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  • 2024-1-2 11:42
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    背景介绍 在当今发展的趋势下,无线通信协议变得越来越复杂。具有多个输入和输出(MIMO)、高达320 MHz的带宽以及高4096 QAM的调制方案。而EN 300 328和EN 301 893标准描述了无线电以及2.4 GHz和5 GHz宽带信号的频谱参数。 EN 300328是欧盟RED指令下的射频测试标准,适用于工作在2.4 GHz的宽带传输系统,数据传输设备(例如蓝牙、WIFI、ZIGBEE产品等),EN 300328对产品的规范,确保无线电设备相互之间或对人类健康不会造成干扰,并对无线接收部分的最低性能提出更明确的要求,以提高无线频谱利用率。 德思特的TS-RPR3008W系列功率计能够根据EN 300 328和EN 301 893标准进行测量。此外,该功率计能够测量高达8 GHz的频率,因此适用于5G,6G,WiFi 6甚⾄WiFi 7的7.125 GHz测量。旨在解决无线LAN系统中日益增加的复杂性和可变性,同时根据320 MHz的指定标准和跨16个流(WiFi7)在4096个载波上同时保持高达4096 QAM的调制方案进行精确测量。 本文将详细介绍新颖且独特的射频功率计概念:TS-RPR3008W系列功率计,能够测量10 MHz至8 GHz频率范围内的复杂射频信号。其功率范围为-50至+10 dBm,采用RMS响应检测器。无论通道带宽和波峰因数如何,功率计都能执行准确的测量。 德思特多功能USB功率计 | 高达18GHz宽频带USB功率计,专业EMC测试测量设备 ​ www.tesight.com/emctest/powermeters/ 数据速率和带宽 EN 300 328和EN 301 893标准涉及宽带传输系统。采用802.11标准的无线LAN系统必须遵守该标准。802.11协议变得越来越复杂,采用更高的带宽(高达320MHz)、更高的频率(高达7.125 GHz)、更复杂的调制(高达4096 QAM)和更密集的频谱(最多同时⽀持4096个载波)。下表概述了各种选项 无线传输系统对功率计的需求 无线传输系统对功率计的要求是一系列的,以确保最终产品的最佳功能、效率和性能。在前面讨论的功率计测试要求以及EN 300 328 和 EN 301 893标准的背景下,⼀些对功率计的需求事项包括: ● 频率范围和带宽 确保功率计的设计适应从2 GHz到7.125 GHz的指定频率范围以及跨不同⽆线通信标准进行精确测量所需的不同调制带宽(高达320 MHz)。 ● 调制支持 设计功率计来处理复杂的调制方案,例如12位-4096 QAM,以准确捕获和分析信号的特性。 ● 采样率和分辨率 选择适当的模数转换器(ADC)和信号处理技术,以实现1 MS/s RMS测量所需的最小采样率。 ●突发检测和分析 实施算法和电路来检测信号内的突发,识别其开始和停止时间,并计算每个突发的平均RMS值,同时考虑20 dBc侧向阈值。 ●同步 开发同步机制,以确保在测量来⾃不同流通道的信号时多个功率计的精确对准和协调,同时遵守指定的同步容差。 ●总发射功率计算 结合电路或算法,通过总结每个突发的各个端口功率并考虑任何潜在任何相位或定时差异来准确计算总发射功率。 ●用户界面和数据呈现 设计直观的用户界面,显示测量结果、突发特性和任何相关指标,使⽤⼾能够有效地解释和分析数据。 ●校准和精度 结合校准例程或机制来长期保持测量精度,并考虑漂移、温度变化和组件⽼化等因素。 ●信号完整性和阻抗匹配 通过采用适当的阻抗匹配技术并最大限度地减少可能影响测量精度的信号反射,确保正确的信号完整性。 ●紧凑而坚固的硬件设计 设计功率计的硬件时要考虑紧凑性、稳健性和散热因素,以促进实际使用和延长使用寿命。 ● 软件集成 开发软件接口或API,实现功率计与测试设置、数据分析工具和报告系统的无缝集成。 ● 遵守标准 验证功率计设计是否符合相关行业标准,例如EN 300 328和EN 301 893,确保测量结果准确⼀致。 功率计的设计 (1)设计原理 德思特TS-RPR3008W功率计使用以下流程来实现功率测量。使用检测器将射频信号功率线性转换为RMS直流电压。无论是否应用复杂调制,RMS响应检测器都能确保为RF输⼊提供正确的DC表示。 使用高速AD转换器对该检测器的输出进行采样。然后,样本由数字信号处理器(DSP)处理,根据EN 300 328和EN 301 893标准计算各个突发的平均功率。DSP配备了⼀个⼤内存块,能够存储多达100,000个单独突发的突发信息。 功率计可以通过USB口连接到PC,并可以以高数据速率将存储的样本传输到PC。为了同步多个功率计,可以使用链式布置来连接多个功率计。这种布置使用专用触发端口,允许同时与多达16个功率计进行同步测量。 (2)输入端口 对于射频输⼊端口,采⽤了精密N型连接器。此外,我们还特别注重确保连接器和探测器之间的牢固连接,保证在整个频率范围内的良好匹配,从而最大限度地减少不确定性。所有这些组件都安装在完全定制的金属外壳内。这种设计选择使功率计具有非凡的稳定性。此外,金属外壳充当法拉第笼,有效隔离功率计的电子设备免受外部射频干扰,同时充当散热器。 (3)功率检测器 EN 300 328标准规定每个样本必须是RMS,为了实现这⼀点,有多种选择: ● 热功率计 在此方法中,射频功率直接通过电阻器,并测量电阻器产生的温升以确定功率。产生的热量与总施加功率成正比(无论是否经过复杂调制)。然而,热功率计的动态范围有限并且本质上很慢。 ● 带ADC采样的峰值检测器 此方法涉及使用ADC对峰值检测器进行高速采样,然后使用数字信号处理(DSP)技术来计算RMS功率。虽然峰值检测器具有较⼤的动态范围,但它本质上不是RMS。由于需要进行后处理,因此需要进行过采样。在320 MHz带宽下,采样率⾄少应为640 MSamples(奈奎斯特定律),但要获得准确的RMS响应,需要明显更高的过采样率。 ●RMS检测器 该检测器在检测器的输出端提供RMS电压响应。RMS检测器将RF输⼊信号转换为与输⼊信号的RMS值成比例的DC电压。 因此,德思特TS-RPR3008W功率计选择使用RMS检测器。然后,RMS检测器由高精度高速AD转换器进行采样,能够以1或5 Ms/s的速度进行测量(这些速度都是标准中规定的速度)。此外,功率计本身甚至还提供33 MSample/s速度模式。 最终检测器设计的频率范围为10 MHz至8 GHz,动态范围为‒50 dBm至+10 dBm。这些规格增加了功率计针对各种应用的多功能性。凭借这⼀频率范围,以及极高的测量速度和RMS响应检测器,在多个应用的测试中起重要作用。 功率计的测量方法 (1)单端口测量 EN 300 328标准描述了如何计算单端口和多端口(MIMO设备)场景的突发RMS功率。 由于检测器在输入处提供代表RMS功率的电压,因此突发(burst)信号的RMS功率可计算如下:其中,有效样本(Pn)被视为落在20 dBc以内的值(距最高RMS值)。 为了压缩数据,并不是每个样本都被发送出去。DSP存储突发的平均值以及第⼀个和最后⼀个样本(20 dBc点)的开始和停⽌时间。这种压缩提供了足够的数据来根据EN 300 328标准进行测量,同时实现更快的数据传输。此外,功率计还能够存储100,000次突发。 (2)多端口测量 对于具有多个端⼝的设备的测量,EN 300 328标准规定,在任何给定时刻,必须计算并存储功率总和。以下示例说明了⼀个场景,其中3个端口各自具有不同的突发信息: 然后可以使用以下公式计算3个功率计的总功率: 该标准要求以与单个端口相同的方式计算多个端⼝突发的RMS功率。然而,功率计仅存储平均功率以及各个端⼝突发的开始和停止时间。当重新排列公式时,我们观察到以下情况: 这表明,对每个功率计的突发信号进行平均除以功率计的数量,相当于分别对每个功率计的样本进行求和,然后除以样本数量。针对每个功率计执行该过程,然后除以功率计的数量。 (3)同步和用户界面 总功率的计算不是由功率计本身执行的。功率计本身存储平均RMS值以及开始和停止时间。通过链式连接和触发功率计,实现同步。 可以使用RadiMation软件免费版本管理每个功率计的触发、采样率一半的时间内的同步以从每个功率计检索存储的数据。利用该软件,可以进行额外的计算,并对天线增益和波束成形增益等因素进行补偿。此外,RadiMation根据EN 300 328和EN 301 893标准确定所需的参数,例如EIRP(有效各向同性辐射功率)、RF输出功率、占空比、Tx序列、Tx间隙和观测中的介质利用率时间。 功率计实际测试 分为以下几个方面对德思特TS-RPR3008W与热功率计进行了对比测试。验证德思特TS-RPR3008W功率计的以下性能: ✓ 具有测量信号的带宽和复杂性的能力 ✓ 具有测量间歇性开启和关闭信号的RMS功率的能力 ✓ 测试存在加性高斯白噪声的信号的RMS功率的能力 测试使用的设备有:能够生成复杂WiFi信号的发生器来生成复杂的调制信号以及其它测试所需信号,德思特TS-RPR3008W,以及用来做对比测试的热功率计。 (1)对802.11标准下的信号测量 对802.11信号进行测量,以展示德思特TS-RPR3008W通过RMS响应测量802.11WiFi信号的带宽和复杂性的能力。 在2.4 GHz频率下,生成带宽为20、40、80、160和320 MHz的信号。最初,在没有调制的情况下确定两个功率计之间的功率偏差,作为基线。随后,产生调制信号,并检查功率增量。两个功率计的增量值应非常接近。 如前所述,热功率计的动态范围是有限的。为了实现精确测量,峰值包络功率(PEP)不得超过仪表的最⼤可测量功率,这⼀点至关重要。此外,总信号带宽应显着超过功率计的本底噪声,以确保功率计测量实际信号而不是其自身的噪声。为了实现精确测量,信号峰值始终落在功率计的测量范围内至关重要。此外,信号常常变得很弱;在这种情况下,信号必须保持可检测,从而保持在本底噪声之上。 测试在-20 dBm下进行,该测试级别用于确保测量峰值包络功率(PEP)时结果的精度,同时减轻本底噪声的影响。 以上的表格中总结了热功率计和德思特TS-RPR3008W在2.4 GHz下各种信号配置的比较。显示的值包括连续波(CW)功率、调制功率、功率增量(差值)以及功率计之间的不平衡。 这些测试表明TS-RPR3008W能够准确测量不同带宽的调制WiFi信号的功率,展示其处理具有RMS响应的802.11信号复杂性的能力。 (2)对脉冲信号测试 由于通信信号通常具有较短的开启周期,因此功率计准确测量间歇性开启和关闭信号的RMS功率至关重要。 信号发生器配置为脉冲调制,ON和OFF状态的脉冲宽度均为250 µs,以及单独配置ON和OFF状态的脉冲宽度均为25 µs,从而产生50%占空比循环。 (3)高斯白噪声(AWGN) GNSS模拟器是GNSS高精测试的关键产品,是基 除了WiFi信号和脉冲调制信号之外,还使用10、20和100 MHz的带宽在存在加性高斯白噪声(AWGN)的情况下观察到RMS功率。 结论 总之,TS-RPR3008W功率计在测量复杂调制信号方面表现出了卓越的能力。其准确性经过设计、严格测试以及与热功率计的比较测试得到了验证。在各种信号带宽和复杂的调制信号中证明了其准确性和可靠性。同时通过有效解决信号调制和间歇性开/关周期带来的挑战,这些功率计可为各种应用提供精确的测量。 当与RadiMation软件(免费软件)结合使用时,功率计可提供全面的参数分析,使其成为射频功率领域的多功能且有价值的工具。 宽频率范围(10 MHz至8 GHz)、高测量速度、RMS响应检测器和精密N型连接器等功能的结合凸显了这些功率计的先进设计。定制的金属外壳不仅保证了耐⽤性,还提供了有效的屏蔽和散热。 总之,TS-RPR3008W功率计的优势在于能够准确测量复杂信号、表现出稳定性并提供实用的解决方案来满足现代通信技术的需求。
