提到衛星導航，就會想到駕駛用的導航——

安裝在車輛上車載

導航系統是利用車載衛星導航接收機配

合電子地圖來進行的，能方便且準確地告訴駕駛者去往目

的地的最短或者最快路徑，是開車最常用的功能之一。

車載導航首先是要定位，然後透過電子地圖引導車主如何行進。在此過程中，

GNSS全球衛星導航定位系統

是車載導航的關鍵技術。

以往，這種車載的導航總是被人所詬病，一直以“食之無味，棄之可惜”的形象出現在大家心中。

隨著自動（輔助）駕駛和車聯網V2X等場景的出現，衛星導航定位系統就變得越發重要，成為發展的方向。

車載導航的要求也隨之不斷增加。從最初的僅服務於人，輔助駕駛員判斷大致位置，發展到如今，需要全方位地對周邊環境位置、距離等資訊的精確計算。GNSS市場在這些因素地驅動下也正在快速發展。

說白了，需要高精度衛星導航。

傳統的衛星導航定位精度大概在10米左右，不足以應對自動駕駛和車聯網V2X的場景。從目前的L2等級的高階駕駛輔助系統 （ADAS） 到半自動駕駛再到未來的完全自

動駕駛 （AD），無人駕駛系統功能的複雜性正在急劇增加。

自動駕駛和車聯網場景的實現，最基礎最核心的資訊就是位置座標和時間資訊，傳統的衛星導航其定位精度較差，無法滿足這些需求。因此，針對高精度衛星導航的需求就顯得尤為重要。當前，實現分米/釐米級的高精度衛星導航定位的，主要是採用RTK技術的多頻接收機，也就是載波實時動態差分定位接收機。

所以，今天，測測就濃墨重彩的詳解下GNSS高精度衛星導航測試解決方案。

GNSS

“全球衛星導航定位系統”

GNSS是Global Navigation Satellite System的縮寫，即全球衛星導航系統，它是利用衛星來測量物體位置、速度及授時等功能的系統。中國北斗、美國GPS、俄羅斯格洛納斯和歐盟伽利略為聯合國衛星導航委員會認定的全球衛星導航系統四大核心供應商。

衛星導航定位系統主要由空間部分、地面控制部分和使用者裝置三大部分組成，如下圖所示：

GNSS衛星導航系統組成

其中，空間部分包括GNSS工作衛星和備份衛星；地面控制部分則是控制整個系統和時間，負責軌道監測和預報；使用者裝置部分主要是各種型號的接收機。

各種不同的衛星導航定位系統的頻段有所不同——

GNSS衛星導航系統頻段劃分

GNSS的定位原理，簡單來說，就是利用幾何與物理的一些基本原理，利用空間分佈的衛星以及衛星與地面點間距離交匯出地面點位置的方法。因此，若假定衛星的位置已知，透過一定的方法我們又準確測定出地面點A至衛星間的距離，那麼A點一定位於以衛星為中心，以所測得距離為半徑的球上。若我們能同時測得點A至另兩顆衛星的距離，則該點一定處在三個球相交的兩個點上。根據地理知識，我們很容易確定其中一個點是我們所需要的點。

以上假設，需要知道已知衛星的位置同時還得測定接收機到三顆衛星的距離，即可實現定位，但是由於衛星大多是分佈在兩萬公里高空的運動載體，只能是在同一時間測定三個距離才可定位，要實現同步必須具有統一的時間基準，從解析幾何角度出發，GNSS定位需要包括確定一個點的三維座標與實現同步的四個未知引數，因此，必須透過測定到至少4顆衛星才能定位，如下圖的方程所示——

GNSS衛星導航系統定位原理

當前，衛星導航技術已經成為我們生活中不可或缺的一部分。應用領域廣泛，涵蓋個人消費者、工業、汽車和軍工等。

有一個非常明顯的趨勢是在個人消費者市場，導航接收機使用越來越廣泛，其中汽車和移動終端的導航和定位應用越發重要。

（cr：測測）

那麼下面，就隨著測測來看看關於GNSS的那些測試解決方案吧。

Solution

“測試解決方案”

（一）通用汽車衛星導航接收機測試

車載導航接收機主要分為直連測試和OTA空口測試。

車載導航直連測試：

如果車載導航接收機或模組本身可以直接透過射頻線纜直連，同時，提供串列埠的NMEA資料輸出，則可以直接進行直連測試。此方式的優勢是精確控制功率和遮蔽外界干擾——

車載導航接收機直連測試方框圖

車載導航OTA測試：

如果車載導航接收機已經是成品了，無法提供射頻介面直連的方式，則可以使用OTA的空口測試方法。用此方法，需要注意外界的訊號遮蔽，因此，可以在暗 室或者遮蔽室進行測試。在暗室或者遮蔽房進行測試，優勢可以遮蔽外界干擾，同時校準空中電平損耗——

