GNSS仿真領域的技術隨著時代發展正在不斷進步，在過去，只能選擇使用固定的、分配的僅依靠硬件的方式進行仿真，而如今，一種被稱為軟件定義架構的顛覆性創新型技術正在迅速取代傳統定制架構。

軟件定義GNSS架構

軟件定義架構（Software Defined Architecture）是一種新型的架構模式，它是一種基于軟件的架構，通過軟件來定義系統的功能，從而提高系統的運行效率和能量效率。軟件定義架構可以將硬件資源抽象化，從而使得應用程序可以更好地利用硬件資源，提高系統的性能和可靠性。

而基于軟件定義架構的GNSS模擬器則是將該架構引入了GNSS仿真領域，依托“依托軟件引擎，開放硬件平臺，高效開放的完成GNSS仿真”的虹科Safran Skydel GNSS仿真引擎，結合軟件定義架構推出面向下一代的軟件定義GNSS模擬器——虹科Safran GSG-7/GSG-8。

軟件定義架構下的GNSS模擬器主要由以下幾部分組成：

• SSE（Skydel Simulation Engine，Skydel仿真引擎）：設計靈活，可用于多個CPU和操作系統，甚至可以作為軟件解決方案與第三方硬件集成，所有的功能都基于此獨立的軟件；
• CPU&OS（Center Processing Unit 中央處理器&Operating Sys. 操作系統）：軟件的必要運行環境；
• GPU（Graphics Processing Unit，圖像處理器）：Skydel使用GPU處理星座、頻率與軌跡信息，并生成IQ信號；
• SDRs（Software-Defined Radios，軟件定義無線電）：Skydel使用SDR進行IQ信號的處理與RF信號的輸出。

軟件定義架構的先進性

軟件定義架構這種獨特、創新和完全現代的方法是未來仿真的必然趨勢，和傳統方法相比：

使用固定、分配的硬件進行仿真（定制）

傳統的硬件定制方式雖然很常見，但效率低下且不具備靈活性。除了功能被限制和被劃分之外，固定、分配硬件的方式使用起來有很大的局限性：

需要額外的硬件，長期且昂貴的升級和安裝

• 關鍵功能的使用受項目影響
• 信號數量受FPGA通道限制
• 硬件是定制的，只能少量生產
• 通常需要五年或更長時間進行硬件更新

使用開放式軟件定義架構進行仿真

借助軟件定義的GNSS仿真，可以通過快速的開發獲得最大的可擴展性和靈活性。而要升級最新功能只需要簡單的軟件下載和許可軟件安裝。GPU具有高度并行的結構，這使得它們在處理大量數據的算法方面比通用CPU更高效，例如可以生成多個GNSS信號。

虹科Safran Skydel GNSS仿真引擎利用了GPU和CPU單元的計算能力，實現了卓越的模擬性能。

• 它是動態的，面向未來的
• 以更低的成本獲得高端的性能
• 根據需求隨時升級更強大的功能
• 集成干擾信號，無需專用硬件
• 可以輕松定制新的實驗信號
• 利用COTS（標準產品）硬件性能升級來提高系統性能
• 基于軟件解決方案構建的開源庫和插件

軟件定義架構（SDA）的GNSS仿真有著眾多優勢：

• 更低的總成本：較低的初始系統（硬件/軟件）成本和支持成本意味著可以將預算用于其他項目、購買多個系統或添加更多軟件解決方案。
• 非專有軟件：專用硬件的方案不靈活，缺乏從同一平臺創建非GNSS信號的能力。純軟件解決方案能夠適配不同機箱，從而減少硬件，提供可擴展性。
• 軟件定義無線電：能夠輕松根據測試要求重新配置。可以輕松添加、刪除信號或升級系統。
• 功能強大的現代軟件：所有測試都集中在一個穩定、響應迅速、易于使用的單一軟件包中，大大降低了時間成本。
• 自動化和易于集成：命令和信息已經存儲在軟件中。您可以更快地與其他系統集成，并體驗自動化帶來的生產力指數級增長。

如何選擇最適合的SDA硬件

軟件定義架構的GNSS模擬器依托于COTS（Commercial off-the-shelf，商業現貨，可及時交付，無需定制）硬件，而無需專有硬件，因此需要結合自己的需求選擇最佳的硬件。

如何選擇最佳的CPU與操作系統？

虹科Safran Skydel仿真引擎有基于Linux和Windows兩種型號，可以根據需求與應用進行選擇，其中，Linux系統在復雜環境與大型場景仿真下效果更好。在Linux Ubuntu下，GPU性能提高了30%。推薦計算機配置：

如何選擇最佳的GPU？

GPU是一種專用設備，可加速圖形、視頻和動畫的創建和渲染，它由數百個內核構建，可以同時處理數千個線程，更像是一種并行結構，并提高了它們的處理效率。對于Nvidia GPU，這些并行處理器通常稱為CUDA核心，通常被用來衡量GPU性能。