  • 2023-12-20 17:51
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    高精度定位与相关技术 随着全球定位技术的不断发展,人们对精准定位的需求也逐渐增加,GNSS技术已经成为了自动驾驶等许多关键领域的基础,而伴随着新兴技术的出现与硬需求,GNSS的定位精度要求也越来越高,因此高精定位技术也越发重要。 关于GNSS与定位精度 1.GNSS技术发展 GNSS技术,即全球定位卫星系统,目前有美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧洲的Galileo和中国的北斗,可以为全球用户提供高精度的定位、导航和定时服务。GNSS系统的卫星数量在不断增加,目前已经超过100颗。这意味着更多的卫星可用于提供全球定位服务,从而提高了定位的精确性和覆盖范围。 2. 不同技术的定位精度 最初的GNSS接收器主要依赖于独立单频测量,其定位精度在5-10米左右。这种技术仅使用卫星的伪距数据来计算位置,精度有限。 在技术进步的推动下,多频接收器开始广泛使用,接收器能够同时使用不同频段的信号。这提高了信号的质量和精度,并有助于减小定位误差,其定位精度约在3-5m。 随着GNSS技术进一步发展,来越多的增强方法被应用到GNSS技术中,如基于伪距的距离修正和误差建模,允许对卫星信号的误差进行建模和校正,从而提高了定位精度。即通过纠正大气延迟、钟差、卫星轨道误差等因素,可以将位置精度提高到1-3米,可以实现在不同应用领域中的高精度定位,包括民航、农业、测绘等。 目前,GNSS技术已经演进到了能够实现高精度定位的阶段,包括使用载波处理技术来处理卫星信号,实施更精确的误差建模,以及采用RTK(实时差分定位)和PPP(精密点对点)技术。使用这些方法,定位精度可以进一步提高到小于1米,满足了对精准定位的高要求,如测绘、自动驾驶汽车、无人机和精密农业等领域的需求。 3.定位误差与消除方法 (1)误差来源 然而由于设备、环境、卫星位置等各种原因,GNSS定位不是完全准确的,会受到多种误差的影响,导致最终的定位有所偏差。常见的误差来源有: ● 电离层误差(lonospheric errors) ● 对流层误差(Tropospheric errors) ● 卫星轨道误差(Satellite orbit errors) ● 卫星时钟误差(Satellite clock errors) ● 传输噪声与多径(RX noise and multipath) ● 接收机时钟误差(Receiver clock errors) ● 用户等效测距误差(UERE,user equivalent ranging error) ● 水平精度因子(HDOP,horizontal dilution of precision) (2)如何消除误差 对于电离层误差,其影响因素主要是仰角、频率、正上方电子总量TEC,我们可以通过嵌入klobuchar电离层模型参数进入导航信息,降低近50%的误差。此外,也可以通过多频方法,获取电离层自由伪距参数,采用距离校正计算,几乎可以消除电离层误差。 此外通过引入地面观测站的方式可以实现对卫星钟差、卫星轨道误差、电离层误差、对流层误差的减少或消除。根据覆盖区域和实现方式不同实现机制主要有两种: ● Observation Space Representation,观测域校正——小范围校正,直接利用基站进行校正信息传输,例如RTK。 ● State Space Representation,状态域校正—— 大范围乃至全球覆盖,利用中心处理站解算与处理校正信息,并利用互联网,卫星网络等传输,例如PPP。 (3)通过双差分方式消除接收机误差 双差分(Double-Difference)是全球导航卫星系统(GNSS)定位中的一种差分定位方法,旨在减小或消除定位中的一些误差来源。与单差分定位不同,双差分同时考虑了两个接收器之间的相对位置差异以及两个卫星之间的相对位置差异。这个方法在相对定位和高精度定位应用中非常有用。通过该方式可以有效减小或消除卫星钟差、卫星轨道误差、电离层误差、对流层误差,此外还可以消除接收机钟差。 (4)其他办法 此外,可以配之其他复杂方法,削弱或消除多径与噪声影响,如载波模糊度解算与基线处理。 RTK、PPP与RTK-PPP技术 1.RTK技术 RTK(Real-Time Kinematic)技术基于两个GNSS接收器,其中一个充当基准站,另一个作为流动站。基准站精确定位并连续跟踪卫星信号,同时记录数据,而流动站接收卫星信号以定位自身,并从基准站获取包含校正数据的RTCM信息来通过差分运算校正误差。这一过程实现了毫米级的高精度三维实时定位,依赖于实时传输的校正数据,适用于测绘、建筑、农业、无人机导航等多个应用领域。 RTK技术的主要特点是在实时中提供毫米级别的定位精度。RTK是基准站与流动站之间的直接校正信息传输,因此可以解决卫星、传输轨迹以及接收机本身的误差问题,但覆盖区域小,并且精度随着两者之间的距离增加而降低。 2.PPP技术 PPP(Precise Point Positioning)技术是一种高精度的全球导航卫星系统(GNSS)定位技术,它是一种广域的部署方案,通过CPF解算卫星误差并传输给接收机做校正,允许用户实现毫米级的三维位置精度,而无需依赖差分基站。