車載導航接收機OTA測試方框圖

汽車衛星導航接收機測試專案：

（二）GNSS高精度衛星導航測試解決方案

通用的GNSS導航接收機測試，主要是針對目前市場上主流的單頻接收機或單天線接收機。而隨著車聯網無人駕駛時代的到來以及手機行業對高精度定位的需求，以前的導航接收機定位精度已經無法滿足市場的需求，現在越來越多的導航接收機都升級了相應的導航方式，包括了多頻接收機、多天線接收機及動態實時差分定位接收機等。

GNSS多頻導航接收機測試方案：

GNSS多頻接收機可同時接收同一個導航訊號多個頻率的載波訊號。利用多頻載波訊號受電離層延遲影響的差異性，可以消除電離層對電磁波訊號的延遲的影響。因此，GNSS多頻接收機可用於長距離精密相對定位。另外，GNSS多頻接收機藉助於在兩個頻率上或多個頻率上的觀測可加速整週模糊度的解算。

R&S SMW200A本身就是多埠向量源平臺上開發的，可以使用SMW200A的兩個射頻通道完成GPS三頻播發的需求；一個射頻通道產生GPS L1訊號，另外一個通道產生GPS L2+L5或者GPS L2/L5的訊號，其方案圖如下——

雙頻（L1+L2/L5）接收機或多頻（L1+L2+L5）測試

高階導航模擬器SMW200A的優勢是具備雙通道特性，可以兩個通道同時輸出不同頻點的GNSS訊號。由於一般的雙頻接收機需要做載波相位測距，因此，對於導航模擬器來說，需要不同頻點的GNSS訊號之間的同步效能保證很好，包括載波相位相參特性。SMW200A在儀表內部具備觸發和同步，同時，由於具備到的內部頻寬可高達528MHz，因此，載波相位相參也能非常方便地在基帶完成。

中高階導航模擬器SMBV100B同樣可以單臺儀表產生多頻GNSS訊號，可以單臺儀表完成L1+L2/L5或者L1+L2+L5的雙頻或者三頻接收機測試。

載波相位實時動態差分接收機RTK測試

：

差分定位接收機——

DGNSS：Differential GNSS。利用設定在座標已知的點 （基準站） 上的GNSS接收機測定GPS測量定位誤差，用以提高在一定範圍內其它GNSS接收機 （流動站） 測量定位精度的方法。

載波相位動態實時接收機——RTK（

Real-Time Kinematic

）是實時處理兩個測量站載波相位觀測量的差分方法，將基準站採集的載波相位發給使用者接收機，進行求差解算座標。這是一種新的常用的GNSS測量方法，以前的靜態、快速靜態、動態測量都需要事後進行解算才能獲得釐米級的精度，而RTK是能夠在野外實時得到釐米級定位精度的測量方法，它採用了載波相位動態實時差分方法，是GNSS應用的重大 里程碑。本身上是差分定位接收機，只是校正資料透過行動網路或私有網路實時傳輸到GNSS使用者，而不像普通的差分定位接收機是透過將校正資料複製到測量接收機裡面，一般RTK接收機具備載波相位測距功能。

其工作原理如下：

DGNSS/RTK接收機工作原理框圖

此類接收機，本身就是具備高精度定位功能，大多數都會採用雙頻/多頻接收機的定位方式，目的是提高定位精度。

同時，在校正資料的傳輸過程中，有私有網路和公有網路。

私有網路主要是透過ASK/FSK/WLAN的通訊方式，大多工作在ISM頻段，如433MHz。公有網路大多是基於運營商的行動通訊網路，如：GSM、LTE等。其測試框圖如下——

DGNSS/RTK接收機測試框圖

（三）汽車導航硬體在環HiL測試

硬體在環是一種測試方法，其中，被測裝置或系統（DUT或SUT）被嵌入到模擬器系統中，該模擬器系統主要實時地模擬裝置或系統的真實環境。

電子控制單元 （ECU），例如汽車複雜的執行器 （例如發動機或變速箱） 是典型的DUT。DUT透過其輸入和輸出連線到模擬器系統 （稱為“ HIL模擬器”）。在HIL模擬器中，虛擬環境採用數學模型實時計算。來自虛擬感測器或其他虛擬系統元件的這些訊號作為DUT的輸入。DUT的輸出訊號被饋送到虛擬執行器

。

HIL測試中的一部分是GNSS衛星訊號的模擬。為此，使用了GNSS模擬器，例如SMBVB或SMW——

GNSS硬體在環HiL測試框圖

大多數GNSS模擬器支援動態接收機模擬，但僅支援預定義的軌跡，即接收機的運動軌跡是完全預先確定的。但對於硬體在環HiL的應用，接收機的運動必須是可實時控制的。這意味著GNSS模擬器必須支援模擬軌跡的實時更新。

