DE112009004502T5

DE112009004502T5 - GNSS Empfänger Design Testen

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Publication number: DE112009004502T5
Application number: DE112009004502T
Authority: DE
Inventors: Alexander Mitelman; Robin Hakanson; David Karlsson; Fredrik Lindström; Thomas Renström; Christian Stahlberg; James Burgess Tidd
Original assignee: Nordnav Technologies AB
Current assignee: Qualcomm Technologies International Ltd
Priority date: 2009-03-13
Filing date: 2009-09-24
Publication date: 2013-01-17
Also published as: US20120169536A1; US9360558B2; WO2010102681A1

Abstract

Ein GNSS Empfänger Design wird getestet, das Design beinhaltet Software (135) zum Generieren von Positions/Zeit bezogenen Daten (DPT), die auf rohen Digitaldaten (dRAw) basieren, wenn die Software (135) in einer Verarbeitungseinheit (130) von dem Empfänger ausgeführt wird. GNSS Signale (SRF) werden über ein Funk-Frequenz-Eingabegerät (105) empfangen, während das Funk-Frequenz-Eingabegerät (105) entlang einer Fahrtstrecke bewegt wird. Die empfangenen GNSS Signale (SRF) werden in eine Funk-Frequenz-Datenstation (110) von einem repräsentativen Beispiel von einer Empfangseinheit, die nach dem Design, das getestet werden soll, gebaut wurde eingespeist. Die Funk-Frequenz-Datenstation (110) produziert rohe Digitaldaten (dRAw), die die empfangenen GNSS Signale (SRF) repräsentieren und die rohen Digitaldaten (dRAw) werden in einem primären Datenspeicher (210) als eine Quelldatei (Fsc) gespeichert. Die Quelldatei (Fsc) wird von dem primären Datenspeicher (210) gelesen und die Quelldatei (Fsc) wird mittels der Software (135) verarbeitet, um zumindest einen Satz von Positions/Zeit bezogenen Daten (DPT) zu generieren. Jeder Satz von Positions/Zeit bezogenen Daten (DPT) wird in einer entsprechenden Ergebnisdatei (Fres) gespeichert und die Ergebnisdatei(en) (Fres) wird (werden) gegen Referenzdaten (Dref) ausgewertet um die Leistung von dem Design zu bestimmen.

