使用NI PXI的高速記錄功能 開發(fā)以軟件為架構(gòu)的GNSS接收器

圖1.我們使用NI PXIe-1075機(jī)箱、多個(gè)PXI-5661矢量信號分析儀、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(zhàn):

開發(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，其無線電頻率帶寬可高達(dá)20 MHz。

解決方案:

使用NI模塊化儀器、射頻矢量信號分析儀與高速信號存儲設(shè)備，開發(fā)靈活、可移動(dòng)及可配置的GNSS接收器，可以傳輸、存儲射頻信號。

在當(dāng)今社會，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、日本和印度等地，也已經(jīng)開發(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：(還有一些其他的信號，但訪問有所限制)。

表1. 免費(fèi)GNSS信號一覽表

從新系統(tǒng)大量傳出的有效信號，提供了改善定位準(zhǔn)確度和可信度的絕佳機(jī)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(fèi)者需求的增加，這些接收器必須在樹下和室內(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)會議 (PLAN) 小組，開發(fā)以軟件為構(gòu)架的GNSS接收器，導(dǎo)航本質(zhì)上相當(dāng)于軟件定義的無線電 (SDR)。 但是，“前端”能從無線電頻率降頻轉(zhuǎn)換GNSS信號，約在1.2至1.6 GHz到數(shù)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(fā)為目的所取得的樣本需存儲在磁盤中，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的帶寬處理信號的所有功能。最大的信號帶寬與對應(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

· 高速信號存儲需要特殊的設(shè)備，不方便執(zhí)行信號傳輸

· 固定的前端采樣速度 (與對應(yīng)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(qiáng)大且具靈活性的解決方案。

使用NI工具開發(fā)靈活的解決方案

NI矢量信號分析儀設(shè)備提供靈活、可移動(dòng)且可配置選項(xiàng)等優(yōu)勢，以采集射頻采樣信號。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，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矢量信號分析儀，256 MB ，包含實(shí)時(shí)流盤

· 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試信號采集，并追蹤表1所列出的信號運(yùn)算法則。我們研發(fā)小組也常使用軟件接收器，開發(fā)新信號的采集與追蹤信號的運(yùn)算法則，以改善GNSS在荒野區(qū)的定位和厘米級的精確度。