如何利用RF记录与回放将真实性引入您的GNSS测试

RF记录与回放系统有望将真实的世界引入GNSS测试实验室,但如何才能实现真实性呢?我们将在此对实现真实性的若干技术加以探讨。

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记录与回放系统(RPS)是专业GNSS测试人员工具箱中的一个关键组成部分。这些便携式的设备使工程师能够以数字方式记录现实世界的RF环境并将其回放出来,在真实的条件下对GNSS接收机的性能加以测试。与现实世界不同的是,这种回放机制可以不断重复相同的条件,从而使迭代测试成为可能。

但是,现实世界的RF环境空间巨大且动态丰富,并且充斥着各种噪音,要想记录其完整的丰富性根本是不可能的。因此,记录与回放系统(RPS)可以实现的真实性水平只能大致接近接收机在日常使用中将会遇到的环境真实性。然而,有些RPS系统可以提供傲视同群的更高真实性,而这种能力在很大程度上取决于此类系统中所使用技术。

本博客延续了我们的电子书如何在实验室中创造真实的GNSS测试环境所涵盖的主题,探讨了影响RF记录与回放真实性的五项技术因素。如果您目前正在对各种RPS单元进行评测,或者您希望对使用RPS开展测试时看似异常的结果刨根问底,这些关键因素都值得您认真考虑。

01 记录的位深度
在对环境进行数字化记录时,记录与回放设备所采用的分辨率具有至关重要的意义。与周围的噪音相比,GNSS信号极其微弱,因此如果某个记录设备只能以1或2位进行记录,所记录的信号可能会完全淹没在充满噪音的环境中。采用更高位数的记录则可以更精确地将输入的信号重现出来。

因此,记录的位深度必须高于接收机的位深度,否则它就无法从接收机的视角提供所在环境的真实呈现,而且接收机从噪音中辨识信号的能力也就无法得到测试。

具备更高位深度的RPS单元,例如思博伦GSS6450,可以使用更尖端的模拟-数字(ADC)和数字-模拟(DAC)信号转换器,并具备先进的RF设计和高分辨率的信号处理能力。

也就是说,它们可以更好地记录和回放不同强度下的不同信号(见下文),使工程师能够更好地评价接收机捕获和重新捕获GNSS信号的能力。在另一方面,这还意味着该系统可以生成更大的数字文件,从而限制记录的时长,或者需要用到额外的外部存储空间。

02 动态范围
与位深度密切相关的另一项指标就是记录与回放系统的动态范围。该指标表示的是该系统可记录的信号强度范围。例如,如果某个单元的动态范围为40dB,它就可以记录该环境中最强信号40dB范围内的一切。如果GNSS信号比该环境中最强信号还要小60dB,则具备40dB动态范围的记录与回放系统就不可能拾获该信号。

需要特别注意的是,RPS系统会使用滤波来去除环境中的带外RF噪声,而这些噪声很可能会淹没GNSS信号。在测试应对真实GNSS信号的接收机时,这种方式自然是没问题的,但过滤噪声也会降低已记录环境的整体真实性,如果没有得到充分的考虑到这一因素,很可能会产生颇具误导性的结果。

较为先进的RPS系统可以提供更宽广的动态范围,使环境中的不同组成部分可以通过多路RF输出被独立记录下来。例如,思博伦GSS6450就具备一路专用于GNSS信号的输入、一路适用于蜂窝信号的输入,以及一路面向宽带信号的输入。接下来,这些信号可以被重新组合在一起,形成真实环境的如实回放,而这种能力对于接收机面对RF干扰时的强健性和弹性测试尤为宝贵。

03 振荡器质量
振荡器是RPS系统中的关键器件,负责提供将已记录信号回放给被测设备的频率。该频率必须与该系统数模转换器生成的RF信号精确校准。如果两者不一致,就可能产生相位噪音,从而降低辐射信号的载噪比(C/N0)。

如果振荡器的温度超过该单元的已校准范围(在产品资料规格中会详细说明),则也会产生相位噪声。温度补偿振荡器(TCXO)通常较不稳定,而且比恒温振荡器(OCXO)更容易受到温度变化的影响,因此检查您的RPS单元所采用的振荡器类型是非常有必要的。

振荡器的选择其实是制造商在成本、尺寸和功耗方面折衷的产物,因此,如果某种单元既具备更长的电池寿命,而且还更加便宜,这很可能是因为它采用的是TCXO,而非OCXO。

如果信号总是在类似的温度下记录和回放,这似乎也没什么不妥。但如果信号在摄氏零下4度的条件下记录,而在温暖的实验室中回放,我们就可能要面临振荡器频率与记录信号时的频率存在巨大差异的风险。由此产生的相位噪声可能会使被测接收机更难以锁定信号。事实上,振荡器所引入的任何噪声都会对真实性造成侵蚀,因为回放出来的信号与真实的已记录信号截然不同。

