羅德與施瓦茨助力汽車高精度衛(wèi)星導(dǎo)航硬件在環(huán)HiL測試！

隨著無人駕駛汽車在汽車行業(yè)中變得越來越重要，傳統(tǒng)的衛(wèi)星導(dǎo)航定位精度大概在10米左右，不足以應(yīng)對自動駕駛和車聯(lián)網(wǎng)V2X的場景。從目前的L2等級的高級駕駛輔助系統(tǒng) (ADAS) 到半自動駕駛，再到未來的完全自動駕駛 (AD)，無人駕駛系統(tǒng)功能的復(fù)雜性正在急劇增加。相應(yīng)地，有兩個方面的重大挑戰(zhàn)。

挑戰(zhàn)一

衛(wèi)星導(dǎo)航硬件在環(huán)GNSS HiL

在各種可能的條件和變化下驗證自動駕駛和車聯(lián)網(wǎng)功能對汽車開發(fā)領(lǐng)域提出了重大挑戰(zhàn)。例如，自動緊急制動 (AEB) 和自適應(yīng)巡航控制 (ACC) 之類的功能，甚至是在高速公路自動駕駛條件下的全自動功能，都需要在多種場景和車輛配置下，對車輛進(jìn)行大量的功能性和非功能性的驗證和優(yōu)化。

目前，ADAS 和 AD 驗證主要采用兩種方法：在公共道路或試驗場上進(jìn)行駕駛測試和基于硬件在環(huán) (HiL)或者整車在環(huán)ViL的測試。

圖1：自動駕駛汽車的硬件在環(huán)HiL和整車在環(huán)ViL測試平臺

挑戰(zhàn)二

高精度衛(wèi)星導(dǎo)航

GNSS市場在很多因素的驅(qū)動下正在快速發(fā)展，由于車聯(lián)網(wǎng)市場、無人駕駛的出現(xiàn)，車載導(dǎo)航的要求也在不斷增加，從最初的標(biāo)準(zhǔn)定位SPS（Standard Positioning System）需求，發(fā)展到現(xiàn)在的高精度定位PPS（Precise Positioning System）需求。

實時衛(wèi)星導(dǎo)航模擬器

圖2：R&S SMBV100B（左）與 SMW200A(右)

SMBV100B和SMW200A是高性價比的通用矢量信號發(fā)生器，具備優(yōu)異的射頻指標(biāo)，支持幾乎所有的通信和廣播標(biāo)準(zhǔn)，通過配置一個或多個可選選件，支持 GPS、Glonass、Galileo和BeiDou，是全能衛(wèi)星導(dǎo)航模擬器。

R&S衛(wèi)星導(dǎo)航模擬器為接收機(jī)測試提供了強(qiáng)大和可靠的單表解決方案，它們提供了以下關(guān)鍵特性：

實時衛(wèi)星導(dǎo)航模擬器，支持GNSS所有頻段，包括：L1/L2和L5，且可單臺儀表同時產(chǎn)生所有頻段導(dǎo)航信號；

SMBV最多可支持至102顆衛(wèi)星，SMW最多可支持至612顆衛(wèi)星；

模擬器支持自定義或預(yù)定義的地理位置等多種軌跡文件；

支持實時HiL仿真，數(shù)據(jù)更新率高達(dá)100Hz；

可模擬動態(tài)場景下的遮擋效應(yīng)和靜態(tài)場景下的多徑效應(yīng)；

支持大氣層等場景模型；

單表解決方案：無需外部軟件或外部電腦。

通用汽車衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)測試解決方案

通用汽車衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)測試方法

如果車載導(dǎo)航接收機(jī)或模塊本身可以直接通過射頻線纜直連，同時，提供串口的NMEA數(shù)據(jù)輸出，則可以直接進(jìn)行直連測試。此方式的優(yōu)勢是精確控制功率和屏蔽外界干擾。如果車載導(dǎo)航接收機(jī)已經(jīng)做成成品了，無法提供射頻接口直連的方式，則可以使用OTA的空口測試方法。如下圖所示：

圖3：車載導(dǎo)航接收機(jī)直連測試方框圖

圖4：OTA測試方框圖

汽車導(dǎo)航接收機(jī)測試項目

GNSS高精度衛(wèi)星導(dǎo)航測試解決方案

GNSS多頻導(dǎo)航接收機(jī)測試方案

GNSS多頻接收機(jī)可同時接收同一個導(dǎo)航信號多個頻率的載波信號。利用多頻載波信號受電離層延遲影響的差異性，可以消除電離層對電磁波信號的延遲的影響。因此，GNSS多頻接收機(jī)可用于長距離精密相對定位。另外，GNSS多頻接收機(jī)借助于在兩個頻率上或多個頻率上的觀測可加速整周模糊度的解算。

