Testowanie nawigacji satelitarnej przy wykorzystaniu wektorowego transceivera sygnałów

Artykuł prezentuje sposób wykorzystania możliwości wektorowego transceivera sygnałów (VST) PXIe-5644R firmy National Instruments oraz graficznego środowiska programistycznego LabVIEW do zaprojektowania w pełni konfigurowalnego niedrogiego i skalowalnego symulatora systemów nawigacji satelitarnej GNSS umożliwiającego obsługę sprzętu dla wielu konstelacji ich testowanie i walidację.

Dodaj do ulubionych źródeł w Google
Posłuchaj
00:00

Firma M3 Systems, mająca siedzibę w Belgii oraz południowo-zachodniej Francji, zajmuje się projektowaniem urządzeń nawigacyjnych i pozycjonujących, służących do zastosowań cywilnych i wojskowych. Gdy podczas konferencji NIWeek w Austin (USA) w sierpniu 2012 roku firma National Instruments zapowiedziała produkcję wektorowego transceivera sygnałów (VST), inżynierowie z M3 Systems doszli do wniosku, że urządzenie to może wesprzeć proces tworzenia narzędzi testujących dla urządzeń nawigacji satelitarnej (GNSS - Global Navigation Satellite System).

Rozwiązanie tego typu dawało szansę na spełnienie rosnących wymagań klientów. Modułowość, elastyczność i wydajność platformy NI oraz duże oprogramowanie LabVIEW w zakresie projektowania interfejsów użytkownika wraz z doświadczeniem M3 Systems w dziedzinie GNSS stanowiły idealną kombinację, która umożliwiła stworzenie atrakcyjnych produktów. W wyniku tak korzystnych okoliczności postanowiono rozpocząć pracę nad projektem Stella-NGC - systemem testowania i walidacji przeznaczonym do symulacji działania GNSS.

Koncepcja symulatora

Rys. 1. LabVIEW wspiera integrację Constellatora z pozostałą wymaganą funkcjonalnością produktu

Celem symulatora jest stworzenie hipotetycznej sytuacji, w której odbiornik "uważa", że porusza się po zdefiniowanej przez użytkownika trajektorii. W tym celu generowane są sygnały wielkich częstotliwości imitujące działanie satelitów wchodzących w skład danej konstelacji GNSS. Istnieje kilka systemów GNSS - najbardziej popularnym jest Global Positioning System (GPS), są jednak jeszcze inne, takie jak europejski Galileo, rosyjski GLONASS oraz BeiDou/COMPASS rozwijany w Chinach.

Sercem symulatora jest tzw. Constellator, który został opracowany we współpracy z francuską agencją kosmiczną CNES. Symuluje on pozycję każdego satelity z wybranej konstelacji. Oprogramowanie LabVIEW zostało użyte w celu łatwej integracji Constellatora z innymi wymaganymi sekcjami projektu, takimi jak moduł definiowania trajektorii, modele atmosferyczne oraz charakterystyka promieniowania anteny.

Użytkownik może wybrać jeden ze zdefiniowanych scenariuszy albo zaimportować własną trajektorię z przeprowadzonych testów lub stworzoną przy użyciu notacji KML (Keyhole Markup Language) - korzystając przykładowo z aplikacji Google Earth.

By dodatkowo podnieść jakość testów i jak najlepiej odwzorować rzeczywiste warunki, do symulacji zostały dodane modele atmosferyczne. Spośród wszystkich warstw atmosfery, dwie mają faktyczny wpływ na dokładność pozycjonowania GNSS. Wyżej położona jonosfera, w której promieniowanie słoneczne jonizuje cząsteczki gazów, wpływa na tłumienie i rozpraszanie sygnałów w.cz. emitowanych przez satelity - zwłaszcza podczas burz słonecznych. Z kolei troposfera, warstwa najniższa, ma istotny wpływ na jakość sygnałów przez zachodzące w niej procesy pogodowe. Implementacja realistycznych modeli atmosferycznych pozwala ocenić dokładność pozycji obliczonej przez testowaną jednostkę.

Rys. 2. Oprogramowanie NI TestStand ułatwia obsługę zautomatyzowanych testów produkcyjnych

Na stworzonym w programie LabVIEW interfejsie użytkownika dodana została ponadto możliwość aktywowania symulacji charakterystyki promieniowania anteny. W rzeczywistości odbiornik może być zaprojektowany do odrzucania sygnału danego satelity w zależności od jego pozycji.

Przykładowo, jeśli satelita znajduje się zbyt blisko horyzontu, słaba jakość sygnału w.cz. oraz jego odbicia od ziemi i budynków mogą skutkować poważnymi błędami w pozycjonowaniu. Rozwiązanie problemu generowania odpowiedniego sygnału nie było jedynym wyzwaniem podczas tworzenia symulatora.