虹科Safran Skydel提供了模擬眾多星座、頻率的能力，但GPU中的CUDA內核數量決定您的設備是否可以處理軟件中定義的數量。需要注意的是：Skydel GNSS模擬器目前僅支持Nvidia GPU，不支持AMD，因此顯卡應選擇Nvidia。

選擇合適的GPU一般需考慮三個問題：

• 需要模擬多少個信號？

通常，假設有12顆衛星是可見的需要模擬，此時模擬12顆衛星傳輸GPS L1 C/A需要“12個信號”。例如：模擬12顆衛星發射GPS L1 C/A+L2C需要“2×12=24個信號”

需要模擬多徑下的回波時，每一組回波需要乘以每個模擬回波的信號數（多徑）。例如：模擬12顆衛星發射GPS L1 C/A+L2C和它們的一組1個回波需要“2×12×2=48個信號”。

經驗法則：對于每個信號，需要大約16個CUDA內核數，通過CUDA數來反推GPU型號，以下是快速對照與選擇表：

*RTX A5000是GSG-8 GNSS模擬器標配的GPU，GSG-8內部可以使用一個或兩個RTX A5000。

*RTX A6000是高級模擬項目選擇的GPU。

• 需要模擬多個星座嗎？

如果要模擬多個星座，則需要考慮到在多個頻率上模擬更寬的信號（＞50MHz）將需要更多的GPU處理能力。

• 是否需要模擬多個天線或RTK？

模擬多個天線需要額外的Skydel實例，雖然Skydel實例可以共享同一個GPU，但共享GPU的效率不如每個實例都有一個專用GPU。

此外Skydel還可以驗證準備的場景是否對GPU要求過高，該功能稱為“GPU基準測試”。

在GPU Benchmark窗口中，可以指定要模擬的衛星數量和回波數量，然后單擊“開始”，基準測試將以最快的速度執行10秒的模擬。基準測試完成后會呈現一個“分數”，當分數不低于1.15高時說明Skydel能夠毫無問題地實時運行定義的GNSS仿真場景。

如何選擇最佳的SDR？

GNSS信號分為Upper Band（L1）與Lower Band（L2，L5），SDR的數量與端口數與需要輸出GNSS信號的頻率有關，單個端口僅能輸出Upper Band或Lower Band，因此如果需要同時輸出L1+L2/L5,則可能需要選擇兩個單端口SDR或一個雙端口SDR，若在此之外還需要輸出獨立的干擾信號或要針對RTK等同時雙軌跡的應用，則需要根據需求添加1個或雙倍的SDR。

但軟件定義的優勢在于可以根據自己的需求隨時添加SDR，不會受到過多的硬件與平臺的限制，也無需額外購買軟件擴展。

虹科Safran Skydel目前與三個軟件定義無線電（SDR）制造商兼容，SDR模型的選擇取決于模擬要求或SDR的潛在可用性。

• Ettus N310或X300/310

• NI USRP-294xR/295XR

• Dektec DAT-2115B

下表是一個快速選擇圖表，可以根據此進行選擇：

一體式軟件定義GNSS仿真方案

虹科提供一體式的軟件定義GNSS設備，在單個機架內整合了上述軟件定義的全部部分并提供多種選擇，無需經過額外的硬件挑選與安裝調試，并提供終身有效的軟件與升級咨詢服務。即開即用的設計，在開啟電源后無需等待與裝配，即可輸出高質量且復雜的GNSS信號。

針對不同行業與不同應用，虹科Safran推出了GSG-7與GSG-8兩款軟件定義一體式GNSS模擬器，以適應各種測試環境與應用場景：

• GSG-711：單頻單星座/多星座，190衛星通道，汽車與公共安全、制造測試
• GSG-721：雙頻單星座/多星座，190衛星通道，汽車與公共安全、制造測試
• GSG-731：多頻單星座/多星座，190衛星通道，汽車與公共安全、制造測試
• GSG-811：單頻單星座/多星座，250衛星通道，汽車與公共安全、制造測試
• GSG-821：雙射頻端口，雙頻單星座/多星座，250個通道，汽車與公共安全、制造測試，多天線與RTK
• GSG-831：三射頻端口，多頻單星座/多星座，250個通道，汽車與公共安全、制造測試，多天線與RTK
• GSG-842：四射頻端口，多頻單星座/多星座，250個通道，汽車與公共安全、制造測試，多天線與RTK

無論是基礎的GNSS接收機測試，還是汽車HIL測試，以及RTK與多天線測試，虹科Safran一體式軟件定義GNSS模擬器解決方案均提供強大與完備的支持，為GNSS測試與仿真提供高效先進的高端解決方案。