GNSS仿真領(lǐng)域的技術(shù)隨著時代發(fā)展正在不斷進(jìn)步，在過去，只能選擇使用固定的、分配的僅依靠硬件的方式進(jìn)行仿真，而如今，一種被稱為軟件定義架構(gòu)的顛覆性創(chuàng)新型技術(shù)正在迅速取代傳統(tǒng)定制架構(gòu)。

軟件定義GNSS架構(gòu)

軟件定義架構(gòu)（Software Defined Architecture）是一種新型的架構(gòu)模式，它是一種基于軟件的架構(gòu)，通過軟件來定義系統(tǒng)的功能，從而提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率和能量效率。軟件定義架構(gòu)可以將硬件資源抽象化，從而使得應(yīng)用程序可以更好地利用硬件資源，提高系統(tǒng)的性能和可靠性。

而基于軟件定義架構(gòu)的GNSS模擬器則是將該架構(gòu)引入了GNSS仿真領(lǐng)域，依托“依托軟件引擎，開放硬件平臺，高效開放的完成GNSS仿真”的虹科Safran Skydel GNSS仿真引擎，結(jié)合軟件定義架構(gòu)推出面向下一代的軟件定義GNSS模擬器——虹科Safran GSG-7/GSG-8。

軟件定義架構(gòu)下的GNSS模擬器主要由以下幾部分組成：

• SSE（Skydel Simulation Engine，Skydel仿真引擎）：設(shè)計靈活，可用于多個CPU和操作系統(tǒng)，甚至可以作為軟件解決方案與第三方硬件集成，所有的功能都基于此獨立的軟件；
• CPU&OS（Center Processing Unit 中央處理器&Operating Sys. 操作系統(tǒng)）：軟件的必要運(yùn)行環(huán)境；
• GPU（Graphics Processing Unit，圖像處理器）：Skydel使用GPU處理星座、頻率與軌跡信息，并生成IQ信號；
• SDRs（Software-Defined Radios，軟件定義無線電）：Skydel使用SDR進(jìn)行IQ信號的處理與RF信號的輸出。

軟件定義架構(gòu)的先進(jìn)性

軟件定義架構(gòu)這種獨特、創(chuàng)新和完全現(xiàn)代的方法是未來仿真的必然趨勢，和傳統(tǒng)方法相比：

使用固定、分配的硬件進(jìn)行仿真（定制）

傳統(tǒng)的硬件定制方式雖然很常見，但效率低下且不具備靈活性。除了功能被限制和被劃分之外，固定、分配硬件的方式使用起來有很大的局限性：

需要額外的硬件，長期且昂貴的升級和安裝

• 關(guān)鍵功能的使用受項目影響
• 信號數(shù)量受FPGA通道限制
• 硬件是定制的，只能少量生產(chǎn)
• 通常需要五年或更長時間進(jìn)行硬件更新

使用開放式軟件定義架構(gòu)進(jìn)行仿真

借助軟件定義的GNSS仿真，可以通過快速的開發(fā)獲得最大的可擴(kuò)展性和靈活性。而要升級最新功能只需要簡單的軟件下載和許可軟件安裝。GPU具有高度并行的結(jié)構(gòu)，這使得它們在處理大量數(shù)據(jù)的算法方面比通用CPU更高效，例如可以生成多個GNSS信號。

虹科Safran Skydel GNSS仿真引擎利用了GPU和CPU單元的計算能力，實現(xiàn)了卓越的模擬性能。

• 它是動態(tài)的，面向未來的
• 以更低的成本獲得高端的性能
• 根據(jù)需求隨時升級更強(qiáng)大的功能
• 集成干擾信號，無需專用硬件
• 可以輕松定制新的實驗信號
• 利用COTS（標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品）硬件性能升級來提高系統(tǒng)性能
• 基于軟件解決方案構(gòu)建的開源庫和插件

軟件定義架構(gòu)（SDA）的GNSS仿真有著眾多優(yōu)勢：

• 更低的總成本：較低的初始系統(tǒng)（硬件/軟件）成本和支持成本意味著可以將預(yù)算用于其他項目、購買多個系統(tǒng)或添加更多軟件解決方案。
• 非專有軟件：專用硬件的方案不靈活，缺乏從同一平臺創(chuàng)建非GNSS信號的能力。純軟件解決方案能夠適配不同機(jī)箱，從而減少硬件，提供可擴(kuò)展性。
• 軟件定義無線電：能夠輕松根據(jù)測試要求重新配置。可以輕松添加、刪除信號或升級系統(tǒng)。
• 功能強(qiáng)大的現(xiàn)代軟件：所有測試都集中在一個穩(wěn)定、響應(yīng)迅速、易于使用的單一軟件包中，大大降低了時間成本。
• 自動化和易于集成：命令和信息已經(jīng)存儲在軟件中。您可以更快地與其他系統(tǒng)集成，并體驗自動化帶來的生產(chǎn)力指數(shù)級增長。

如何選擇最適合的SDA硬件

軟件定義架構(gòu)的GNSS模擬器依托于COTS（Commercial off-the-shelf，商業(yè)現(xiàn)貨，可及時交付，無需定制）硬件，而無需專有硬件，因此需要結(jié)合自己的需求選擇最佳的硬件。

如何選擇最佳的CPU與操作系統(tǒng)？

虹科Safran Skydel仿真引擎有基于Linux和Windows兩種型號，可以根據(jù)需求與應(yīng)用進(jìn)行選擇，其中，Linux系統(tǒng)在復(fù)雜環(huán)境與大型場景仿真下效果更好。在Linux Ubuntu下，GPU性能提高了30%。推薦計算機(jī)配置：