与差分定位技术不同,PPP技术不需要在接收器和差分基站之间建立通信链接。用户只需单独的GNSS接收器和访问PPP校正数据的互联网连接,即可进行高精度定位。PPP技术适用于全球范围,因为它不依赖于特定地理区域内的差分基站,只需有足够的卫星可见性即可进行定位。但通常需要更长收敛时间的卫星信号观测来实现高精度,因此对于需要长时间持续定位的应用更为适用。 3.二者的对比 本质上来讲,这两种技术都是在传统GNSS定位的基础上,使用增强技术来提高GNSS定位精度的,是在不同校正域上的延伸与实现。 4.PPP-RTK技术 在上述的介绍中可以发现,RTK技术与PPT技术各有优劣——RTK定位时间快,但是覆盖距离小;PPP定位精度高,全球覆盖,但是收敛时间慢,且部署成本较高。随着需求和技术的发展,将PPP与RTK结合的技术(PPP-RTK)也出现了。 PPP-RTK是未来的主流与趋势,PPP-RTK状态域具备完好的服务优势,可以实现全覆盖、高精度、收敛快的高精度GNSS定位技术。 其主要原理为使用全球基站确定卫星钟差、卫星轨道误差;使用区域基准站对电离层误差、对流层误差等区域性误差进行了分析,建立整网的电离层延迟、对流层延迟等误差模型;并将全球和区域的误差产品发送给移动终端进行定位。总的来看,具有以下优势: ● 全国覆盖 PPP-RTK仅需不超过1000基站即可实现全国覆盖,极大减少基站建设的成本投入,提高服务覆盖范围。 ● 单向播发 PPP-RTK采用单向广播模式,更易实现海量用户并发。同时,单向播发的服务模式能有效的保护用户隐私。 ● 连续性 PPP-RTK对各项误差采用广域统一建模,提供全国范围内的无缝连续定位服务。 ● 完好性 PPP-RTK通过将GNSS各类误差分别建模并提供给用户,各类误差相互独立,可分别进行完好性监测并生成相应的完好性产品,实现功能安全。 如何进行高精度GNSS测试 可以看到近些年依托于GNSS的高精定位技术发展迅猛,大量的新技术,新应用,新方向层出不穷。如何在项目前期进行相关算法、环境、项目与技术的测试与检验,成为了一个重要的话题。 1.怎么样的GNSS测试方法是好的测试? (1)可重复性,可控性 进行高精度的GNSS测试需要在可重现和可控的环境中对GNSS接收器进行测试,特别是在项目的初期,当有很多参数和特性还不清楚时。通过高效且准确地控制测试场景和环境,可以实现精确的一致重复性测试,这对于项目的快速推进和问题的解决至关重要。 (2)可操作性 进行GNSS测试需要能支持对于设备与系统的实时操作,例如按照特定需求来设置制定的时间、地点信息,注入特定的“错误”和相应的校正数据等,用于对设备进行确定性验证与可预期的功能测试。 (3)HIL能力: 伴随着GNSS与定位导航产品的集成度越来越高,GNSS测试需要能够接入现有系统进行实时在环仿真,允许工程师近乎真实的模拟与测试应用场景,以验证其性能和功能,减少潜在风险,加快产品开发,并提高系统质量,因此要求测试能够支持在组件或整车级别将系统作为“黑匣子”进行测试。 (4)实时性: 在测试GNSS时,尤其是应用HIL仿真方式时,需要能够使用来自实时GNSS的实时网络校正数据进行测试。系统的延迟越低,实施性越好,在自动驾驶与高精定位行业的应用是十分重要的,一方面有助于真实模拟极限情况下的决策与响应能力,另一方面如果延迟太高,就会导致测试系统的实际响应与实际硬件的响应之间存在差异,从而影响测试的准确性。高延迟可能导致测试结果不可靠,甚至误导性,因此需要尽量降低延迟以获得可靠的HIL测试结果。 (5)性价比: 由于高精GNSS测试需要对现有的测试方案做改进,在面向新兴应用时都希望测试系统足够高效,减少所需的时间和资源;此外,在面对测试标准与方式有改变时,现有测试方案可以快速迭代、改变并无需花费大量的成本。 2.测试方法 GNSS模拟器是GNSS高精测试的关键产品,是基于软件定义架构的GNSS模拟器,是依托“依托软件引擎,开放硬件平台,高效开放地完成GNSS仿真”的自有Skydel GNSS仿真引擎的全面解决方案。 GNSS模拟器可以模拟接收机的接收口径上的GNSS信号,模拟不同卫星的信号(包括位置、速度、时间信息),模拟误差和干扰,如多径效应、大气延迟等,实现近乎真实的场景模拟。 可以帮助用户最大程度上高效快速的完成各阶段测试: ① 在Tier1、Tier2或供应商处进行接收器开发验证,通过辐射或传导方式对待测件的GNSS功能做实验室级别测试。 ② ECU/TCU Tier1、汽车原始设备制造商(OEM)或移动运营商实验室进行前期的ECU/TCU和整车的GNSS功能测试,结合基站模拟器完成对GNSS+5G的融合测试。 ③ ECU/TCU Tier1和汽车原始设备制造商(OEM)进行完全迫真的GNSS全面功能测试,完成结合5G,GEO网络,RTK/PPP基站等的全面高精度GNSS定位测试,对RTK,PPP,RTK-PPP设备的功能与性能进行完整的验证与测试。 GNSS仿真测试在未来自动驾驶等新兴领域中扮演着至关重要的角色,用于提前确保定位导航功能的可靠性。GNSS模拟器是实现GNSS高精度测试的关键工具,为用户提供了可控和可重复的测试方案,同时允许用户实时编辑和定义自己的GNSS仿真测试场景。利用GNSS模拟器,用户可以实现小于5 ms延迟的HIL闭环仿真,使测试尽可能接近真实情况。该模拟器基于软件定义架构,为用户提供了灵活性和可扩展性,使其能够适应未来测试需求的变化;而这样的架构,不仅保证了整体成本的合理性,还提供了出色的性价比。 德思特软件定义架构GNSS模拟一站式解决方案 | 性能领先的软件定义无线电GNSS模拟器/GNSS模拟新方案 ​ www.tesight.com/testing-and-simulation/ 自动驾驶与高精度定位的其他技术 1.