圖2. GNSS 前端概覽
"我們運用具有可配置性與高速流盤性能的矢量信號分析儀，收集所有可用的GNSS信號，并期望它能用在今后的信號上。"
- Mark Petovello, University of Calgary
挑戰:
開發功能強大、靈活度高，以軟件為構架的全球導航衛星系統(GNSS)接收器，能采集、追蹤并記錄多方的GNSS信號，其無線電頻率帶寬可高達20 MHz。
解決方案:
使用NI模塊化儀器、射頻矢量信號分析儀與高速信號存儲設備，開發靈活、可移動及可配置的GNSS接收器，可以傳輸、存儲射頻信號。
在當今社會，將GPS作為定位系統已日漸普遍，如：車輛內置導航系統、手機定位功能等，而GPS接收器在娛樂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，但在俄羅斯、歐洲、中國、日本和印度等地，也已經開發或添加了其他相關系統。而GPS也不斷精益求精，改善系統的性能。表1整理了3個衛星系統免費提供的信號：（還有一些其他的信號，但訪問有所限制）。
| GNSS | 信號 | 中心頻率(MHz) | 最小帶寬(MHz) |
| GPS (美國) | 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GNSS信號一覽表
從新系統大量傳出的有效信號，提供了改善定位準確度和可信度的絕佳機會。然而，這也意味著GNSS接收器必須取得并追蹤這些信號。再者，隨著消費者需求的增加，這些接收器必須在樹下和室內等更復雜的執行環境下運作。
卡爾加里大學的定位與航行學術會議(PLAN) 小組，開發以軟件為構架的GNSS接收器，導航本質上相當于軟件定義的無線電 (SDR)。但是，“前端”能從無線電頻率降頻轉換GNSS信號，約在1.2至1.6 GHz到數十兆赫茲的等級；這樣的采樣方法，并不適用于市面上所有的信號。此外，對于以研發為目的所取得的樣本需存儲在磁盤中，以便后續處理與分析。最后，我們需要占用最小為2 MHz和最大為20 MHz的帶寬處理信號的所有功能。最大的信號帶寬與對應的采樣速度，都呈現出很大的挑戰性，而在信息存儲方面尤其困難。
我們最初在前端所使用的硬件系統，靈活性不夠高，也呈現出下列種種配置上的問題：
• 靈活性不高的硬件只能在某些頻寬進行采樣
• 高速信號存儲需要特殊的設備，不方便執行信號傳輸
• 固定的前端采樣速度(與對應的信號帶寬)
• 固定的采樣量化
由于這些配置上的限制，我們需要更強大且具靈活性的解決方案。
使用NI工具開發靈活的解決方案
NI矢量信號分析儀設備提供靈活、可移動且可配置選項等優勢，以采集射頻采樣信號。NI系統還提供可配置的頻率、帶寬與采樣率，選擇的位數可量化信號，同時具有足夠的數據傳輸能力將數據記錄至文件。
我們初始化的系統包含下列元件：
• NI PXIe-1065機箱
• NI PXI-5690雙通道射頻前置放大器
• 3個NI PXI-5661 2.7 GHz矢量信號分析儀，256 MB ，包含實時流盤
• NI HDD-826412組RAID陣列(含控制器)執行數據傳輸
• NI LabVIEW圖形化系統設計軟件
系統運作正常，也符合我們大部分的需求。當需要從多頻帶同步傳輸數據時，我們已采購第二部分包含下列組件的單位系統：
• NI PXIe-1075機箱
• PXI-5690雙通道射頻前置放大器
• 2個NI PXI-5600射頻降頻轉換器，20 MHz頻寬
• 2個NI PXIe-5622,16位,150 MS/s示波器，包含64 MB板載內存
• NI HDD-8264 12組RAID陣列(含控制器)執行數據傳輸
• LabVIEW圖形化系統設計軟件
NI PXI Express機箱與示波器，提高PXI機箱數據流的傳輸能力。
我們成功地建立與測試信號采集，并追蹤表1所列出的信號運算法則。我們研發小組也常使用軟件接收器，開發新信號的采集與追蹤信號的運算法則，以改善GNSS在荒野區的定位和厘米級的精確度。
NI 支持
NI當地的銷售代表對我們的項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演示設備。在采購方面，NI技術人員也提供了高品質的服務，并及時答復所有詢問。
加拿大卡爾加里大學的PLAN小組，成功地使用NI矢量信號分析儀硬件，促進了軟件定義的GNSS接收器測試。我們運用具有可配置性與高速流盤性能的矢量信號分析儀，收集所有可用的GNSS信號，并期望它能用在今后的信號上。
作者:Mark Petovello - University of Calgary
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