Testes simplificados de hardware no loop com os receptores de GNSS

Sua tarefa

Desenvolver novos sistemas baseados em GNSS integrados para aplicativos no setor automotivo e de espaço aéreo e defesa não é uma tarefa fácil. Os sistemas precisam funcionar de forma confiável e precisa sob condições adversas. Dessa forma, são necessários testes e verificações rigorosos. Infelizmente, testes em campo não são uma opção comum para esses sistemas complexos. Os ensaios em condições reais são lentos e caros. Além disso, há limites de teste devido às condições de segurança. O desenvolvimento e os testes de novos sistemas de aviônica que dependem de GNSS, como sistemas de gestão de voo e piloto automático, são bons exemplos porque envolvem todos os problemas mencionados. Os testes de voo são caros, e testar no ar novos sistemas não verificados é extremamente perigoso. Em vez disso, é recomendável conduzir testes em um ambiente de laboratório.

Os sistemas de teste de hardware no loop (HiL) disponibilizam um ambiente realista para o dispositivo em teste (DUT). Isso permite avaliar em tempo real o desempenho do dispositivo no sistema geral, em um circuito fechado.

A Figura 1 mostra um sistema de HiL que pode ser usado para testar um sistema de piloto automático. O simulador de HiL calcula a posição e a orientação do DUT, e o simulador de GNSS gera os sinais de satélite correspondentes. Tudo isso é controlado em tempo real. O receptor de GNSS fornece os dados de posicionamento para o sistema de piloto automático (DUT) que, por sua vez, calcula as entradas de controle com base nessas informações. A saída do sistema de piloto automático é, então, validada no simulador de HiL.

A solução da Rohde & Schwarz

Os simuladores de GNSS R&S®SMBV100B e R&S®SMW200A podem ser equipados com uma opção de interface em tempo real de GNSS. Ela permite a integração fácil em um sistema de teste de HiL para enviar sinais de GNSS ao DUT. A Figura 2 mostra uma configuração típica de teste de HiL com o R&S®SMBV100B.

Integração fácil graças à interface flexível

Para obter o máximo de flexibilidade em uma configuração de teste, os comandos remotos podem ser transmitidos via LAN, USB ou interface de GPIB. Os dados do trajeto são transferidos para o simulador de GNSS por meio de comandos SCPI e UDP. O simulador de GNSS aceita dados de trajeto em tempo real com seis graus de liberdade (DoF), incluindo os de posição, velocidade, aceleração e orientação do receptor (arfagem, guinada e inclinação). As atualizações da posição podem ser enviadas com a rápida velocidade de 100 Hz. Com a baixa latência do R&S®SMBV100B (menos de 20 ms), é possível alcançar a baixa latência do sistema geral e a alta precisão de processamento e sinal.
Em uma simulação de HiL, a sincronização exata de todos os dispositivos é necessária. Os simuladores de GNSS da Rohde & Schwarz fornecem um sinal de 1 ou 10 pulsos por segundo (PPS) para a sincronização segura de tempo com o simulador de HiL. Para a simulação mais conveniente e a configuração otimizada, os simuladores de GNSS oferecem estatísticas e instalações de depuração abrangentes.

Testes em condições realistas

Os simuladores de GNSS da Rohde & Schwarz são compatíveis com uma grande quantidade de canais GNSS (até 144) e também com configurações de várias constelações e frequências, permitindo que até mesmo os cenários de teste mais complexos sejam gerados. O movimento simulado é continuamente ajustado em tempo real. Além disso, os níveis de potência e a visibilidade do satélite podem ser alterados rapidamente. Isso aumenta as possibilidades de teste do sistema, como a modelagem de sinais de GNSS ocultos e bloqueados.

Para que as simulações fiquem as mais realistas possíveis, o simulador de GNSS pode levar em consideração a posição, a orientação e o tipo de antena. A posição da antena pode ser configurada em todos os seis DoFs. A atenuação de sinal e os bloqueios resultantes do local de montagem da antena podem ser especificados em um assim chamado arquivo de máscara de corpo, fornecido pelo usuário. Além disso, um padrão específico de antena pode ser importado para modelar o tipo exato da antena usada. Quando os dados de orientação são fornecidos para o simulador de GNSS, o padrão de antena e a máscara de corpo são usados para calcular precisamente as alterações no sinal recebido de cada satélite, da mesma forma que ocorreriam em um cenário real e dinâmico.

Interface do usuário conveniente

No exemplo que abordamos aqui, um R&S®SMBV100B estabeleceu interface com um simulador de voo para demonstrar a entrada dos dados de trajeto em tempo real para o R&S®SMBV100B. O simulador de voo envia em tempo real as informações cinemáticas, de posição e de orientação para o simulador de GNSS que, por sua vez, calcula os sinais de GNSS correspondentes de acordo com o trajeto. Abaixo, o trajeto do avião é exibido em tempo real na GUI do simulador de GNSS junto com parâmetros importantes, como posição e velocidade.

As informações sobre a orientação podem ser visualizadas em um horizonte artificial e em uma bússola, permitindo a fácil verificação dos parâmetros simulados. Isso é especialmente útil quando um padrão de antena é usado para simular um determinado tipo de antena do receptor. Com esses instrumentos, é possível determinar instantaneamente a orientação atual da antena.

Benefícios principais

• Tempo real, dinâmico, movimento do receptor de seis DoF
• Alta velocidade de atualização (até 100 Hz)
• Baixa latência (menos de 20 ms)
• Alta precisão de sinal e processamento
• Fácil integração com as configurações de teste devido à interface flexível