GNSS仿真领域的技术随着时代发展正在不断进步,在过去,只能选择使用固定的、分配的仅依靠硬件的方式进行仿真,而如今,一种被称为软件定义架构的颠覆性创新型技术正在迅速取代传统定制架构。
软件定义架构(Software Defined Architecture)是一种新型的架构模式,它是一种基于软件的架构,通过软件来定义系统的功能,从而提高系统的运行效率和能量效率。软件定义架构可以将硬件资源抽象化,从而使得应用程序可以更好地利用硬件资源,提高系统的性能和可靠性。
而基于软件定义架构的GNSS模拟器则是将该架构引入了GNSS仿真领域,依托“依托软件引擎,开放硬件平台,高效开放的完成GNSS仿真”的虹科Safran Skydel GNSS仿真引擎,结合软件定义架构推出面向下一代的软件定义GNSS模拟器——虹科Safran GSG-7/GSG-8。
软件定义架构下的GNSS模拟器主要由以下几部分组成:
软件定义架构这种独特、创新和完全现代的方法是未来仿真的必然趋势,和传统方法相比:
传统的硬件定制方式虽然很常见,但效率低下且不具备灵活性。除了功能被限制和被划分之外,固定、分配硬件的方式使用起来有很大的局限性:
需要额外的硬件,长期且昂贵的升级和安装
借助软件定义的GNSS仿真,可以通过快速的开发获得最大的可扩展性和灵活性。而要升级最新功能只需要简单的软件下载和许可软件安装。GPU具有高度并行的结构,这使得它们在处理大量数据的算法方面比通用CPU更高效,例如可以生成多个GNSS信号。
虹科Safran Skydel GNSS仿真引擎利用了GPU和CPU单元的计算能力,实现了卓越的模拟性能。
软件定义架构(SDA)的GNSS仿真有着众多优势:
软件定义架构的GNSS模拟器依托于COTS(Commercial off-the-shelf,商业现货,可及时交付,无需定制)硬件,而无需专有硬件,因此需要结合自己的需求选择最佳的硬件。
虹科Safran Skydel仿真引擎有基于Linux和Windows两种型号,可以根据需求与应用进行选择,其中,Linux系统在复杂环境与大型场景仿真下效果更好。在Linux Ubuntu下,GPU性能提高了30%。推荐计算机配置:
GPU是一种专用设备,可加速图形、视频和动画的创建和渲染,它由数百个内核构建,可以同时处理数千个线程,更像是一种并行结构,并提高了它们的处理效率。对于Nvidia GPU,这些并行处理器通常称为CUDA核心,通常被用来衡量GPU性能。
虹科Safran Skydel提供了模拟众多星座、频率的能力,但GPU中的CUDA内核数量决定您的设备是否可以处理软件中定义的数量。需要注意的是:Skydel GNSS模拟器目前仅支持Nvidia GPU,不支持AMD,因此显卡应选择Nvidia。
选择合适的GPU一般需考虑三个问题:
通常,假设有12颗卫星是可见的需要模拟,此时模拟12颗卫星传输GPS L1 C/A需要“12个信号”。例如:模拟12颗卫星发射GPS L1 C/A+L2C需要“2×12=24个信号”
需要模拟多径下的回波时,每一组回波需要乘以每个模拟回波的信号数(多径)。例如:模拟12颗卫星发射GPS L1 C/A+L2C和它们的一组1个回波需要“2×12×2=48个信号”。
经验法则:对于每个信号,需要大约16个CUDA内核数,通过CUDA数来反推GPU型号,以下是快速对照与选择表:
*RTX A5000是GSG-8 GNSS模拟器标配的GPU,GSG-8内部可以使用一个或两个RTX A5000。
*RTX A6000是高级模拟项目选择的GPU。
如果要模拟多个星座,则需要考虑到在多个频率上模拟更宽的信号(>50MHz)将需要更多的GPU处理能力。
模拟多个天线需要额外的Skydel实例,虽然Skydel实例可以共享同一个GPU,但共享GPU的效率不如每个实例都有一个专用GPU。
此外Skydel还可以验证准备的场景是否对GPU要求过高,该功能称为“GPU基准测试”。
在GPU Benchmark窗口中,可以指定要模拟的卫星数量和回波数量,然后单击“开始”,基准测试将以最快的速度执行10秒的模拟。基准测试完成后会呈现一个“分数”,当分数不低于1.15高时说明Skydel能够毫无问题地实时运行定义的GNSS仿真场景。
GNSS信号分为Upper Band(L1)与Lower Band(L2,L5),SDR的数量与端口数与需要输出GNSS信号的频率有关,单个端口仅能输出Upper Band或Lower Band,因此如果需要同时输出L1+L2/L5,则可能需要选择两个单端口SDR或一个双端口SDR,若在此之外还需要输出独立的干扰信号或要针对RTK等同时双轨迹的应用,则需要根据需求添加1个或双倍的SDR。
但软件定义的优势在于可以根据自己的需求随时添加SDR,不会受到过多的硬件与平台的限制,也无需额外购买软件扩展。
虹科Safran Skydel目前与三个软件定义无线电(SDR)制造商兼容,SDR模型的选择取决于模拟要求或SDR的潜在可用性。
下表是一个快速选择图表,可以根据此进行选择:
虹科提供一体式的软件定义GNSS设备,在单个机架内整合了上述软件定义的全部部分并提供多种选择,无需经过额外的硬件挑选与安装调试,并提供终身有效的软件与升级咨询服务。即开即用的设计,在开启电源后无需等待与装配,即可输出高质量且复杂的GNSS信号。
针对不同行业与不同应用,虹科Safran推出了GSG-7与GSG-8两款软件定义一体式GNSS模拟器,以适应各种测试环境与应用场景:
无论是基础的GNSS接收机测试,还是汽车HIL测试,以及RTK与多天线测试,虹科Safran一体式软件定义GNSS模拟器解决方案均提供强大与完备的支持,为GNSS测试与仿真提供高效先进的高端解决方案。
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