„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” – mondta David Bourdier (M3 Systems).
Az NI PXIe-5644R típusú vektorjel generátor-analizátor (Vector Signal Transceiver, VST) FPGA-ja és RF-fokozatai nyújtotta képességek, az NI PXIe-8135 típusú vezérlő processzora által biztosított számítási teljesítmény és az NI LabVIEW rendszertervező szoftver lehetőségeinek együttes kihasználásával az M3 Systems szoftverrádiós megoldásán, a STELLA-NGC-n alapuló beágyazott rendszer azonban kitűnő példa a fent említett probléma megoldására. A STELLA-NGC egy teljeskörűen konfigurálható, több műholdcsoportot és frekvenciát kezelő, korszakalkotó képességekkel rendelkező GNSS szimulátor.
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 (NI) 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 a GNSS-témájú tapasztalatainkkal 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). Emellett további rendszerek is működnek, pl. az európai Galileo, az orosz GLONASS vagy a kínai BeiDou/COMPASS.
Szimulátorunk lelke a Constellator modul, amelyet a francia űrügynökséggel, a CNES-szel együttműködésben 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 saját pályaadatainkat egy valós mérésből (pl. vevő naplófájljából), vagy akár szimulált tesztet is végezhetünk, például Google Earth-ből pályadefiníció alapján létrehozott szöveges pályaleíró (KML) adatállomány segítségével.
A szimulátort légkörmodellekkel is elláttuk, így valós felhasználási eseteket szimulálhatunk, és a tesztelés minősége is javul. A GNSS-helymeghatározás pontosságára jelentős hatással csak két légréteg bír. Az ionoszférát, a légkör egyik felsőbb rétegét a napsugárzás ionizálja, e légréteg különösen napkitörések idején hat jelentősen 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 mechanizmusára.
A LabVIEW felhasználói felületén emellett lehetőséget nyújtunk az antenna iránykarakterisztikájának szimulációjára is. Lehetőség van olyan vevőantenna tervezésére, amely elnyom bizonyos térbeli irányból érkező műholdjeleket. Például, ha egy műhold emelkedési pontja túl közel van a horizonthoz, akkor rádiófrekvenciás jele rossz minőségű, az esetleges talajvagy épületreflexiók jelentős helymeghatározási hibához vezethetnek. A jelalakok kiszámítása csak az első lépés, a valósidejű jel-előállításhoz ennél több kell. Ehhez már a PXIe-5644R jelű VST nagy teljesítőképességű FPGA-jára is szükség lesz. Megoldásunk rendszerszintű felépítése az 1. ábrán látható.
1. ábra. LabVIEW segítségével egyszerűen összekapcsolhattuk a Constellatort az egyéb elengedhetetlen funkciókkalÜgyfeleink már jelenleg is érdeklődnek a STELLA-NGC iránt. LabVIEW segítségével könnyen bővíthetjük további képességekkel, amelyeket letöltve még fejlettebb rendszert használhatnak. A gyártásba vitel során az NI TestStand-program segítségével automatizált méréseket is futtathatunk. Az NI-platformmal könnyebben megfelelhettünk az ügyfelek elvárásainak, beépítettünk egyszerű be/ki kapcsolási funkciót, továbbá a kimenőteljesítmény-szint, a sávszélesség és az időzítés tekintetében igen jó minőségű RF-jelet állítottunk elő. Mindezt egy azonnal üzemképes, kulcsrakész megoldásként szállítjuk, amely így igazán költséghatékonyan használható.
2. ábra. A gyártásba vitel során az NI TestStand-program segítségével önműködő teszteket is futtathatunkTovábbfejlesztés az NI szoftverek és hardverek lehetőségeire építve, az M3 Systems tapasztalatait felhasználva
Tesztelőberendezésünk „lelke” az egyedülálló, integrált, modulrendszerű GNSS szimulátor. Az NI nagy teljesítőképességű VST technológiájával a GNSS szimulátort kiegészíthetjük további képességekkel, például rögzítéssel és visszajátszással, teljesítőképesség-elemzéssel és jelfeldolgozással, a legszélesebb felhasználói kör számára is elérhető, a lehető leghatékonyabb, egyedülállóan sokrétű ellenőrző- és homologizációs tesztrendszert kínálva.
