罗德与施瓦茨助力汽车高精度卫星导航硬件在环HiL测试

随着无人驾驶汽车在汽车行业中变得越来越重要，传统的卫星导航定位精度大概在10米左右，不足以应对自动驾驶和车联网V2X的场景。从目前的L2等级的高级驾驶辅助系统 (ADAS) 到半自动驾驶，再到未来的完全自动驾驶 (AD)，无人驾驶系统功能的复杂性正在急剧增加。相应地，有两个方面的重大挑战。

挑战一  卫星导航硬件在环GNSS HiL

在各种可能的条件和变化下验证自动驾驶和车联网功能对汽车开发领域提出了重大挑战。例如，自动紧急制动 (AEB) 和自适应巡航控制 (ACC) 之类的功能，甚至是在高速公路自动驾驶条件下的全自动功能，都需要在多种场景和车辆配置下，对车辆进行大量的功能性和非功能性的验证和优化。

目前，ADAS 和 AD 验证主要采用两种方法：在公共道路或试验场上进行驾驶测试和基于硬件在环 (HiL)或者整车在环ViL的测试。


图1：自动驾驶汽车的硬件在环HiL和整车在环ViL测试平台

挑战二  高精度卫星导航

GNSS市场在很多因素的驱动下正在快速发展，由于车联网市场、无人驾驶的出现，车载导航的要求也在不断增加，从最初的标准定位SPS（Standard Positioning System）需求，发展到现在的高精度定位PPS（Precise Positioning System）需求。

实时卫星导航模拟器


图2：R&S SMBV100B（左）与 SMW200A(右)

SMBV100B和SMW200A是高性价比的通用矢量信号发生器，具备优异的射频指标，支持几乎所有的通信和广播标准，通过配置一个或多个可选选件，支持 GPS、Glonass、Galileo和BeiDou，是全能卫星导航模拟器。

R&S卫星导航模拟器为接收机测试提供了强大和可靠的单表解决方案，它们提供了以下关键特性：

◾ 实时卫星导航模拟器，支持GNSS所有频段，包括：L1/L2和L5，且可单台仪表同时产生所有频段导航信号；

◾ SMBV最多可支持至102颗卫星，SMW最多可支持至612颗卫星；

◾ 模拟器支持自定义或预定义的地理位置等多种轨迹文件；

◾ 支持实时HiL仿真，数据更新率高达100Hz；

◾ 可模拟动态场景下的遮挡效应和静态场景下的多径效应；

◾ 支持大气层等场景模型；

◾ 单表解决方案：无需外部软件或外部电脑。

通用汽车卫星导航接收机测试解决方案

通用汽车卫星导航接收机测试方法

如果车载导航接收机或模块本身可以直接通过射频线缆直连，同时，提供串口的NMEA数据输出，则可以直接进行直连测试。此方式的优势是精确控制功率和屏蔽外界干扰。如果车载导航接收机已经做成成品了，无法提供射频接口直连的方式，则可以使用OTA的空口测试方法。如下图所示：


图3：车载导航接收机直连测试方框图


图4：OTA测试方框图

汽车导航接收机测试项目



GNSS高精度卫星导航测试解决方案

GNSS多频导航接收机测试方案

GNSS多频接收机可同时接收同一个导航信号多个频率的载波信号。利用多频载波信号受电离层延迟影响的差异性，可以消除电离层对电磁波信号的延迟的影响。因此，GNSS多频接收机可用于长距离精密相对定位。另外，GNSS多频接收机借助于在两个频率上或多个频率上的观测可加速整周模糊度的解算。

SMW200A或SMBV100B都可单台仪表实现多频信号产生，如下图所示，通过SMBV100B实现L1/L2/L5任意频率组合方式的测试框图：


图5：双频(L1+L2/L5)接收机或多频（L1+L2+L5）测试框图

载波相位实时动态差分接收机RTK测试

载波相位动态实时接收机RTK：Real - Time Kinematic。是实时处理两个测量站载波相位观测量的差分方法，将基准站采集的载波相位发给用户接收机，进行求差解算坐标。

此类接收机，本身就是具备高精度定位功能，大多数都会采用双频/多频接收机的定位方式，目的是提高定位精度。同时，在校正数据的传输过程中，有私有网络和公有网络，私有网络主要是通过ASK/FSK/WLAN的通信方式，大多工作在ISM频段，如433MHz。公有网络大多是基于运营商的移动通信网络，如：GSM、LTE等。其测试框图如下：


图6：DNSS/RTK接收机测试框图

汽车导航硬件在环hil测试

硬件在环是一种测试方法，其中，被测设备或系统（DUT或SUT）被嵌入到模拟器系统中，该模拟器系统主要实时地模拟设备或系统的真实环境，允许在闭环中实时评估其在整个系统中的性能。HIL测试中的一部分是GNSS卫星信号的仿真。为此，使用了GNSS模拟器，例如R&S SMBVB或SMW，如下图所示：


图7：GNSS硬件在环HiL测试框图

所有R＆S GNSS模拟器都可以实时进行远程控制，可以集成到动态HIL环境中。在GNSS HIL仿真器中可指示位置数据和动力学参数，例如速度，加速度和加加速度，而GNSS模拟器可实时且无信号中断地调整仿真的运动，还可处理HiL仿真的车辆姿态信息，例如俯仰，侧倾和偏航值。在HIL应用中，SMBV和SMW高达100Hz的数据更新率以及低至 20 ms 的处理延迟共同保障了高处理效率和信号精度。

车载导航自动化测试

R&S SMBV100B/SMW200A都支持自动化测试，可以在操作界面手动控制或远程控制。远程控制需要在上位机通过LAN、GPIB或USB连接SMBV。测试方案如下：


图8：车载导航接收机自动化测试框图

结  语

本文描述了利用GNSS卫星导航模拟器进行的一系列典型车载导航接收机验证测试，涉及内容从基本的卫星导航定位测试、高精度卫星导航定位测试到车载卫星导航硬件在环HiL测试方案。在GNSS接收机测试环境中使用的标准GNSS信号仿真器可为工程师提供最大的灵活性，帮助他们实施调整和控制，轻松地进行重复测试。

在这个环境中，本文中列出的测试将为车载导航接收机的测试和验证创建一个标准验证流程。灵活的信号源不仅支持GNSS接收机测试，还支持其他无线制式和标准测试。