Тестирование сигналов ГНСС – важная составляющая повышения качества использования передовых технологий
Позиционирование и навигация – движущая сила передовых приложений в мире. С распространением приложений на основе различных ГНСС, таких как ГЛОНАСС, GPS, Galileo и BeiDou, их значение всё более растёт. Поэтому разработчикам, производителям и потребителям важно понимать, что им ожидать от этих систем. Это включает в себя формирование понимания ограничений и проблем технологий PNT (позиционирования, навигации и времени) и способов их тестирования.
Критично ли тестирование сигналов глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС)? Ответ положительный. На производительность систем влияет множество факторов, и только точное тестирование может охарактеризовать их работу, чтобы убедиться, что она соответствует стандартам качества производителя и ожиданиям конечного пользователя. Приёмники ГНСС сложны и используют ряд математических моделей для получения точной информации о местоположении и времени, поэтому определение характеристик важно и весьма сложно. При этом не существует каких-либо глобальных стандартов для тестирования ГНСС, за исключением некоторого, небольшого количества приложений. Следовательно, большинство тестов ГНСС и приложений на основе ГНСС будут носить специальный характер.
Созвездия спутников передают сигналы из космоса, которые несут данные о местоположении и синхронизации на приёмники ГНСС. Затем приёмники используют эти данные для определения координат местоположения (широты, долготы и высоты) с высокой точностью, а также для получения информации о скорости и времени. Важно отметить, что ГНСС на сегодняшний день – единственный доступный надёжный источник информации о точном местоположении и времени.
Не так давно GPS была единственной коммерчески доступной службой спутникового позиционирования. При использовании единой спутниковой группировки и определения местоположения точность и доступность сигнала были ограничены. По мере того, как остальной мир начал догонять американцев, добавляя всё больше и больше спутников в наше небо, спрос на точное и доступное позиционирование – особенно в городских условиях – начал расти. Сегодня наступила эпоха повсеместного многочастотного позиционирования с использованием нескольких ГНСС.
Появились значительные изменения в доступности новых услуг ГНСС: ГЛОНАСС – это полностью действующая российская система, BeiDou/Compass – растущая спутниковая группировка Китая, BeiDou-3, группировка третьей ступени, охватывающая Азиатско-Тихоокеанский регион, Galileo – будущая система от ЕвроСоюза, настроенная на предоставление услуг открытого и ограниченного доступа, быстро развивающаяся. Эти глобальные сети дополнены множеством региональных систем дифференциальной коррекции, таких как QZSS в Японии и IRNSS в Индии.
Поскольку спутниковая навигация и позиционирование становятся обязательными функциями космической, оборонной, авиационной, автомобильной отраслей, систем автономного вождения/ADAS, сетей связи и многого другого, включая бытовые электронные устройства, каждый пользовательский сегмент имеет свой собственный набор требований в отношении производительности ГНСС. Некоторым приложениям необходимо быстро находить позицию или работать с низкими уровнями сигнала, в то время как другие пользователи больше заботятся об абсолютном времени и точности местоположения. Поскольку на производительность системы с поддержкой ГНСС влияет множество факторов, определение набора руководящих принципов или стандартов тестирования, отвечающих всем требованиям, является сложной задачей. Чтобы убедиться, что продукт работает должным образом, важно протестировать характеристики позиционирования устройства на нескольких этапах от разработки до производства, и точный план тестирования для любого конкретного приложения ГНСС является обязательным. Оценка и выбор правильного приёмника ГНСС для данного приложения имеет решающее значение, поскольку сигналы ГНСС очень уязвимы к атмосферным условиям, эффектам многолучевого распространения, радиочастотным помехам, а иногда и к преднамеренным угрозам, например спуфингу и глушению, которые могут оказать существенное влияние на критически важные приложения.
С ростом требований к ГНСС в широком спектре приложений современные спутники начали вещать на нескольких частотах. Многочастотность обеспечивает разнесение сигналов для устойчивости к радиопомехам и улучшенной атмосферной коррекции. Например: L2C и L5 в GPS, E5 и E6 в Galileo и NavIC L5 для гражданского использования. E911 и ERA - ГЛОНАСС – это инициативы, сочетающие мобильную связь и спутниковое позиционирование для оказания скорой помощи пользователям в случае возникновения чрезвычайных ситуаций.
Есть ли у нас подходящий инструмент для проверки производительности? Лабораторные испытания любой конструкции приёмника ГНСС требуют проведения ряда испытаний для определения функциональности как в нормальных, так и в особых условиях эксплуатации. ГНСС кажется универсальным ответом на все требования к навигации и времени. Это великолепно, но этого достаточно, чтобы удовлетворить все потребности в позиционировании. Ответ должна дать комбинация дополнительных/гибридных технологий.
Наиболее распространенные и общепринятые базовые тесты, при которых проверяются решения ГНСС, включают в себя:
- Время до первой фиксации (TTFF);
- Статическое и динамическое положение, навигацию и точность времени;
- Чувствительность сбора и отслеживания;
- Время повторного захвата;
- Восприимчивость к радиочастотным помехам;
- Характеристики антенны;
- Многолучевость и затемнения;
- Устойчивость к уязвимостям ГНСС: нарушениям, помехам, спуфингу.
Объём тестирования может варьироваться от приложения к приложению. Пользователи ГНСС ожидают от своего устройства точной и непрерывной информации по PNT. При использовании точных, быстрых и универсальных технологий тестирования, важно оценить производительность при различных ошибках, проверить её готовность в будущем, убедиться, что она пригодна для развёртывания, проверить с помощью высокодинамичных сценариев, проверить уязвимости и устойчивость при наличии возможных угроз и проверить характеристики ГНСС при сосуществовании других RF.
Таким образом, не существует стандартной спецификации для тестирования приёмника ГНСС или решений с поддержкой ГНСС. Поскольку это развивающаяся технология, и производители приёмников определяют свои собственные спецификации тестирования, они действительно следуют нескольким основным тестовым случаям, как указано выше. Однако, по мнению экспертов, этого недостаточно. Ключевые факторы, которые следует учитывать при тестировании ГНСС, включают в себя воздействия окружающей среды, которые вызывают задержку приёма сигналов или любое изменение в вычислении псевдодальности, вызывая сбои в автономном мониторинге целостности приёмника (RAIM).
Разработчики продуктов, производители и системные интеграторы должны иметь правильные решения для тестирования ГНСС для НИОКР, интеграции, проверки и производственных испытаний. Подходы к тестированию могут различаться в зависимости от приложений, поэтому выбор правильных тестовых инструментов важен для проверки производительности ГНСС и тестирования их решений в соответствии с требованиями рынка.
Одним из основных испытательных устройств для тестирования решения ГНСС является многоканальный радиочастотный симулятор созвездий, который способен выполнять все тесты, необходимые для проектирования, разработки и интеграции приёмников ГНСС в лаборатории. Симулятор предлагает уникальную возможность управлять условиями тестирования, моделировать новые и будущие сигналы и точно повторять тесты.
Можно сказать, что для ускорения разработки специализированные тестовые решения должны быть на шаг впереди в обеспечении максимальной производительности, при этом гарантируя: точность, скорость, доступность, целостность, непрерывность, надёжность и высокое качество пользовательского опыта в соответствии с требованиями клиентов.
Подписывайтесь на журнал «Вестник ГЛОНАСС» и навигационный канал на TamTam