如何選擇最佳的GPU？

GPU是一種專用設(shè)備，可加速圖形、視頻和動畫的創(chuàng)建和渲染，它由數(shù)百個內(nèi)核構(gòu)建，可以同時處理數(shù)千個線程，更像是一種并行結(jié)構(gòu)，并提高了它們的處理效率。對于Nvidia GPU，這些并行處理器通常稱為CUDA核心，通常被用來衡量GPU性能。

虹科Safran Skydel提供了模擬眾多星座、頻率的能力，但GPU中的CUDA內(nèi)核數(shù)量決定您的設(shè)備是否可以處理軟件中定義的數(shù)量。需要注意的是：Skydel GNSS模擬器目前僅支持Nvidia GPU，不支持AMD，因此顯卡應(yīng)選擇Nvidia。

選擇合適的GPU一般需考慮三個問題：

• 需要模擬多少個信號？

通常，假設(shè)有12顆衛(wèi)星是可見的需要模擬，此時模擬12顆衛(wèi)星傳輸GPS L1 C/A需要“12個信號”。例如：模擬12顆衛(wèi)星發(fā)射GPS L1 C/A+L2C需要“2×12=24個信號”

需要模擬多徑下的回波時，每一組回波需要乘以每個模擬回波的信號數(shù)（多徑）。例如：模擬12顆衛(wèi)星發(fā)射GPS L1 C/A+L2C和它們的一組1個回波需要“2×12×2=48個信號”。

經(jīng)驗法則：對于每個信號，需要大約16個CUDA內(nèi)核數(shù)，通過CUDA數(shù)來反推GPU型號，以下是快速對照與選擇表：

*RTX A5000是GSG-8 GNSS模擬器標(biāo)配的GPU，GSG-8內(nèi)部可以使用一個或兩個RTX A5000。

*RTX A6000是高級模擬項目選擇的GPU。

• 需要模擬多個星座嗎？

如果要模擬多個星座，則需要考慮到在多個頻率上模擬更寬的信號（＞50MHz）將需要更多的GPU處理能力。

• 是否需要模擬多個天線或RTK？

模擬多個天線需要額外的Skydel實例，雖然Skydel實例可以共享同一個GPU，但共享GPU的效率不如每個實例都有一個專用GPU。

此外Skydel還可以驗證準(zhǔn)備的場景是否對GPU要求過高，該功能稱為“GPU基準(zhǔn)測試”。

在GPU Benchmark窗口中，可以指定要模擬的衛(wèi)星數(shù)量和回波數(shù)量，然后單擊“開始”，基準(zhǔn)測試將以最快的速度執(zhí)行10秒的模擬。基準(zhǔn)測試完成后會呈現(xiàn)一個“分?jǐn)?shù)”，當(dāng)分?jǐn)?shù)不低于1.15高時說明Skydel能夠毫無問題地實時運(yùn)行定義的GNSS仿真場景。

如何選擇最佳的SDR？

GNSS信號分為Upper Band（L1）與Lower Band（L2，L5），SDR的數(shù)量與端口數(shù)與需要輸出GNSS信號的頻率有關(guān)，單個端口僅能輸出Upper Band或Lower Band，因此如果需要同時輸出L1+L2/L5,則可能需要選擇兩個單端口SDR或一個雙端口SDR，若在此之外還需要輸出獨立的干擾信號或要針對RTK等同時雙軌跡的應(yīng)用，則需要根據(jù)需求添加1個或雙倍的SDR。

但軟件定義的優(yōu)勢在于可以根據(jù)自己的需求隨時添加SDR，不會受到過多的硬件與平臺的限制，也無需額外購買軟件擴(kuò)展。

虹科Safran Skydel目前與三個軟件定義無線電（SDR）制造商兼容，SDR模型的選擇取決于模擬要求或SDR的潛在可用性。

• Ettus N310或X300/310

• NI USRP-294xR/295XR

• Dektec DAT-2115B

下表是一個快速選擇圖表，可以根據(jù)此進(jìn)行選擇：

一體式軟件定義GNSS仿真方案

虹科提供一體式的軟件定義GNSS設(shè)備，在單個機(jī)架內(nèi)整合了上述軟件定義的全部部分并提供多種選擇，無需經(jīng)過額外的硬件挑選與安裝調(diào)試，并提供終身有效的軟件與升級咨詢服務(wù)。即開即用的設(shè)計，在開啟電源后無需等待與裝配，即可輸出高質(zhì)量且復(fù)雜的GNSS信號。

針對不同行業(yè)與不同應(yīng)用，虹科Safran推出了GSG-7與GSG-8兩款軟件定義一體式GNSS模擬器，以適應(yīng)各種測試環(huán)境與應(yīng)用場景：

• GSG-711：單頻單星座/多星座，190衛(wèi)星通道，汽車與公共安全、制造測試
• GSG-721：雙頻單星座/多星座，190衛(wèi)星通道，汽車與公共安全、制造測試
• GSG-731：多頻單星座/多星座，190衛(wèi)星通道，汽車與公共安全、制造測試
• GSG-811：單頻單星座/多星座，250衛(wèi)星通道，汽車與公共安全、制造測試
• GSG-821：雙射頻端口，雙頻單星座/多星座，250個通道，汽車與公共安全、制造測試，多天線與RTK
• GSG-831：三射頻端口，多頻單星座/多星座，250個通道，汽車與公共安全、制造測試，多天線與RTK
• GSG-842：四射頻端口，多頻單星座/多星座，250個通道，汽車與公共安全、制造測試，多天線與RTK

無論是基礎(chǔ)的GNSS接收機(jī)測試，還是汽車HIL測試，以及RTK與多天線測試，虹科Safran一體式軟件定義GNSS模擬器解決方案均提供強(qiáng)大與完備的支持，為GNSS測試與仿真提供高效先進(jìn)的高端解決方案。