04 设计和制造水平
记录与回放系统的设计和制造质量非常重要,但在确保实验室中真实性的考虑中却常常被忽视。质量较差的单元可能会因为其内部组件产生的噪声而将抖动引入记录中,而这种噪声在记录时的真实环境中是不存在的。

高质量的记录与回放单元在各方面都是有保障的,其中的内置电源等器件都可以将抖动降至最低水平。然而,随着时间的推移,各器件的性能都会逐步下滑,因此较老的单元应当定期接受重新评估,确保其内部噪声水平不会在记录或回放阶段引入任何异常。

05 不同单元上的回放
记录与回放系统会将已记录的环境存储为数字I/Q文件,而此类文件可以在未参与记录的其它的系统上回放出来。

然而,在这里需要注意的是,每个RPS系统在记录路径和回放路径方面都会有自己的微妙差异,主要原因就是其设计和制造时使用了不同的器件。此外,第二个单元中振荡器引入的任何相位噪声也会对测试的真实性产生影响,进而影响测试结果的完整性。

为避免这种情况的发生,有些RPS系统,例如思博伦GSS6450,会在制造期间接受校准,并对回放线路进行校准调整。这种作法可以提高已记录内容在其它系统上回放时的性能。

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作者:Ajay Vemuru
思博伦通信公司PNT仿真产品总监
Ajay Vemuru现任思博伦通信公司PNT仿真产品总监。Ajay在定位技术领域拥有十余年的工作经验,而他的工作使思博伦能够获得最新的深入认知并做出更好的决策,加快客户在一系列新兴市场中的开发进度。在加入思博伦之前,Ajay曾在硅谷的两家半导体领军企业担任软件工程师和研究工程师。Ajay还曾在众多行业会议和研讨会上主持其中的技术会议和分组讨论。Ajay拥有俄亥俄大学的电气工程硕士学位。

如何选择和评估自动化系统集成商?#精益生产#
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降低自动化项目的风险

任何项目都存在风险,自动化项目由于比较复杂,需要了解如何确定不同工作范围,更是存在各种风险。知识和经验是减轻项目风险的有效方法之一。

很多自动化系统项目在整个项目执行的后期都会遇到问题,其中“不可预见问题”会扰乱之前的详细规划。项目相关方必须在过程的初期,考虑将系统集成工作和范围,纳入到整体项目计划中去,并将其归类为项目重要事项。这些自动化项目不仅用于自动化过程运营,还为组织内部的数字化转型奠定了基础。

如果应用得当,这些集成工作将改变资本项目的交付方式,并降低项目实施的风险。系统集成标准化还减少了设计、开发和测试所需的工程工作量,使利益相关者能够减少项目方案中的风险缓解事件。

为自动化项目设置指标

对于成功实施的自动化项目,重点有时只集中在工业设施中运行的控制器和软件。这些系统的基础依赖于现场设备、数据通信电缆和电线,在项目中必须解决这些问题。自动化使组织可以以不同的方式运行,因此在设置指标时,要考虑成功的方方面面,而不仅仅是节省时间或金钱,这一点很重要。由于很多过程会带来更好的用户体验,因此关注用户的满意度和反馈也很关键。

集成标准化有望通过减少定制化、复杂性和依赖性,以及让供应链作为利益相关者参与进来,使自动化项目受益。重点必须是价值而不仅仅是技术,目标是在能为组织提供明显价值的过程中采用自动化。

开放过程自动化论坛 (OPAF) 继续影响系统集成商现在和未来的工作方式。该计划始于几年前,当时埃克森美孚与洛克希德马丁公司一起合作开发下一代开放且安全的过程自动化系统,后者建议由 Open Group 来领导这项工作。该计划设想的标准化、可互操作的模块,可以通过改进工作流程(例如消除重复性任务和以多种方式执行相同任务)使自动化集成商的工作变得更轻松。遵循或参与该计划,以更好地了解如何为最终用户实现最大价值,这符合自动化集成商的最大利益。

选择系统集成商的规范

自动化系统集成商可以为自动化项目的方方面面提供服务,成为协调和责任的中心点。很多业主运营商不再像以前一样配置庞大的自动化部门,管理特定项目庞大的自动化承包商和分包商网络,尤其是过去十年那种大型、复杂和开创性的项目,可能会让人不知所措。

越来越多的公用事业和私营部门公司,正在努力与某个合格的自动化承包商直接签订合同,以便使其能够参与从规范设计阶段直至施工阶段的完整过程,而不是在总承包商的名义下进行分包。选择和评估系统集成商需要考虑的一些关键因素包括 :企业资质、专业技术人才、行业背景、控制和测试设施、计算机制图和设计能力等。

