weltweit sind von den meisten Standorten aus durchschnittlich ca. 30 Satelliten sichtbar. Jedes dieser Raumfahrzeuge stellt mehrere Dienste zur Positionsbestimmung auf unterschiedlichen Frequenzen bereit.

Zusätzlich werden die Signale der sichtbaren Satelliten nicht nur mittels einer direkten Sichtverbindung (Line of Sight, LOS) empfangen, sondern auch von umliegenden Gebäuden oder anderen Hindernissen reflektiert. Offensichtlich erhöhen sich die Anforderungen auf Empfängerseite mit der Weiterentwicklung der GNSS-Konstellationen, realistische Simulationen werden immer komplexer und rechenaufwändiger.

Ingenieure sind bei der Entwicklung von neuen Empfängern, die eine Signalverarbeitung mit Mehrfachkonstellationen unterstützen, auf einen hochexakten und ebenso vielseitigen Simulator angewiesen, um Funktionalität und Leistungsfähigkeit zu validieren. Der Simulator muss in der Lage sein, Signale für jede beliebige GNSS- (z. B. GPS, Galileo, GLONASS oder BeiDou) und Frequenzkombination so realistisch wie möglich bereitzustellen. Somit muss dessen Kanalbudget groß genug sein, um alle sichtbaren Raumfahrzeuge, die große Anzahl an Positionsbestimmungsdiensten (wie L1 C/A oder E1 OS) und zudem die reflektierten Echos abzudecken. Zusätzlich muss es den Ingenieuren möglich sein, Signalausbreitungseigenschaften zu berücksichtigen. Dazu zählen beispielsweise troposphärische und ionosphärische Effekte, Systemcharakteristiken wie Orbit- und Taktfehler und die Bedienerumgebung, z. B. Abschattung oder andere Störungen.

Lösung von Rohde & Schwarz

Mit der Option R&S®SMW-K120 Advanced GNSS verwandelt sich der R&S®SMW200A Vektorsignalgenerator in einen leistungsstarken GNSS-Simulator und eine kompakte Lösung für hocheffiziente GNSS-Empfängertests. Dank der speziellen GNSS Advanced GUI wird die Einrichtung von komplexen Testszenarien einfach und intuitiv.

Eine Vielzahl von unterschiedlichen Szenarien mit GPS-, Galileo-, GLONASS- und BeiDou-Signalen lassen sich in Echtzeit mit bis zu 144 Kanälen erzeugen. Der simulierte Empfängerstandort kann fest sein. Zudem können Anwender Wegpunkt-Dateien importieren, um Bewegungsszenarien einzurichten. Es lassen sich sogar Änderungen der Fahrzeuglage simulieren. Man kann das Antennendiagramm individuell anpassen und darüber hinaus den Anlagenstandort einstellen. Mögliche Abschattungen durch das Gehäuse der Antenne lassen sich mit Fahrzeugkarosserie-Maskendateien modellieren.

Mehrfrequenz-Szenarien konfigurieren

Für Mehrfrequenz-Szenarien verfügt der R&S®SMW200A über eine zweite, integrierte HF-Quelle. Dadurch ist es möglich, mit einem einzigen Gerät gleichzeitig Signale für alle wichtigen GNSS-Frequenzbänder wie L1, L2 und L5 zu erzeugen. Man kann unterschiedliche ionosphärische Modelle anwenden, um die Fähigkeiten zur Fehlerminimierung von Mehrfrequenz-Empfängern zu evaluieren. Es stehen Standardmodelle wie das Klobuchar-Modell, das von GPS verwendet wird, oder das von Galileo vorgeschlagene NeQuick-Modell zur Verfügung. Darüber hinaus lassen sich auch historische Modelle laden. Bei leitungsgebundenen Tests an Mehrfrequenz-Empfängern werden sämtliche Ausgangssignale in einer Signalzusammenführung gesammelt und dann in den Antennenanschluss des Empfängers eingespeist. Alternativ lassen sich Empfänger in einer Schirmkammer über die Luftschnittstelle (OTA) testen. Die Messsignale werden dem GNSS-Empfänger dann über verschiedene Antennen innerhalb der Kammer bereitgestellt.

Mehrere GNSS-Konstellationen verwenden

Der R&S®SMW200A kann Signale für bis zu 144 Kanäle von unterschiedlichen GNSS generieren, um Empfängertests mit komplexen Testsignalen zu unterstützen. So lassen sich realistische Szenarien, bei denen Raumfahrzeuge aller GNSS zum Einsatz kommen, einfach einrichten.

Falls der Testfall ein gemischtes GNSS-Signal mit einer vordefinierten Minimal- und Maximalanzahl von Satelliten erfordert, können diese Grenzwerte pro GNSS gesetzt werden. Zusätzlich lassen sich sämtliche Satelliten spontan von Hand an- oder ausschalten, d. h. die Simulation wird nicht unterbrochen.

Zudem ist es möglich, die einzelnen Leistungspegel anzupassen oder jedem Satelliten Pseudoentfernungsfehler in Echtzeit zuzuweisen. Damit lassen sich die Fähigkeiten eines Empfängers in Bezug auf das Receiver Autonomous Integrity Monitoring (RAIM) testen. Das realitätsgetreue Verschwinden und Wiederauftauchen von Satelliten kann am integrierten Simulationsmonitor beobachtet werden (siehe Abbildung unten links).

Wesentliche Merkmale und Vorteile

Der R&S®SMW200A ist die perfekte Lösung, um Ihren Mehrfrequenz-Multi-GNSS-Empfänger zu testen. Mit folgenden Schlüsselmerkmalen gewährleistet er realistische und reproduzierbare Testbedingungen in einer kontrollierten Laborumgebung:

• Unterstützung von Mehrfachkonstellations-Szenarien mit bis zu 144 Kanälen
• Unterstützung sämtlicher wichtiger GNSS

- GPS L1/L2 (C/A- und P-Code), L2C, L5

- GLONASS L1/L2-C/A-Code

- Galileo E1, E5a, E5b

- BeiDou B1I/B2I

- QZSS L1 C/A

• Einfache Konfiguration von Mehrfrequenz-GNSS-Szenarien