什么是POS? 高精度POS(positioning and orientation system)即定位定姿系统,是指一种精确测量和确定物体在地球表面或三维空间中的准确位置的技术。高精度POS通常倚赖卫星导航系统(如全球定位系统,GPS)的精确测量,以及其他传感器(如惯性测量单元,IMU)和校准技术,以提供高精度的位置信息。 在自动驾驶领域里,随着自动驾驶技术的成熟和自动驾驶行业的逐渐发展,对数据精度的要求越来越高,其中高精度POS将逐步取代GNSS定位与IMU作为源数据的来源,提供更高精度、形式更丰富的自动驾驶数据。 2.什么是DGNSS? 差分全球导航卫星系统(DGNSS),是对GNSS的增强,旨在纠正GNSS系统中的部分错误和不准确性,从而提供更准确的定位信息。通常,访问校正信息可使差分GNSS接收器比其他接收器更准确;消除这些误差后,GNSS接收器有可能达到高达10厘米的精度。 该系统所基于的假设是,彼此非常接近(例如,在几百公里内)的任何两个接收器都将经历相同的大气误差。因此,差分GNSS使用至少两个GNSS接收器。一个接收器必须位于一个精确的已知位置;这个接收器用作基站或参考站,另一个称为流动接收器。基站接收器计算其由GNSS卫星计算出的位置与其实际已知位置之间的差异。差异是纠错因子,然后将其传输到流动接收器(或多个流动接收器)以校正其测量结果。可以使用无线电信号在现场实时应用更正后的信息。 差分GNSS可以使用固定的地面参考站网络来发送GNSS卫星广播的位置与已知固定位置之间的差异。DGNSS可以指任何类型的地基增强系统(GBAS),全世界有许多正在使用的地面系统。 从轨道卫星而不是地面发射器传输校正的类似系统称为WAAS(广域增强系统)或WADGPS(广域差分全球定位系统)。有时作为同义词使用,基于卫星的增强系统 (SBAS) 可以包括轨道卫星系统,它已在世界其他地区实施,例如EGNOS、MSAS、QZSS和GAGAN。如今,大多数商业GNSS接收器都支持一种带有SBAS的差分校正形式。 RTK就是在DGNSS的基础上,进一步利用卫星信号的载波相位对这种情况进行了修正,因此可以使定位精度进一步达到厘米级。 3.什么是A-GNSS? A-GNSS(Assisting-GNSS,辅助GNSS,又称网络增强卫星定位系统 )是一种GNSS增强系统,通常可以显着提高全球导航卫星系统(GNSS)的启动性能,即首次定位时间(TTFF)。利用普通的移动通信网络,传送增强校正数据,加强或者加快卫星导航信号的搜索跟踪性能与速度,可以明显缩短接收机的首次定位时间,同时可以在受到一定遮挡的情况下(或者半开阔区域),也能实现卫星导航定位。 所提供的辅助信息,包括导航卫星的历书、星历、频率范围、标准时间和近似位置等。通过提供辅助信息,使GNSS接收机在捕获之前就知道应该捕获的频率范围,然后辅助数据再提供用来计算GNSS用户位置的卫星所在位置。一旦捕获卫星信号后,剩下的工作就是伪距的测量(仅仅需要几毫秒,而不是几分钟),然后A-GNSS接收机开始计算用户的位置。首次定位时间从1分钟或者几分钟量级缩短到1秒量级。此外,由于A-GNSS接收机被设计为预先知道需要搜索哪个频率,接收机的信号搜索跟踪过程就变得较为简单,有针对性地压缩接收机搜索频带,降低噪声带宽,增加信号能量的累计时间,从而增加了A-GNSS接收机的灵敏度,并允许它捕获更弱的信号。
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    2023-12-20 09:49
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    来源:德思特测试测量 德思特干货丨RTK、PPP与RTK-PPP?一文带您认识高精定位及如何进行高精定位GNSS测试!(二) 原文链接:https://mp.weixin.qq.com/s/BM9UYTctDcfgp88iQ01ryQ 欢迎关注虹科,为您提供最新资讯! 上一篇文章介绍了GNSS与定位精度和RTK、PPP与RTK-PPP技术。本章将继续为大家介绍如何进行高精度GNSS测试、自动驾驶与高精度定位的其他技术。 03 如何进行高精度GNSS测试 可以看到近些年依托于GNSS的高精定位技术发展迅猛,大量的新技术,新应用,新方向层出不穷。如何在项目前期进行相关算法、环境、项目与技术的测试与检验,成为了一个重要的话题。 1 怎么样的GNSS测试方法是好的测试? (1)可重复性,可控性 进行高精度的GNSS测试需要在可重现和可控的环境中对GNSS接收器进行测试,特别是在项目的初期,当有很多参数和特性还不清楚时。通过高效且准确地控制测试场景和环境,可以实现精确的一致重复性测试,这对于项目的快速推进和问题的解决至关重要。 (2)可操作性 进行GNSS测试需要能支持对于设备与系统的实时操作,例如按照特定需求来设置制定的时间、地点信息,注入特定的“错误”和相应的校正数据等,用于对设备进行确定性验证与可预期的功能测试。 (3)HIL能力: 伴随着GNSS与定位导航产品的集成度越来越高,GNSS测试需要能够接入现有系统进行实时在环仿真,允许工程师近乎真实的模拟与测试应用场景,以验证其性能和功能,减少潜在风险,加快产品开发,并提高系统质量,因此要求测试能够支持在组件或整车级别将系统作为“黑匣子”进行测试。 (4)实时性: 在测试GNSS时,尤其是应用HIL仿真方式时,需要能够使用来自实时GNSS的实时网络校正数据进行测试。系统的延迟越低,实施性越好,在自动驾驶与高精定位行业的应用是十分重要的,一方面有助于真实模拟极限情况下的决策与响应能力,另一方面如果延迟太高,就会导致测试系统的实际响应与实际硬件的响应之间存在差异,从而影响测试的准确性。