Műholdas helymeghatározó rendszerek tesztplatformja

„A globális műholdas helymeghatározó rendszerekhez kapcsolódó termékek választéka egyre csak színesedik és bővül, a szektorban tevékenykedők közül sokaknak testreszabott tesztelő és ellenőrzési környezetre van szüksége.“ 

Egyszerű és flexibilis megvalósítás az NI Vector Signal Transceiverével

A kitűzött feladat

Az M3 Systems azt a cél tűzte maga elé, hogy a globális műholdas helymeghatározó rendszerek (Global Navigation Satellite System – GNSS) automatizált tesztelési piacán nagy teljesítőképességű, rugalmas, különösen kedvező árfekvésű és egyúttal fokozatosan bővíthető megoldással jelenjen meg, amely a műholdcsoportok, frekvenciák és helymeghatározási kiegészítő rendszerek képességeivel kapcsolatos, egyre komolyabb elvárásoknak is képes megfelelni.

A megoldás

Az M3 Systems vállalat felhasználta a STELLA-NGC szoftver-rádiós megoldását, amely egy teljeskörűen konfigurálható, több műholdcsoportot és frekvenciát kezelő, korszakalkotó képességekkel rendelkező GNSS–szimulátor. Erre alapozva alakított ki egy beágyazott rendszert a National Istruments (NI) PXIe-5644R típusú vektorjel generátor-analizátora (Vector Signal Transceiver, VST) FPGA-ja és RF-fokozatai nyújtotta képességeknek, az NI PXIe-8135 típusú vezérlő processzora által biztosított számítási teljesítménynek és az NI LabVIEW rendszertervező szoftver lehetőségeinek együttes felhasználásával.

STELLA-NGC az NI és az M3 Systems együttműködésében

Az M3 Systems délnyugat-franciaországi és belga telephelyén polgári és katonai célú, nagy teljesítőképességű helymeghatározási és navigációs megoldásokat fejlesztenek. A National Instruments 2012 augusztusában a texasi Austinban megrendezett NIWeek-en mutatta be új VST-jét. Már ekkor felmerült, hogy szakértelmünk és tapasztalataink révén az új VST-re épülő, azonnal használható GNSS-eszközöket alakíthatunk ki, amelyek megkönnyítik ügyfeleink számára a tesztelést. Az NI platformjának rugalmassága, modulrendszerű kialakítása és kiváló teljesítőképessége cégünk GNSS-tapasztalataival és a LabVIEW felhasználói felületek fejlesztését támogató, különösen sokrétű képességeivel párosulva egyedülálló lehetőséget nyújtott új, vonzó termékek kialakítására. Ezért vágtunk bele a STELLA-NGC-projektbe, GNSS-szimulációs megoldásunk fejlesztésébe.
A GNSS-szimulátor célja, hogy „elhitesse” a GNSS-vevőkészülékkel, hogy egy általunk megadott pálya mentén halad. A szimulátor a rádiófrekvenciás (RF) jel előállításához a GNSS-műholdcsoport valamennyi holdjának adatait felhasználja. A Föld körül jelenleg is több GNSS-műholdcsoport kering, a legismertebb az Egyesült Államok hadügyminisztériuma által üzemeltetett Globális Helymeghatározó Rendszer (GPS). Ezenkívül azonban további rendszerek is működnek, úgymint az európai Galileo, az orosz GLONASS vagy a kínai BeuDou/COMPASS.
Szimulátorunk lelke a Constellator-szoftvermodul, amelyet a francia űrügynökséggel, a CNES-sel együttműködve fejlesztettünk ki. A modul bármely kiválasztott műholdcsoport valamennyi holdjának helyzetét képes kiszámítani. A LabVIEW segítségével egyszerűen összekapcsolhattuk a Constellatort további fontos funkciókkal, például pályamegadással, légkörmodellekkel és antenna-iránykarakterisztikával. Választhatunk előre meghatározott (a szoftverrel szállított) esetet, betölthetjük egy valós mérésből (pl. vevő naplófájljából) származó saját pályaadatainkat. De végezhetünk szimulált tesztet is például a Google Earth-ből pályadefinícióval létrehozott, szöveges pályaleíró (KML) adatállomány segítségével.
A szimulátort légkörmodellekkel is elláttuk, amelyekkel valós felhasználási eseteket szimulálhatunk, és a tesztelés minősége is javul. A GNSS-helymeghatározás pontosságára jelentős hatást csak az atmoszféra két légrétege gyakorol. Az ionoszféra, a légkör egyik felsőbb rétege atomjait a napsugárzás ionizálja, amely érthetően felerősödik napkitörések idején, amikor is jelentős hatást gyakorol a műholdakról érkező RF-jelek minőségére. A troposzféra, a légkör legalsó rétege mindennapi életünk színtere. Itt az időjárási viszonyok lehetnek kiemelkedő hatással a műholdakról érkező RF-jelek pontosságára. A kialakított, valósághű légkörmodellekkel megfigyelhetjük e jelenségek hatását a vizsgált berendezés helymeghatározási mechanizmusának működésére.
A LabVIEW felhasználói felületén ezenkívül lehetőséget nyújtunk az antenna iránykarakterisztikájának szimulációjára is. Lehetőség van olyan vevőantenna tervezésére, amely elnyom bizonyos térbeli irányból érkező műholdjeleket. Ha például egy műhold elevációja túl alacsony, azaz közel látszik a horizonthoz, akkor rádiófrekvenciás jele rossz minőségű, mert az esetleges talaj- vagy épületreflexiók jelentős helymeghatározási hibát okozhatnak.
A jelalakok kiszámítása csak az első lépés, a jel valósidejű előállításához ennél több kell. A jelalakok valósidejű kiszámítására célhardver – vagy azt emuláló FPGA – számítási teljesítménye szükséges. Megoldásunkban ezt a PXIe-5644R-jelű VST nagy teljesítőképességű FPGA-ja valósítja meg. Az így létrehozott GNSS-szimulátor rendszerszintű felépítése az 1. ábrán látható.