在考察公司资质时,自动化系统集成商提交的典型文件清单可能包括 :公司简介、专业领域、设施概览、服务的行业、资格和能力证明、以及主要团队成员的详细信息等。同时,还应提供在项目管理和执行方面的相关成功案例。

当自动化系统集成商负责控制系统的最终设计和组装时,该系统的设计还应提供图纸、控制策略和规范(包括公用事业主规范中适用的电气部分)所规定的控制能力和功能,并以最少的维护活动提供无故障运行。该系统应能在部件发生故障时,手动执行所有功能。系统集成商供应和调试范围包括规范中适用的电气部分、变频器以及其它系统和网络相 关部分。

系统集成商应是能够满足公用事业需求的单一业务实体。所有必要的工程、编程、制造、服务和培训,均应由系统集成商执行,不得将项目的任何部分分包,或从公司以外的任何人或公司处购买或开发。

自动化和控制供应商应是在“适用于业主系统的指定供应商名单”中授权的系统集成商,在设计、组装、 测试、安装和服务方面,拥有市政、 私人公用事业设施的控制系统和服务的丰富经验。

此外,至少应有一名微软认证的专业系统工程师在场。配置给项目关键角色的所有系统集成商员工,都应具有与项目相关的工作经验。所有与项目相关并由系统集成商供应的人机界面 (HMI)、可编程逻辑控制器 (PLC)、 远程终端单元 (RTU)、电机控制中心 (MCC) 和控制面板,都应在交付给客户前使用系统模拟设备校验、调试和测试。系统集成商将承担一般责任保险和专业责任(错误和遗漏)保险。

服务和维护能力

系统集成商应维护由保险商实验室(UL-508913)和电气测试实验室(ETL)认证的内部面板制造设施。

• 所有面板的布局应符合逻辑和功能顺序,维护友好的组织和易于识别的永久性内部标签。

• 制造人员应在其专业领域具有至少 10 年的经验。

系统集成商应配置一个由全职服务经理监督的服务部门,配备专职工厂培训现场服务人员,每天 24 小时、 每周 7 天工作来满足公用事业的最低要求。

现场服务能力包括启动服务、 DCS、PLC 和 HMI 系统的现场编程。系统集成商还将提供紧急控制系统维修、故障排除、测试、通过调制解调器进行快速诊断和维修的远程协助、预防性维护和校准服务、文档(O&M 和图纸)维护以及包括所有相关现场仪表的全系统培训。

系统集成商应进行必要的维修、 更换、修改和调整,以消除在一年保修期内可能发现的设计或工艺缺陷。系统集成商应在业主或工程师通知后的 24 小时内,开始这些维修、更换、修改和调整,并应在收到通知后的 48小时内完成此类维修、更换、修改和调整。如果系统集成商未能在此期限内完成工作,业主可以继续完成工作。在这种情况下,系统集成商及其担保人,应负责业主完成工作所产生的所有合理费用。

过程自动化和控制供应商应由总承包商从预先批准、可接受的公司中选择。除非按照要求进行预批准,否则不能选择。

所有没有进入可接受的自动化和控制系统集成商名单中的系统集成商,需要严格遵守规范,没有例 外,并在业主招标之前获得预先批准。系统集成商为预先批准所提交的文件包,包括本规范和上述规范部分的副本。

为获得预先批准,系统集成商应提交至少 5 个、在过去 3 年内完成的规模、复杂性和价值相当的项目清单,其中包括 :

• 参与每个系统的系统集成商的员工的姓名 ;

• 每个系统的详细说明和图纸 ;

• 每个系统的成本 ;

• 在业主现场,参与每个系统运行和维护的人员的姓名和电话号码。

预先批准提交的资料必须包括公司简介及其所有权和组织的描述。包括直接参与该项目工程、组装、测试和调试的负责人和关键员工的简历。

对于任何和所有替代系统集成商的投标方案,业主保留自行决定是否接受或拒绝的权利。承包商、分包商或提交的未经预先批准的系统集成商,无权因业主造成或因业主未批准而造成的额外和意外成本、障碍、 延误,而要求延长时间或提出任何损害索赔,无论出于何种原因都不允许。

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时长:4~5小时
当末班车驶向黎明的那一刻,我才发现将近5个小时已经过去了。同车的小伙伴全都一副酣畅淋漓、意犹未尽的神色,我也才从自己扮演的角色中回过神来。
不得不说,这个本的设计,真的几乎全程都让我沉浸在心流中,感受不到时间的流逝。这个本,会成为以后我衡量阵营本、谍战本的一个很高、很难被超越的标准。
抗.日时期的谍战,更接近真实的形式,会是怎样的呢?这个本,用自己独特的魅力,给出了一个精巧的答案:
接到任务已经很难了,实现任务,更要把自己丢到蕞接近敌人、蕞危险的地方,“置之死地而后生”。


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