好訊息是所有R&S GNSS模擬器都可以實時進行遠端控制。因此，可以整合到動態HIL環境中。

在GNSS模擬執行時，HIL模擬器可以指示位置資料和動力學引數，例如速度，加速度和加加速度，而GNSS模擬器可以實時且無訊號中斷地調整模擬的運動。SMBVB和SMW還可以處理HiL模擬的車輛姿態資訊，例如俯仰，側傾和偏航值。在HIL應用中，SMBVB和SMW高達 100 Hz的資料更新率以及低至 20ms的處理延遲共同保障了高處理效率和訊號精度。

（四）車載導航自動化測試

SMBV100B/SMW200A都支援自動化測

試，可以在操作介面手動控制或遠端控制。遠端控制需要在上位機透過LAN、GPIB或USB連線SMBV。如下圖所示：

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車載導航接收機自動化測試框圖

以上，測測所講的4個測試便是利用GNSS衛星導航模擬器進行的一系列典型車載導航接收機驗證測試。讓我們繼續往下看~

SMBV100B/SMW200A

“衛星導航模擬器”

談到衛星導航模擬器，就不得不說羅德與施瓦茨SMBV100B和SMW200A這兩款向量訊號發生器。

“

高性價比的通用向量訊號發生器，具備優異的射頻指標，支援幾乎所有的通訊和廣播標準。

”

SMBV100B是通用向量訊號發生器，具備優異的射頻指標，最高頻率到6GHz，而SMW200A則是高階的向量訊號發生器，具有業界領先的射頻指標，配備雙射頻通道，且頻率最高可到44 GHz。這兩款訊號發生器透過配置一個或多個可選選件，支援北斗、GPS、格洛納斯和伽利略，是全能衛星導航模擬器。

R&S衛星導航模擬器為接收機測試提供了強大和可靠的單表解決方案，它們提供了以下關鍵特性：

實時導航衛星模擬，支援GPS L1/L2/L5（C/A和P碼），Glonass L1/L2，Galileo E1/E5和北斗 B1/B2/B3；同時還支援SBAS中的 QZSS / WAAS / EGNOS / MSAS / GAGAN；

SMBV最多可支援至102顆衛星；SMW最多可支援至612顆衛星；

不限的模擬時間，帶有衛星空中自動切換功能；

靜態衛星模擬可配置多普勒頻移；

模擬產生混合場景的GPS，Glonass，Galileo和北斗衛星；

靜態接收機測試支援自定義或預定義的地理位置；

移動接收機測試支援自定義或預定義的軌跡檔案（可直接匯入NMEA資料：

【KML檔案 （Google Earth輸出格式）；Waypoints檔案 （R&S定義格式）；txt檔案；NMEA檔案；xtd檔案 （包括：位置、速度、姿態等資訊）】；

對單顆衛星或全部衛星進行實時動態功率控制，模擬衛星 可視性變化 （遮擋）；

支援電離層和對流層模型；

透過匯入Almanac/RINEX檔案，支援最新或早期的衛星軌道；

可設定的仰角模板，自動移除低仰角的衛星；

支援自定義或預定義的A-GPS場景；

可模擬各種動態的遮擋效應和多徑效應——

R&S GNSS模擬器所支援的遮擋效應和多徑功能

除了導航衛星模擬外，SMBV/SMW還支援數字通訊標準如GSM/EDGE，3GPP/HSPA，LTE，5G NR， WLAN， Wimax，Bluetooth，以及廣播標準如FM stereo （帶RDS），HD Radio，Sirius和XM Satellite Radio和DAB。今天的移動終端除了GPS/Glonass/北斗外還具備以上所述的一種或多種標準，因此擁有一臺能夠支援所有測試訊號產生的單表給使用者帶來很大幫助。所有訊號都是實時產生，無需任何外部軟體。

SMBV/SMW還能選配高斯白噪聲產生模組，用於在射頻輸出訊號上疊加可控的噪聲，而且還支援疊加CW阻塞干擾。SMW更能夠支援MIMO通道衰落，可模擬各種場景，單臺儀表就能夠實現之前多臺儀表才能實現的功能。

最後來回顧下，我們先說了

GNSS的概念

；又說了利用GNSS衛星導航模擬器進行的一系列典型車載導航接收機驗證測試，涉及基本的

衛星導航定位測試、

高精度衛星導航定位測試、

車載衛星導航硬體在環HiL測試

等解決方案。

在GNSS接收機測試環境中使用的標準GNSS訊號模擬器能使我們的工程師們擁有最高的靈活性，能夠及時

對測試做出調整和改進；隨時、輕鬆地進行重複測試。