如何去开发以软件为架构的GNSS接收器？

　　
　　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
　　“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
　　GNSS
　　信号
　　中心频率（MHz）
　　最小带宽（MHz）
　　GPS （美国）
　　L1 C/A
　　1，575.42
　　2
　　L1C
　　1，575.42
　　2
　　L2C
　　1，227.60
　　2
　　L5
　　1，176.45
　　20
　　GLONASS （俄罗斯）
　　L1
　　1，602.00
　　20
　　L2
　　1，246.00
　　20
　　Galileo （欧盟）
　　E1
　　1，575.42
　　4
　　E5a
　　1，176.45
　　20
　　E5b
　　1，207.14
　　20
　　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。