Działanie symulatora w czasie rzeczywistym wymaga dużej mocy obliczeniowej i pełnego wykorzystania możliwości układu FPGA wbudowanego w wektorowy transceiver sygnałów NI PXIe-5644R i odpowiedniej konstrukcji programu w LabVIEW. Rysunek 1 przedstawia architekturę takiego rozwiązania.

Stella-NGC

Rys. 3. Architektura stworzonego rozwiązania

Wykonany na bazie opisanej koncepcji symulator Stella-NGC zdążył już zyskać zainteresowanie klientów. Dzięki LabVIEW można z łatwością uzupełniać jego funkcjonalność oraz bezproblemowo udostępniać aktualizacje użytkownikom. Dodatkowo, oprogramowanie TestStand umożliwia łatwą konfigurację i obsługę testów produkcyjnych, kiedy zajdzie taka potrzeba.

Oczekiwania klientów w zakresie łatwości obsługi, łatwego włączania i wyłączania systemu, wysokiej jakości i mocy sygnałów wielkich częstotliwości oraz odpowiedniej przepustowości i synchronizacji zostały spełnione dzięki możliwościom produktów platformy NI. Cały symulator udało się zmieścić w jednej obudowie, co pozwoliło ograniczyć koszty.

Dzięki wysokiej wydajności wektorowego transceivera sygnałów NI VST, symulator został też rozszerzony o dodatkowe funkcje, takie jak nagrywanie i odtwarzanie, analiza wydajnościowa oraz przetwarzanie sygnałów - by ostatecznie stać się najbardziej kompletnym i efektywnym środowiskiem testowym dla walidacji i homologacji systemów nawigacyjnych.

David Bourdier
M3 Systems
National Instruments Poland Sp. z o.o.

poland.ni.com

Chcesz częściej widzieć nasze artykuły w Google? Dodaj ElektronikaB2B do ulubionych źródeł
Powiązane treści
Nawigacja i systemy lokalizacyjne GigaCon 2009
Transceiver KNX, czyli IoT w Twoim domu i biurze
Transceiver KNX, czyli IoT w Twoim domu i biurze
Wprowadzenie do testowania oprogramowania embedded
Platforma testowa do systemów nastawczych używanych w lotnictwie
Telefon zastępuje w Polsce nawigację GPS
Dostawy systemów do nawigacji zwiększą się do 2015 r. o 250%
Dobre prognozy dla rynku nawigacyjnego
Teseo LIV3F - nowe spojrzenie na nawigację
Zobacz więcej w kategorii: Technika
Komunikacja
Konfiguracja bramek MGate MB3000-G2: tryb Transparent i Agent w praktyce
Produkcja elektroniki
Analiza przyczyn wad montażu SMT i ograniczenia systemów inspekcyjnych
Produkcja elektroniki
Dokumentacja do wyceny montażu PCBA – jak przygotować kompletny pakiet danych?
Produkcja elektroniki
Ochrona antystatyczna fundamentem nowoczesnej produkcji
Komponenty
Niewielka uszczelka, ogromne znaczenie. Jak uszczelnienia FOF decydują o skuteczności ekranowania EMC obudów?
Komponenty
Folie termoprzewodzące elektroizolujące – jak jednocześnie odprowadzać ciepło i izolować elektrycznie?
Zobacz więcej z tagiem: Artykuły
Magazyn
Wrzesień 2026
Magazyn
Sierpień 2026
Targi zagraniczne
Electronica 2026 - targi i konferencja producentów elektroniki

Zobaczyć obiekt oczami radaru, czyli dlaczego potrzebujemy laboratorium do pomiarów RCS?

Radar postrzega świat inaczej niż człowiek. Zamiast obrazu tworzonego przez światło widzialne rejestruje echo wysłanej fali elektromagnetycznej. Na odpowiedź radarową obiektu wpływają nie tylko jego rozmiary, lecz także kształt, zastosowane materiały, częstotliwość oraz kierunek obserwacji. Dlatego dwa przedmioty o podobnych wymiarach mogą być dla radaru widoczne zupełnie inaczej. Jak zatem sprawdzić, co radar rzeczywiście "widzi"? Służą temu pomiary RCS, prowadzone między innymi w specjalistycznych laboratoriach, które zapewniają kontrolowane i powtarzalne warunki oraz umożliwiają uzyskanie dokładności wymaganej w danym zastosowaniu.
Zapytania ofertowe
Unikalny branżowy system komunikacji B2B Znajdź produkty i usługi, których potrzebujesz Katalog ponad 7000 firm i 60 tys. produktów