SMW200A或SMBV100B都可單臺儀表實現(xiàn)多頻信號產(chǎn)生，如下圖所示，通過SMBV100B實現(xiàn)L1/L2/L5任意頻率組合方式的測試框圖：

圖5：雙頻(L1+L2/L5)接收機(jī)或多頻（L1+L2+L5）測試框圖

載波相位實時動態(tài)差分接收機(jī)RTK測試

載波相位動態(tài)實時接收機(jī)RTK：Real - Time Kinematic。是實時處理兩個測量站載波相位觀測量的差分方法，將基準(zhǔn)站采集的載波相位發(fā)給用戶接收機(jī)，進(jìn)行求差解算坐標(biāo)。

此類接收機(jī)，本身就是具備高精度定位功能，大多數(shù)都會采用雙頻/多頻接收機(jī)的定位方式，目的是提高定位精度。同時，在校正數(shù)據(jù)的傳輸過程中，有私有網(wǎng)絡(luò)和公有網(wǎng)絡(luò)，私有網(wǎng)絡(luò)主要是通過ASK/FSK/WLAN的通信方式，大多工作在ISM頻段，如433MHz。公有網(wǎng)絡(luò)大多是基于運營商的移動通信網(wǎng)絡(luò)，如：GSM、LTE等。其測試框圖如下：

圖6：DNSS/RTK接收機(jī)測試框圖

汽車導(dǎo)航硬件在環(huán)HiL測試

硬件在環(huán)是一種測試方法，其中，被測設(shè)備或系統(tǒng)（DUT或SUT）被嵌入到模擬器系統(tǒng)中，該模擬器系統(tǒng)主要實時地模擬設(shè)備或系統(tǒng)的真實環(huán)境，允許在閉環(huán)中實時評估其在整個系統(tǒng)中的性能。HIL測試中的一部分是GNSS衛(wèi)星信號的仿真。為此，使用了GNSS模擬器，例如R&S SMBVB或SMW，如下圖所示：

圖7：GNSS硬件在環(huán)HiL測試框圖

所有R＆S GNSS模擬器都可以實時進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，可以集成到動態(tài)HIL環(huán)境中。在GNSS HIL仿真器中可指示位置數(shù)據(jù)和動力學(xué)參數(shù)，例如速度，加速度和加加速度，而GNSS模擬器可實時且無信號中斷地調(diào)整仿真的運動，還可處理HiL仿真的車輛姿態(tài)信息，例如俯仰，側(cè)傾和偏航值。在HIL應(yīng)用中，SMBV和SMW高達(dá)100Hz的數(shù)據(jù)更新率以及低至 20 ms 的處理延遲共同保障了高處理效率和信號精度。

車載導(dǎo)航自動化測試

R&S SMBV100B/SMW200A都支持自動化測試，可以在操作界面手動控制或遠(yuǎn)程控制。遠(yuǎn)程控制需要在上位機(jī)通過LAN、GPIB或USB連接SMBV。測試方案如下：

圖8：車載導(dǎo)航接收機(jī)自動化測試框圖

結(jié)語

本文描述了利用GNSS衛(wèi)星導(dǎo)航模擬器進(jìn)行的一系列典型車載導(dǎo)航接收機(jī)驗證測試，涉及內(nèi)容從基本的衛(wèi)星導(dǎo)航定位測試、高精度衛(wèi)星導(dǎo)航定位測試到車載衛(wèi)星導(dǎo)航硬件在環(huán)HiL測試方案。在GNSS接收機(jī)測試環(huán)境中使用的標(biāo)準(zhǔn)GNSS信號仿真器可為工程師提供最大的靈活性，幫助他們實施調(diào)整和控制，輕松地進(jìn)行重復(fù)測試。

在這個環(huán)境中，本文中列出的測試將為車載導(dǎo)航接收機(jī)的測試和驗證創(chuàng)建一個標(biāo)準(zhǔn)驗證流程。靈活的信號源不僅支持GNSS接收機(jī)測試，還支持其他無線制式和標(biāo)準(zhǔn)測試。

編輯：jq