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使用NI PXI的高速记录功能 开发以软件为架构的GNSS接收器

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图1.我们使用NI PXIe-1075机箱、多个PXI-5661矢量信号分析仪、HDD-8264 12组RAID阵列以及LabVIEW软件,同时从多个频段传输数据。

图2. GNSS 前端概览.jpg

图2. GNSS 前端概览

"我们运用具有可配置性与高速流盘性能的矢量信号分析仪,收集所有可用的GNSS信号,并期望它能用在今后的信号上。"

- Mark Petovello, University of Calgary

挑战:

开发功能强大、灵活度高,以软件为构架的全球导航卫星系统(GNSS)接收器,能采集、追踪并记录多方的GNSS信号,其无线电频率带宽可高达20 MHz。

解决方案:

使用NI模块化仪器、射频矢量信号分析仪与高速信号存储设备,开发灵活、可移动及可配置的GNSS接收器,可以传输、存储射频信号。

在当今社会,将GPS作为定位系统已日渐普遍,如:车辆内置导航系统、手机定位功能等,而GPS接收器在娱乐方面的使用量也逐步增多。虽然GPS是目前全球唯一的GNSS系统,但在俄罗斯、欧洲、中国、日本和印度等地,也已经开发或添加了其他相关系统。而GPS也不断精益求精,改善系统的性能。表1整理了3个卫星系统免费提供的信号:(还有一些其他的信号,但访问有所限制)。

表1. 免费GNSS信号一览表.jpg

表1. 免费GNSS信号一览表

从新系统大量传出的有效信号,提供了改善定位准确度和可信度的绝佳机会。然而,这也意味着GNSS接收器必须取得并追踪这些信号。再者,随着消费者需求的增加,这些接收器必须在树下和室内等更复杂的执行环境下运作。

卡尔加里大学的定位与航行学术会议 (PLAN) 小组,开发以软件为构架的GNSS接收器,导航本质上相当于软件定义的无线电 (SDR)。 但是,"前端"能从无线电频率降频转换GNSS信号,约在1.2至1.6 GHz到数十兆赫兹的等级;这样的采样方法,并不适用于市面上所有的信号。此外,对于以研发为目的所取得的样本需存储在磁盘中,以便后续处理与分析。最后,我们需要占用最小为2 MHz和最大为20 MHz的带宽处理信号的所有功能。最大的信号带宽与对应的采样速度,都呈现出很大的挑战性,而在信息存储方面尤其困难。

我们最初在前端所使用的硬件系统,灵活性不够高,也呈现出下列种种配置上的问题:

· 灵活性不高的硬件只能在某些频宽进行采样

· 高速信号存储需要特殊的设备,不方便执行信号传输

· 固定的前端采样速度 (与对应的信号带宽)

· 固定的采样量化

由于这些配置上的限制,我们需要更强大且具灵活性的解决方案。

使用NI工具开发灵活的解决方案

NI矢量信号分析仪设备提供灵活、可移动且可配置选项等优势,以采集射频采样信号。NI系统还提供可配置的频率、带宽与采样率,选择的位数可量化信号,同时具有足够的数据传输能力将数据记录至文件。

我们初始化的系统包含下列元件:

· NI PXIe-1065机箱

· NI PXI-5690双通道射频前置放大器

· 3个NI PXI-5661 2.7 GHz矢量信号分析仪,256 MB ,包含实时流盘

· NI HDD-826412组RAID阵列(含控制器)执行数据传输

· NI LabVIEW图形化系统设计软件

系统运作正常,也符合我们大部分的需求。当需要从多频带同步传输数据时,我们已采购第二部分包含下列组件的单位系统:

· NI PXIe-1075机箱

· PXI-5690双通道射频前置放大器

· 2个NI PXI-5600射频降频转换器,20 MHz频宽

· 2个NI PXIe-5622,16位,150 MS/s示波器,包含64 MB板载内存

· NI HDD-8264 12组RAID阵列(含控制器)执行数据传输

· LabVIEW图形化系统设计软件

NI PXI Express机箱与示波器,提高PXI机箱数据流的传输能力。

我们成功地建立与测试信号采集,并追踪表1所列出的信号运算法则。我们研发小组也常使用软件接收器,开发新信号的采集与追踪信号的运算法则,以改善GNSS在荒野区的定位和厘米级的精确度。

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