高延迟可能导致测试结果不可靠,甚至误导性,因此需要尽量降低延迟以获得可靠的HIL测试结果。 (5)性价比: 由于高精GNSS测试需要对现有的测试方案做改进,在面向新兴应用时都希望测试系统足够高效,减少所需的时间和资源;此外,在面对测试标准与方式有改变时,现有测试方案可以快速迭代、改变并无需花费大量的成本。 2 测试方法 GNSS模拟器是GNSS高精测试的关键产品,是基于软件定义架构的GNSS模拟器,是依托“依托软件引擎,开放硬件平台,高效开放地完成GNSS仿真”的自有Skydel GNSS仿真引擎的全面解决方案。 GNSS模拟器可以模拟接收机的接收口径上的GNSS信号,模拟不同卫星的信号(包括位置、速度、时间信息),模拟误差和干扰,如多径效应、大气延迟等,实现近乎真实的场景模拟。 可以帮助用户最大程度上高效快速的完成各阶段测试: ①在Tier1、Tier2或供应商处进行接收器开发验证,通过辐射或传导方式对待测件的GNSS功能做实验室级别测试。 ② ECU/TCU Tier1、汽车原始设备制造商(OEM)或移动运营商实验室进行前期的ECU/TCU和整车的GNSS功能测试,结合基站模拟器完成对GNSS+5G的融合测试。 ③ ECU/TCU Tier1和汽车原始设备制造商(OEM)进行完全迫真的GNSS全面功能测试,完成结合5G,GEO网络,RTK/PPP基站等的全面高精度GNSS定位测试,对RTK,PPP,RTK-PPP设备的功能与性能进行完整的验证与测试。 GNSS仿真测试在未来自动驾驶等新兴领域中扮演着至关重要的角色,用于提前确保定位导航功能的可靠性。GNSS模拟器是实现GNSS高精度测试的关键工具,为用户提供了可控和可重复的测试方案,同时允许用户实时编辑和定义自己的GNSS仿真测试场景。利用GNSS模拟器,用户可以实现小于5 ms延迟的HIL闭环仿真,使测试尽可能接近真实情况。该模拟器基于软件定义架构,为用户提供了灵活性和可扩展性,使其能够适应未来测试需求的变化;而这样的架构,不仅保证了整体成本的合理性,还提供了出色的性价比。 04 自动驾驶与高精度定位的其他技术 1 什么是POS? 高精度POS(positioning and orientation system)即定位定姿系统,是指一种精确测量和确定物体在地球表面或三维空间中的准确位置的技术。高精度POS通常倚赖卫星导航系统(如全球定位系统,GPS)的精确测量,以及其他传感器(如惯性测量单元,IMU)和校准技术,以提供高精度的位置信息。 在自动驾驶领域里,随着自动驾驶技术的成熟和自动驾驶行业的逐渐发展,对数据精度的要求越来越高,其中高精度POS将逐步取代GNSS定位与IMU作为源数据的来源,提供更高精度、形式更丰富的自动驾驶数据。 2 什么是DGNSS? 差分全球导航卫星系统(DGNSS),是对GNSS的增强,旨在纠正GNSS系统中的部分错误和不准确性,从而提供更准确的定位信息。通常,访问校正信息可使差分GNSS接收器比其他接收器更准确;消除这些误差后,GNSS接收器有可能达到高达10厘米的精度。 该系统所基于的假设是,彼此非常接近(例如,在几百公里内)的任何两个接收器都将经历相同的大气误差。因此,差分GNSS使用至少两个GNSS接收器。一个接收器必须位于一个精确的已知位置;这个接收器用作基站或参考站,另一个称为流动接收器。基站接收器计算其由GNSS卫星计算出的位置与其实际已知位置之间的差异。差异是纠错因子,然后将其传输到流动接收器(或多个流动接收器)以校正其测量结果。可以使用无线电信号在现场实时应用更正后的信息。 差分GNSS可以使用固定的地面参考站网络来发送GNSS卫星广播的位置与已知固定位置之间的差异。DGNSS可以指任何类型的地基增强系统(GBAS),全世界有许多正在使用的地面系统。 从轨道卫星而不是地面发射器传输校正的类似系统称为WAAS(广域增强系统)或WADGPS(广域差分全球定位系统)。有时作为同义词使用,基于卫星的增强系统(SBAS)可以包括轨道卫星系统,它已在世界其他地区实施,例如EGNOS、MSAS、QZSS和GAGAN。如今,大多数商业GNSS接收器都支持一种带有SBAS的差分校正形式。 RTK就是在DGNSS的基础上,进一步利用卫星信号的载波相位对这种情况进行了修正,因此可以使定位精度进一步达到厘米级。 3 什么是A-GNSS? A-GNSS(Assisting-GNSS,辅助GNSS,又称网络增强卫星定位系统)是一种GNSS增强系统,通常可以显着提高全球导航卫星系统(GNSS)的启动性能,即首次定位时间(TTFF)。利用普通的移动通信网络,传送增强校正数据,加强或者加快卫星导航信号的搜索跟踪性能与速度,可以明显缩短接收机的首次定位时间,同时可以在受到一定遮挡的情况下(或者半开阔区域),也能实现卫星导航定位。 所提供的辅助信息,包括导航卫星的历书、星历、频率范围、标准时间和近似位置等。通过提供辅助信息,使GNSS接收机在捕获之前就知道应该捕获的频率范围,然后辅助数据再提供用来计算GNSS用户位置的卫星所在位置。一旦捕获卫星信号后,剩下的工作就是伪距的测量(仅仅需要几毫秒,而不是几分钟),然后A-GNSS接收机开始计算用户的位置。首次定位时间从1分钟或者几分钟量级缩短到1秒量级。此外,由于A-GNSS接收机被设计为预先知道需要搜索哪个频率,接收机的信号搜索跟踪过程就变得较为简单,有针对性地压缩接收机搜索频带,降低噪声带宽,增加信号能量的累计时间,从而增加了A-GNSS接收机的灵敏度,并允许它捕获更弱的信号。
  • 2023-12-19 10:14
