Le opzioni “hardware-in-the-loop” per i simulatori GNSS R&S®SMBV100B e R&S®SMW200A consentono di effettuare test realistici e flessibili, a costi contenuti in un ambiente controllato dall’utente.
Fig. 1: Configurazione dei test hardware-in-the-loop (HiL)
Sviluppare nuovi sistemi elettronici integrati basati sulla localizzazione satellitare GNSS per applicazioni automobilistiche, aerospaziali e per la difesa non è un compito facile. Questi sistemi devono lavorare in maniera affidabile, accurata e in condizioni avverse, il che comporta l’esigenza di effettuare verifiche e collaudi esaustivi. Sfortunatamente, i test sul campo sono raramente un’opzione praticabile per questi sistemi complessi. Le prova effettuate nel mondo reale richiedono molto tempo e sono e sono costose, oltre al fatto che a causa dei vincoli di sicurezza non è possibile effettuare tutti i test che si desiderano. Lo sviluppo e il test di nuovi sistemi di avionica che fanno affidamento sulle costellazioni GNSS, ad esempio i sistemi di pilotaggio automatico e di gestione del volo, sono buoni esempi in come entrino in gioco tutte le problematiche menzionate. I test di volo sono costosi e verificare in quota dei sistemi nuovi e non sperimentati è estremamente pericoloso. Sarebbe invece desiderabile poter svolgere i test in un ambiente di laboratorio.
I sistemi di test “hardware-in-the-loop” (HiL) si presentano come un ambiente realistico per il dispositivo in prova (DUT), consentendo di valutarne le prestazioni complessive in una configurazione ad anello chiuso in tempo reale.
La Fig. 1 mostra un sistema HiL che è possibile utilizzare per il collaudo di un sistema di pilotaggio automatico. Il simulatore HiL calcola la posizione e l’orientamento del DUT, mentre il simulatore GNSS genera i corrispondenti segnali satellitari, il tutto controllato in tempo reale. Il ricevitore GNSS fornisce dati sulla posizione al sistema di pilotaggio automatico (DUT), che calcola gli ingressi di controllo del volo in base a tali dati. A sua volta, l’uscita del sistema di pilotaggio automatico è convalidata nel simulatore HiL.
Generatore R&S®SMBV100B integrato nella configurazione di test HiL
I simulatori GNSS R&S®SMBV100B e R&S®SMW200A possono essere dotati di un’opzione interfaccia in tempo reale GNSS. Ciò consente una facile integrazione in un sistema di test HiL per fornire segnali GNSS per il DUT. La Fig. 2 mostra una tipica configurazione di test HiL con un generatore R&S®SMBV100B.
Integrazione facile grazie all’interfaccia flessibile
Per ottenere la massima flessibilità del sistema di test, i comandi remoti possono essere trasmessi in streaming su un’interfaccia LAN, USB o GPIB. I dati sulla traiettoria sono trasferiti al simulatore GNSS utilizzando comandi SCPI o UDP. Il simulatore GNSS accetta dati sulla traiettoria in tempo reale, con sei gradi di libertà (DoF), tra cui la posizione, la velocità, l’accelerazione e i dati di assetto (imbardata, beccheggio e inclinazione) del ricevitore. Gli aggiornamenti sulla posizione possono essere inviati con un tasso di aggiornamento rapido fino a 100 Hz. Grazie alla bassa latenza del generatore R&S®SMBV100B (fino a 20 ms), si ottiene anche una bassa latenza complessiva del sistema e livelli elevati di accuratezza e velocità di elaborazione del segnale.
In una simulazione HiL è necessaria una sincronizzazione accurata di tutti i dispositivi. I simulatori GNSS Rohde & Schwarz forniscono un segnale a 1 PPS (impulsi al secondo) o 10 PPS per una sincronizzazione temporale affidabile con il simulatore HiL. Per offrire un funzionamento più comodo e una configurazione ottimizzata, i simulatori GNSS offrono capacità di debug e statistiche complete.
Test in condizioni realistiche
I simulatori GNSS Rohde & Schwarz supportano un grande numero di canali GNSS (fino a 144), nonché configurazioni multicostellazione e multifrequenza, consentendo di generare anche gli scenari di test più complessi. Il movimento simulato è continuamente adattato in tempo reale. È inoltre possibile modificare in tempo reale la visibilità satellitare e i livelli di potenza, offrendo possibilità migliorate di test del sistema, come la modellazione di segnali GNSS oscurati e bloccati.
Per rendere le simulazioni quanto più realistiche possibile, il simulatore GNSS può tenere conto della posizione, dell’orientamento e del tipo dell’antenna. La posizione dell’antenna può essere configurata in tutti e sei gradi di libertà. I blocchi e l’attenuazione del segnale derivanti dalla posizione di montaggio dell’antenna possono essere specificati in un cosiddetto file di mascheramento della carrozzeria fornito dall’utente. È inoltre possibile importare uno specifico pattern di antenna per modellare il tipo esatto di antenna utilizzato. Quando al simulatore GNSS sono forniti dati di assetto, il pattern dell’antenna e la mascheratura della carrozzeria sono utilizzati per calcolare accuratamente le modifiche nel segnale ricevuto per ciascun satellite, proprio come avverrebbe in uno scenario reale e dinamico.
Interfaccia grafica del simulatore GNSS: visualizzazione della traiettoria in tempo reale.
Comoda interfaccia utente
Nell’esempio qui discusso, un generatore R&S®SMBV100B è interfacciato con un simulatore di volo per mostrare l’ingresso dei dati sulla traiettoria in tempo reale al generatore R&S®SMBV100B. Il simulatore di volo offre informazioni su posizione, cinematica e assetto al simulatore GNSS in tempo reale, e il simulatore GNSS calcola i corrispondenti segnali GNSS in base alla traiettoria. Qui sotto, la traiettoria dell’aereo è visualizzata sull'interfaccia grafica del simulatore GNSS in tempo reale, assieme a importanti parametri quali la posizione e la velocità.
Le informazioni sull’assetto possono essere visualizzate su un orizzonte artificiale e su una bussola, il che consente di controllare facilmente i parametri simulati. Ciò è particolarmente utile quando si utilizza un pattern di antenna per simulare un determinato tipo di antenna del ricevitore. È possibile determinare istantaneamente, con uno degli strumenti, l’orientamento attuale dell’antenna.
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