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GNSS仿真領域的技術隨著時代發(fā)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(chuàng)新型技術正在迅速取代傳統(tǒng)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(tǒng)的功能，從而提高系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)，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(tǒng)）：軟件的必要運行環(huán)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；
SD Rs（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(chuàng)新和完全現(xiàn)代的方法是未來仿真的必然趨勢，和傳統(tǒng)方法相比：

使用固定、分配的硬件進行仿真（定制）

傳統(tǒng)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(shù)量受FPGA通道限制
硬件是定制的，只能少量生產(chǎn)
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(fā)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(shù)據(jù)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(xiàn)了卓越的模擬性能。

它是動態(tài)的，面向未來的
以更低的成本獲得高端的性能
根據(jù)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(chǎn)品）硬件性能升級來提高系統(tǒng)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(yōu)勢：

更低的總成本：較低的初始系統(tǒng)（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(tǒng)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(chuàng)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(jù)測試要求重新配置?？梢暂p松添加、刪除信號或升級系統(tǒng)。
功能強大的現(xiàn)代軟件：所有測試都集中在一個穩(wěn)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(jīng)存儲在軟件中。您可以更快地與其他系統(tǒng)集成，并體驗自動化帶來的生產(chǎn)力指數(shù)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(yè)現(xiàn)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(tǒng)？

虹科Safran Skydel仿真引擎有基于Linux和Windows兩種型號，可以根據(jù)需求與應用進行選擇，其中，Linux系統(tǒng)在復雜環(huán)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(chuàng)建和渲染，它由數(shù)百個內(nèi)核構建，可以同時處理數(shù)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(nèi)核數(shù)量決定您的設備是否可以處理軟件中定義的數(shù)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(wèi)星是可見的需要模擬，此時模擬12顆衛(wèi)星傳輸GPS L1 C/A需要“12個信號”。例如：模擬12顆衛(wèi)星發(fā)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(shù)（多徑）。例如：模擬12顆衛(wèi)星發(fā)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(jīng)驗法則：對于每個信號，需要大約16個CUDA內(nèi)核數(shù)，通過CUDA數(shù)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(nèi)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(wèi)星數(shù)量和回波數(shù)量，然后單擊“開始”，基準測試將以最快的速度執(zhí)行10秒的模擬?；鶞蕼y試完成后會呈現(xiàn)一個“分數(shù)”，當分數(shù)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(shù)量與端口數(shù)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(jù)需求添加1個或雙倍的SDR。

但軟件定義的優(yōu)勢在于可以根據(jù)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。