1. ábra A LabVIEW segítségével egyszerűen összekapcsolhattuk a Constellatort az egyéb elengedhetetlen funkciókkal

Ügyfeleink már jelenleg is érdeklődnek a STELLA-NGC iránt. Az egyedi felhasználói igények kielégítésének sincs akadálya, mert a LabVIEW segítségével könnyen bővíthetjük a rendszert további képességekkel, amelyeket letöltve ügyfeleink még fejlettebb rendszert használhatnak. A gyártásba vitel során az NI TestStand programja segítségével automatizált méréseket is futtathatunk. 

2. ábra A gyártásba vitel során az NI TestStand programja segítségéve önműködő teszteket is futtathatunk

Az NI-platformmal könnyebben megfelelhetünk ügyfeleink elvárásainak. Már eddig is beépítettünk például egyszerű be/kikapcsolási funkciót, továbbá a kimenő teljesítményszint, a sávszélesség és az időzítés tekintetében igen jó minőségű RF-jel előállítására konfiguráltuk rendszerünket. Mindezt azonnal üzemképes, kulcsrakész megoldásként szállítjuk, amely igazán költséghatékonyan használható.

Továbbfejlesztés az NI eszközeinek és az M3 Systems tapasztalatainak felhasználásával

Tesztelőberendezésünk „lelke” az egyedülálló, integrált, modulrendszerű GNSS-szimulátor. Az NI nagy teljesítőképességű VST-technológiáját felhasználva a GNSS-szimulátort további képességekkel, például rögzítéssel és visszajátszással, teljesítőképességelemzéssel és jelfeldolgozással egészíthetjük ki, a legszélesebb felhasználói kör számára is elérhető, a lehető leghatékonyabb, egyedülállóan sokrétű ellenőrző- és homologizációs tesztrendszert kínálva.

3. ábra Megoldásunk rendszerszintű felépítése

David Bourdier, Yohann Gouttefroy, Mark Dury, Marc Pollina ‑ M3 Systems

National Instruments Hungary Kft.
1117 Budapest, Neumann J. u. 1/E 2. em. (Infopark E ép.)
Tel.: +36 1 481 1400, E-mail: Ez az e-mail-cím a szpemrobotok elleni védelem alatt áll. Megtekintéséhez engedélyeznie kell a JavaScript használatát., web: hungary.ni.com
Szakmai tanácsadás: 06 80 204 704, technikai kérdések: Ez az e-mail-cím a szpemrobotok elleni védelem alatt áll. Megtekintéséhez engedélyeznie kell a JavaScript használatát.

Még több National Instruments

Címkék: VST | Vector Signal Transceiver | GPS | GLONASS | Galileo | Beudou | COMPASS | STELLA-NGC | LabVIEW | TestStand | PXIe-5644R