Einfaches Testen von Mehrfrequenz-/Mehrfachkonstellations-GNSS-Empfängern

Ihre Anforderung

Alle verfügbaren globalen Navigationssatellitensysteme (GNSS), einschließlich des modernisierten GPS, GLONASS, Galileo und BeiDou, bieten bereits Positionsbestimmungsdienste auf mehreren Frequenzen im L-Band an oder planen dies zumindest. Die Verwendung verschiedener Signale auf unterschiedlichen Trägern ist hilfreich, um die Positionsschätzung eines Empfängers (Navigationslösung) hinsichtlich Genauigkeit, Zuverlässigkeit und Störfestigkeit signifikant zu verbessern. Hintergrund ist, dass Empfänger, die mit L1-, L2- und L5-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. Die Signale der sichtbaren Satelliten werden 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 vielseitigen Simulator angewiesen, um Funktionalität und Leistungsfähigkeit zu validieren. Der Simulator muss in der Lage sein, extrem realistische Signale für jede beliebige GNSS- (z. B. GPS, Galileo, GLONASS oder BeiDou) und Frequenzkombination 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. Zudem muss es für die Ingenieure 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

Dank des flexiblen Optionskonzepts lässt sich der R&S®SMBV100B für eine breite Palette an Testfällen einsetzen. Angefangen bei Einzelfrequenzsignalen für die Entwicklung von Empfängern und Produktionstests, kann der GNSS-Simulator mittels Software aufgerüstet werden, um Mehrfrequenzszenarien mit Mehrfachkonstellationen zu unterstützen, sodass eine hochmoderne Empfängercharakterisierung sowie Performance-Tests möglich werden.

Eine Vielzahl von unterschiedlichen Szenarien mit GPS-, Galileo-, GLONASS- und BeiDou-Signalen lässt sich in Echtzeit mit bis zu 102 Kanälen erzeugen. Der simulierte Empfängerstandort kann fest sein. Zudem können Anwender Wegpunkt-Dateien importieren, um dynamische Szenarien einzurichten. Es lassen sich sogar Änderungen der Fahrzeuglage simulieren. Man kann das Antennendiagramm individuell anpassen und den Anlagenstandort einstellen. Mögliche Abschattungen durch das Antennengehäuse lassen sich mit Fahrzeugkarosserie-Maskendateien modellieren.

Applikation

Mehrfrequenz-Szenarien konfigurieren

Dank der großen Modulationsbandbreite des R&S®SMBV100B ist es möglich, gleichzeitig Signale für sämtliche wichtigen GNSS-Frequenzbänder wie L1, L2 und L5 an nur einem HF-Ausgang zu erzeugen, ohne dass man auf zusätzliche Geräte wie externe Koppler angewiesen ist. Dadurch vereinfachen sich Tests an Mehrfrequenz-Empfängern signifikant.

Um die Fähigkeiten zur Fehlerminimierung von Mehrfrequenz-Empfängern zu evaluieren, kann man unterschiedliche ionosphärische Modelle anwenden. 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.

Mehrere GNSS-Konstellationen verwenden

Der R&S®SMBV100B kann Signale für bis zu 102 Kanäle von unterschiedlichen GNSS generieren, um Empfängertests mit komplexen Testsignalen zu unterstützen. So lassen sich realistische Szenarien, bei denen Raumfahrzeuge mehrerer GNSS zum Einsatz kommen, einfach einrichten. Beispiel:

Falls der Testfall ein gemischtes GNSS-Signal mit einer vordefinierten Minimal- und Maximalanzahl von Satelliten erfordert, können diese Grenzwerte pro GNSS gesetzt werden. Sämtliche Satelliten lassen sich 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 zuzuweisen, ohne dass man das Szenario neu berechnen muss – damit lassen sich die Fähigkeiten eines Empfängers in Bezug auf das Receiver Autonomous Integrity Monitoring (RAIM) ideal testen. Das realitätsgetreue Verschwinden und Wiederauftauchen von Satelliten kann am integrierten Simulationsmonitor beobachtet werden (siehe Abb. 3).

Wesentliche Merkmale und Vorteile

Der R&S®SMBV100B ist die perfekte Lösung, um Mehrfachkonstellations-Empfänger zu testen. Mit folgenden Schlüsselmerkmalen gewährleistet er realistische und reproduzierbare Testbedingungen in einer kontrollierten Laborumgebung:

• Unterstützung von Mehrfachkonstellations-Szenarien mit bis zu 102 Kanälen
• Unterstützung für alle wichtigen globalen Navigationssatellitensysteme (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/SBAS L1 C/A
• Einfache Konfiguration von Mehrfrequenz-Szenarien