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    来源:德思特测试测量 德思特干货丨RTK、PPP与RTK-PPP?一文带您认识高精定位及如何进行高精定位GNSS测试!(一) 原文链接:https://mp.weixin.qq.com/s/6Jb3DuJEhRGqFPrH3CX8xQ 欢迎关注虹科,为您提供最新资讯! 高精度定位与相关技术 随着全球定位技术的不断发展,人们对精准定位的需求也逐渐增加,GNSS技术已经成为了自动驾驶等许多关键领域的基础,而伴随着新兴技术的出现与硬需求,GNSS的定位精度要求也越来越高,因此高精定位技术也越发重要。 01 关于GNSS与定位精度 1 GNSS技术发展 GNSS技术,即全球定位卫星系统,目前有美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧洲的Galileo和中国的北斗,可以为全球用户提供高精度的定位、导航和定时服务。GNSS系统的卫星数量在不断增加,目前已经超过100颗。这意味着更多的卫星可用于提供全球定位服务,从而提高了定位的精确性和覆盖范围。 2 不同技术的定位精度 最初的GNSS接收器主要依赖于独立单频测量,其定位精度在5-10米左右。这种技术仅使用卫星的伪距数据来计算位置,精度有限。 在技术进步的推动下,多频接收器开始广泛使用,接收器能够同时使用不同频段的信号。这提高了信号的质量和精度,并有助于减小定位误差,其定位精度约在3-5m。 随着GNSS技术进一步发展,来越多的增强方法被应用到GNSS技术中,如基于伪距的距离修正和误差建模,允许对卫星信号的误差进行建模和校正,从而提高了定位精度。即通过纠正大气延迟、钟差、卫星轨道误差等因素,可以将位置精度提高到1-3米,可以实现在不同应用领域中的高精度定位,包括民航、农业、测绘等。 目前,GNSS技术已经演进到了能够实现高精度定位的阶段,包括使用载波处理技术来处理卫星信号,实施更精确的误差建模,以及采用RTK(实时差分定位)和PPP(精密点对点)技术。使用这些方法,定位精度可以进一步提高到小于1米,满足了对精准定位的高要求,如测绘、自动驾驶汽车、无人机和精密农业等领域的需求。 3 定位误差与消除方法 (1)误差来源 然而由于设备、环境、卫星位置等各种原因,GNSS定位不是完全准确的,会受到多种误差的影响,导致最终的定位有所偏差。常见的误差来源有: ● 电离层误差(lonosphericerrors) ● 对流层误差(Troposphericerrors) ● 卫星轨道误差(Satelliteorbiterrors) ● 卫星时钟误差(Satelliteclockerrors) ● 传输噪声与多径(RXnoiseandmultipath) ● 接收机时钟误差(Receiverclockerrors) ● 用户等效测距误差(UERE,userequivalentrangingerror) ● 水平精度因子(HDOP,horizontaldilutionofprecision) (2)如何消除误差 对于电离层误差,其影响因素主要是仰角、频率、正上方电子总量TEC,我们可以通过嵌入klobuchar电离层模型参数进入导航信息,降低近50%的误差。此外,也可以通过多频方法,获取电离层自由伪距参数,采用距离校正计算,几乎可以消除电离层误差。 此外通过引入地面观测站的方式可以实现对卫星钟差、卫星轨道误差、电离层误差、对流层误差的减少或消除。根据覆盖区域和实现方式不同实现机制主要有两种: ● Observation Space Representation,观测域校正——小范围校正,直接利用基站进行校正信息传输,例如RTK。 ● State Space Representation,状态域校正——大范围乃至全球覆盖,利用中心处理站解算与处理校正信息,并利用互联网,卫星网络等传输,例如PPP。 (3)通过双差分方式消除接收机误差 双差分(Double-Difference)是全球导航卫星系统(GNSS)定位中的一种差分定位方法,旨在减小或消除定位中的一些误差来源。与单差分定位不同,双差分同时考虑了两个接收器之间的相对位置差异以及两个卫星之间的相对位置差异。这个方法在相对定位和高精度定位应用中非常有用。通过该方式可以有效减小或消除卫星钟差、卫星轨道误差、电离层误差、对流层误差,此外还可以消除接收机钟差。 (4)其他办法 此外,可以配之其他复杂方法,削弱或消除多径与噪声影响,如载波模糊度解算与基线处理。 02 RTK、PPP与RTK-PPP技术 1 RTK技术 RTK(Real-Time Kinematic)技术基于两个GNSS接收器,其中一个充当基准站,另一个作为流动站。基准站精确定位并连续跟踪卫星信号,同时记录数据,而流动站接收卫星信号以定位自身,并从基准站获取包含校正数据的RTCM信息来通过差分运算校正误差。这一过程实现了毫米级的高精度三维实时定位,依赖于实时传输的校正数据,适用于测绘、建筑、农业、无人机导航等多个应用领域。 RTK技术的主要特点是在实时中提供毫米级别的定位精度。RTK是基准站与流动站之间的直接校正信息传输,因此可以解决卫星、传输轨迹以及接收机本身的误差问题,但覆盖区域小,并且精度随着两者之间的距离增加而降低。 2 PPP技术 PPP(Precise Point Positioning)技术是一种高精度的全球导航卫星系统(GNSS)定位技术,它是一种广域的部署方案,通过CPF解算卫星误差并传输给接收机做校正,允许用户实现毫米级的三维位置精度,而无需依赖差分基站。与差分定位技术不同,PPP技术不需要在接收器和差分基站之间建立通信链接。用户只需单独的GNSS接收器和访问PPP校正数据的互联网连接,即可进行高精度定位。PPP技术适用于全球范围,因为它不依赖于特定地理区域内的差分基站,只需有足够的卫星可见性即可进行定位。