圖1.我們使用NI PXIe-1075機(jī)箱、多個(gè)PXI-5661矢量信號(hào)分析儀、HDD-8264 12組RAID陣列以及LabVIEW軟件，同時(shí)從多個(gè)頻段傳輸數(shù)據(jù)。

圖2. GNSS 前端概覽
"我們運(yùn)用具有可配置性與高速流盤(pán)性能的矢量信號(hào)分析儀，收集所有可用的GNSS信號(hào)，并期望它能用在今后的信號(hào)上。"
- Mark Petovello, University of Calgary

挑戰(zhàn):

開(kāi)發(fā)功能強(qiáng)大、靈活度高，以軟件為構(gòu)架的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)接收器，能采集、追蹤并記錄多方的GNSS信號(hào)，其無(wú)線電頻率帶寬可高達(dá)20 MHz。

解決方案:

使用NI模塊化儀器、射頻矢量信號(hào)分析儀與高速信號(hào)存儲(chǔ)設(shè)備，開(kāi)發(fā)靈活、可移動(dòng)及可配置的GNSS接收器，可以傳輸、存儲(chǔ)射頻信號(hào)。

在當(dāng)今社會(huì)，將GPS作為定位系統(tǒng)已日漸普遍，如：車輛內(nèi)置導(dǎo)航系統(tǒng)、手機(jī)定位功能等，而GPS接收器在娛樂(lè)方面的使用量也逐步增多。雖然GPS是目前全球唯一的GNSS系統(tǒng)，但在俄羅斯、歐洲、中國(guó)、日本和印度等地，也已經(jīng)開(kāi)發(fā)或添加了其他相關(guān)系統(tǒng)。而GPS也不斷精益求精，改善系統(tǒng)的性能。表1整理了3個(gè)衛(wèi)星系統(tǒng)免費(fèi)提供的信號(hào)：（還有一些其他的信號(hào)，但訪問(wèn)有所限制）。

GNSS	信號(hào)	中心頻率(MHz)	最小帶寬(MHz)
GPS (美國(guó))	L1 C/A	1,575.42	2
	L1C	1,575.42	2
	L2C	1,227.60	2
	L5	1,176.45	20
GLONASS (俄羅斯)	L1	1,602.00	20
	L2	1,246.00	20
Galileo (歐盟)	E1	1,575.42	4
	E5a	1,176.45	20
	E5b	1,207.14	20

表1.免費(fèi)GNSS信號(hào)一覽表

從新系統(tǒng)大量傳出的有效信號(hào)，提供了改善定位準(zhǔn)確度和可信度的絕佳機(jī)會(huì)。然而，這也意味著GNSS接收器必須取得并追蹤這些信號(hào)。再者，隨著消費(fèi)者需求的增加，這些接收器必須在樹(shù)下和室內(nèi)等更復(fù)雜的執(zhí)行環(huán)境下運(yùn)作。

卡爾加里大學(xué)的定位與航行學(xué)術(shù)會(huì)議(PLAN) 小組，開(kāi)發(fā)以軟件為構(gòu)架的GNSS接收器，導(dǎo)航本質(zhì)上相當(dāng)于軟件定義的無(wú)線電 (SDR)。但是，“前端”能從無(wú)線電頻率降頻轉(zhuǎn)換GNSS信號(hào)，約在1.2至1.6 GHz到數(shù)十兆赫茲的等級(jí)；這樣的采樣方法，并不適用于市面上所有的信號(hào)。此外，對(duì)于以研發(fā)為目的所取得的樣本需存儲(chǔ)在磁盤(pán)中，以便后續(xù)處理與分析。最后，我們需要占用最小為2 MHz和最大為20 MHz的帶寬處理信號(hào)的所有功能。最大的信號(hào)帶寬與對(duì)應(yīng)的采樣速度，都呈現(xiàn)出很大的挑戰(zhàn)性，而在信息存儲(chǔ)方面尤其困難。

我們最初在前端所使用的硬件系統(tǒng)，靈活性不夠高，也呈現(xiàn)出下列種種配置上的問(wèn)題：

• 靈活性不高的硬件只能在某些頻寬進(jìn)行采樣
• 高速信號(hào)存儲(chǔ)需要特殊的設(shè)備，不方便執(zhí)行信號(hào)傳輸
• 固定的前端采樣速度(與對(duì)應(yīng)的信號(hào)帶寬)
• 固定的采樣量化

由于這些配置上的限制，我們需要更強(qiáng)大且具靈活性的解決方案。

使用NI工具開(kāi)發(fā)靈活的解決方案

NI矢量信號(hào)分析儀設(shè)備提供靈活、可移動(dòng)且可配置選項(xiàng)等優(yōu)勢(shì)，以采集射頻采樣信號(hào)。NI系統(tǒng)還提供可配置的頻率、帶寬與采樣率，選擇的位數(shù)可量化信號(hào)，同時(shí)具有足夠的數(shù)據(jù)傳輸能力將數(shù)據(jù)記錄至文件。

我們初始化的系統(tǒng)包含下列元件：

• NI PXIe-1065機(jī)箱
• NI PXI-5690雙通道射頻前置放大器
• 3個(gè)NI PXI-5661 2.7 GHz矢量信號(hào)分析儀，256 MB ，包含實(shí)時(shí)流盤(pán)
• NI HDD-826412組RAID陣列(含控制器)執(zhí)行數(shù)據(jù)傳輸
• NI LabVIEW圖形化系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件

系統(tǒng)運(yùn)作正常，也符合我們大部分的需求。當(dāng)需要從多頻帶同步傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，我們已采購(gòu)第二部分包含下列組件的單位系統(tǒng)：

• NI PXIe-1075機(jī)箱
• PXI-5690雙通道射頻前置放大器
• 2個(gè)NI PXI-5600射頻降頻轉(zhuǎn)換器，20 MHz頻寬
• 2個(gè)NI PXIe-5622,16位,150 MS/s示波器，包含64 MB板載內(nèi)存
• NI HDD-8264 12組RAID陣列(含控制器)執(zhí)行數(shù)據(jù)傳輸
• LabVIEW圖形化系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件

NI PXI Express機(jī)箱與示波器，提高PXI機(jī)箱數(shù)據(jù)流的傳輸能力。

我們成功地建立與測(cè)試信號(hào)采集，并追蹤表1所列出的信號(hào)運(yùn)算法則。我們研發(fā)小組也常使用軟件接收器，開(kāi)發(fā)新信號(hào)的采集與追蹤信號(hào)的運(yùn)算法則，以改善GNSS在荒野區(qū)的定位和厘米級(jí)的精確度。

NI 支持

NI當(dāng)?shù)氐匿N售代表對(duì)我們的項(xiàng)目提供了很多的幫助，并且很用心地幫助我們獲取所需的信息和技術(shù)演示設(shè)備。在采購(gòu)方面，NI技術(shù)人員也提供了高品質(zhì)的服務(wù)，并及時(shí)答復(fù)所有詢問(wèn)。

加拿大卡爾加里大學(xué)的PLAN小組，成功地使用NI矢量信號(hào)分析儀硬件，促進(jìn)了軟件定義的GNSS接收器測(cè)試。我們運(yùn)用具有可配置性與高速流盤(pán)性能的矢量信號(hào)分析儀，收集所有可用的GNSS信號(hào)，并期望它能用在今后的信號(hào)上。

作者:Mark Petovello - University of Calgary