但通常需要更长收敛时间的卫星信号观测来实现高精度,因此对于需要长时间持续定位的应用更为适用。 3 二者的对比 本质上来讲,这两种技术都是在传统GNSS定位的基础上,使用增强技术来提高GNSS定位精度的,是在不同校正域上的延伸与实现。 4 PPP-RTK技术 在上述的介绍中可以发现,RTK技术与PPT技术各有优劣——RTK定位时间快,但是覆盖距离小;PPP定位精度高,全球覆盖,但是收敛时间慢,且部署成本较高。随着需求和技术的发展,将PPP与RTK结合的技术(PPP-RTK)也出现了。 PPP-RTK是未来的主流与趋势,PPP-RTK状态域具备完好的服务优势,可以实现全覆盖、高精度、收敛快的高精度GNSS定位技术。 其主要原理为使用全球基站确定卫星钟差、卫星轨道误差;使用区域基准站对电离层误差、对流层误差等区域性误差进行了分析,建立整网的电离层延迟、对流层延迟等误差模型;并将全球和区域的误差产品发送给移动终端进行定位。总的来看,具有以下优势: ●全国覆盖 PPP-RTK仅需不超过1000基站即可实现全国覆盖,极大减少基站建设的成本投入,提高服务覆盖范围。 ●单向播发 PPP-RTK采用单向广播模式,更易实现海量用户并发。同时,单向播发的服务模式能有效的保护用户隐私。 ●连续性 PPP-RTK对各项误差采用广域统一建模,提供全国范围内的无缝连续定位服务。 ●完好性 PPP-RTK通过将GNSS各类误差分别建模并提供给用户,各类误差相互独立,可分别进行完好性监测并生成相应的完好性产品,实现功能安全。 END 以上为高精度定位与相关技术(一)的主要内容,在下一章德思特将为大家介绍如何进行高精度GNSS测试和自动驾驶与高精度定位的其他技术等内容。
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    2023-11-24 18:43
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    方案介绍 GNSS是当前最常用、覆盖最广泛、效率最高的定位导航技术,几乎各个领域都依赖它。然而,在室内或地下,GNSS信号通常非常弱甚至不可用。德思特采用时间服务器与GNSS模拟器相结合,提供了一种基于区域的室内定位方案。这个方案能够实时传输与特定区域对应的虚拟GNSS信号,而接收终端则无需额外的配置或软件,即可实现定位,并且能够平滑切换到真实的GNSS信号。 关键词:GNSS定位、室内定位、GNSS模拟器、中继器 方案背景 GNSS(全球导航卫星系统)定位是一种基于卫星信号的定位技术,通过接收来自全球卫星定位系统(如GPS、GLONASS、Galileo、BeiDou等)的信号来确定接收设备的准确位置、速度和时间信息,几乎在各行各业都会有所应用。 然而GNSS(全球导航卫星系统)室内定位在许多情况下存在挑战,一方面室内环境中的信号衰减通常比室外环境更加严重,导致信号强度减弱,另一方面建筑物的墙壁、天花板和物体会阻挡和反射GNSS信号,导致多路径效应,使得接收到的信号不稳定,因此会导致室内GNSS定位不准确甚至无法定位。 目前为了在室内获得更好的定位,已经出现了多种解决方案,包括使用Wi-Fi、蓝牙、UWB(超宽带)、红外线和其他传感器技术来增强或替代GNSS,但是此类方案大多数依赖专用、额外的设备或修改来实现这一目标,且几乎无法实现平滑的切换到外部的GNSS信号定位。 目前也有利用GNSS天线加中继放大器的方案来进行GNSS信号扩展的,但是此类方案会使得任何接收到重复信号的GNSS接收器都会认为它位于室外天线的位置,而不是实际的室内位置;并且此类方式直连放大器可能会导致对室外GNSS信号的干扰。 方案构成 使用时间服务器与GNSS模拟器实现基于区域的室内定位方案克服了这些问题,室外天线安装在天空视野清晰的任何地方,天线不是直接连接到传统中继器系统中的放大器和天线系统,而是连接到数据收集和同步单元,收集实时天空信号的信息并产生准确的10 MHz和1 PPS信号;GNSS模拟器可以使用这些信号来重新创建实时天空信号,但生成的位置可以编程模拟为世界上任何地方(包括进入室内区域的位置),而不是生成与室外天线位置相对应的信号。 整体架构可以划分为: #01 时间与数据采集部分 采用德思特时间服务器实时接收实时天空的详细信息以准确地重新生成GNSS信号。 ● 支持所有GNSS星座与波形 ● 多星座多频率模拟 ● 支持高达1000个卫星通道模拟 ● 超高的精度、分辨率、动态性能 ● 模拟迭代率可达1000 Hz ● 丰富的外部端口,支持各类同步 ● 灵活的软件平台和API #02 时间同步 ● 时间同步:NMEA,这种类型的同步精度优于50 ns ● 时钟同步:10 MHz + 1 PPS #03 射频信号产生 GNSS模拟器可以实现多星多频的同步模拟,可以为室内用户提供BEIDOU,GNSS,GLONASS,GELLILEO信号支持 ● 支持所有GNSS星座与波形 ● 多星座多频率模拟 ● 支持高达1000个卫星通道模拟 ● 超高的精度、分辨率、动态性能 ● 模拟迭代率可达1000 Hz ● 丰富的外部端口,支持各类同步 ● 灵活的软件平台和API 方案优势与特点 ● 时间同步精度小于50 s,可以实现室内外GNSS无缝切换 ● 室内外均提供连续一致的GNSS定位导航,无需额外设备或软件 ● 生成位置可以自定义,而不绑定室外天线位置 ● 定位在已知区域,范围相对传统中继更聚焦,从而缩短关键响应时间提高安全性 ● 范围与规模可扩展:时间服务器+GNSS模拟器均是COTS产品,通过后期扩展时间服务器与GNSS模拟器数量即可快速扩展区域,无需额外调整 ● 允许建立远程监控与预警系统 方案套装
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