Description

DER HINTERGRUND DER ERFINDUNG UND STAND DER TECHNIK
Die vorliegende Erfindung bezieht sich generell auf die Auswertung und Optimierung von Softwareempfängern für Spreiz-Spektrum-Signale von globalen Navigationssatellitensystemen (GNSSs). Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Anordnung nach der Präambel von Anspruch 1 und einem Auswerteverfahren nach der Präambel von Anspruch 11. Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Computerprogramm nach Anspruch 21 und ein computerlesbares Medium nach Anspruch 22.
Es gibt viele Beispiele von GNSSs. Zurzeit ist das globale Positionierungssystem (GPS; U.S. Regierung) das vorherrschende System; jedoch wird erwartet, dass alternative Systeme verstärkte Wichtigkeit in der Zukunft gewinnen. Bis jetzt setzen sich die Hauptalternativen GNSSs aus dem globalen Navigationssatellitensystem (GLONASS; Russische Föderation Verteidigungsministerium) und dem Galileosystem (das Europäische Programm für globale Navigationsdienste) zusammen. Es gibt auch unterschiedliche Systeme zur Verbesserung der Abdeckung, der Verfügbarkeit und/oder der Qualität von zumindest einer GNSS in einer spezifischen Region. Das Quasi-Zenith Satellitensystem (QZSS; Advanced Space Business Corporation in Japan), das großflächige Augmentationssystem (WAAS; der U.S. Bundesluftfahrtadministration und des Ministeriums für Transport) und der Europäische Geostationäre Navigationsüberlagerungsdienst (EGNOS; ein gemeinsames Projekt von der Europäischen Raumfahrtbehörde, der Europäischen Kommission und Eurocontrol – der Europäischen Organisation für die Sicherheit von Luftnavigation) repräsentieren Beispiele von solchen Augmentationssystemen für GPS und in dem letzteren Fall GPS und GLONASS.
Um gute Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit von einem GNSS Empfänger sicherzustellen, muss das Design sorgfältig geprüft werden. Der traditionelle Weg um die tatsächliche Leistungsfähigkeit von einem GNSS Empfänger zu testen, ist es den Empfänger in einem Gefährt (oder einem beweglichen Pack) anzuordnen und den Empfänger in einem betreffenden Gebiet (typischerweise eine herausfordernde Umgebung, wie eine sogenannte Häuserschlucht) herumzufahren, zu tragen oder ihn mit anderen Mitteln zu bewegen, die Positionsdaten werden aufgenommen und dann wird die Strecke auf einer Karte eingezeichnet und die Strecke visuell ausgewertet.
Eine verbesserte Version von dieser Strategie beinhaltet eine sogenannte GPS/INS (Inertial Navigation System) Wahrheitsreferenz zu benutzen. So ein System vereint relative Positionsmessungen von einer inertiellen Messeinheit (IMU) mit zur Verfügung stehenden Positionsdaten von einem hochwertigen GPS Empfänger um kontinuierlich absolute Positionsdaten in allen Umgebungen zur Verfügung zu stellen. Diese Referenzdaten sind speziell sehr akkurat, weil präzise relative Messungen von Beschleunigungsmetern und Gyroskopen von der IMU benutzt werden, warm immer die GPS Signale beeinträchtigt sind oder nicht zur Verfügung stehen. Das GPS/INS wird zusammen mit einem RUT (getesteter Empfänger) getragen oder gefahren und produziert eine Referenzstrecke gegen die die Navigationsdaten, die von dem RUT generiert wurden, verglichen werden. Dies ermöglicht eine quantitative Messung von Positionsgenauigkeit. Zum Beispiel kann ein zweidimensionaler Fehler auf Zeitausrichtungspunkten berechnet werden, dass kann wiederum als Basis für statistische Berechnungen dienen, wie der Durchschnitt, 95. Perzentile, maximale Fehler für die Dauer von der Untersuchung.
Zur Vollständigkeit kann es wert sein zu erwähnen, dass es nicht wünschenswert ist, GNSS Empfänger auf dem Markt durch hochwertige GPS/INS Einheiten zu ersetzen um Unsicherheitsprobleme mit den GNSS Empfängern zu lösen. Nämlich ist eine GPS/INS Einheit von ausreichender Qualität sehr sperrig und schwer. Solch eine Einheit benötigt auch beträchtliche Leistungsmengen und vielleicht am Wichtigsten kostet um Größenordnungen mehr als ein konventioneller GNSS Empfänger.
PROBLEME MIT DEM STAND DER TECHNIK
Das erste traditionelle Verfahren ist problematisch, weil es inhärent subjektiv ist. Unterschiedliche Empfänger haben oft unterschiedliche starke und schwache Punkte in ihrem Navigationsalgorithmus. Deshalb ist es schwierig zu entscheiden welches Design besser über den Verlauf von einer langen Studie ist. Auch benötigt eine akkurate Auswertung von einer Studie generell Wissen aus erster Hand, bezüglich des Testgebiets. Sofern nicht entsprechende Karten in genügend hoher Auflösung zur Verfügung stehen, ist es schwierig zu sagen, z. B. wie akkurat eine Strecke entlang eines bewaldeten Gebietes sein könnte. Das zweite traditionelle Verfahren ist eine signifikante Verbesserung gegenüber dem Ersten, da es eine objektive quantitative Referenz einführt, gegen die Positions- und Navigationsleistung von dem vorgeschlagenen Empfängerdesign ausgewertet werden kann.
Jedoch leiden beide Verfahren unter einer fundamentalen Einschränkung: Resultate sind inhärent nur in Echtzeit (zzgl. Auswertung in dem Labor) erhältlich. Außerdem wird der Umfang von der Testabdeckung auf die Anzahl von Empfängern, die gleichzeitig auf einen Testrahmen montiert werden können, beschränkt. Eine vernünftige Anzahl von Empfängern, die gleichzeitig getestet werden kann, liegt in der Größenordnung von 5 bis 10. Deshalb kann ein Testauto, das mit dieser Vielzahl von Empfängern ausgestattet wurde, 5 bis 10 quasi-unabhängige Ergebnisse per Ausfahrt generieren. Falls eine größere Nummer von Empfängern getestet werden soll, werden mehrere Ausfahrten benötigt. Es liegt in der Natur der Sache, dass dies lästig, teuer und zeitintensiv ist. Ferner stellen Studien, die zu unterschiedlichen Zeitpunkten durchgeführt wurden, unterschiedliche Signalbedingungen für die Gruppe von getesteten Empfängern dar, dass macht einen direkten Vergleich von Empfängerqualitäten weniger aussagekräftig.
ZUSAMMENFASSUNG VON DER ERFINDUNG
Das Ziel von der vorliegenden Erfindung ist es, die oben aufgeführten Probleme zu mildern und eine effizientere Lösung zur Auswertung eines vorgeschlagenen Empfängerdesigns zur Verfügung zu stellen.
Nach einem Aspekt von der Erfindung wird das Ziel durch den anfänglich beschriebene Aufbau erreicht, wobei das zu testende GNSS Empfängerdesign Software beinhaltet, die angepasst ist Positions/Zeit bezogenen Daten zu generieren, basierend auf den rohen Digitaldaten, die produziert werden, wenn die Software in einer Verarbeitungseinheit ausgeführt wird. Weiterhin beinhaltet der Aufbau zumindest eine Testverarbeitungseinheit und Bewertungsmittel. Die mindestens eine Testverarbeitungseinheit ist angepasst um die Quelldatei von dem primären Datenträger zu lesen, die Quelldatei mittels der Software zu verarbeiten um mindestens einen Satz von Positions/Zeit bezogenen Daten zu generieren, und Speichern jedes von dem mindestens einen Satz von Positions/Zeit bezogenen Daten in einer entsprechenden Ergebnisdatei. Das Bewertungsmittel ist angepasst um jede von den Ergebnisdateien gegen Referenzdaten auszuwerten und somit das Leistungsvermögen von dem getesteten Design zu bestimmen.
Dieser Aufbau ist vorteilhaft, weil eine einzige Ausfahrt die Basis für eine beliebig große Nummer von virtuellen Testfahrten und/oder virtuellen Empfängern bereitstellen kann.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform von diesem Aspekt von der Erfindung ist die mindestens eine Testverarbeitungseinheit angepasst die Quelldatei in mindestens zwei Verarbeitungsdurchgängen von der Software, die mit unterschiedlichen Offsets in der Quelldatei startet, zu verarbeiten. Damit führt jeder Verarbeitungsdurchgang zu einer zugehörigen Ergebnisdatei. Somit kann eine große Anzahl von unterschiedlichen Tests in einer sehr einfachen und effizienten Weise durchgeführt werden, worin jeder Test äquivalent ist zu dem Bewegen eines repräsentativen Beispiels von der Empfängereinheit entlang einer Strecke und Betrachten der resultierenden Positions/Zeit bezogenen Daten. Die Verarbeitungsdurchgänge können parallel miteinander, in Serie nacheinander oder in einer Kombination daraus ausgeführt werden.
Nach einer anderen bevorzugten Ausführungsform von diesem Aspekt von der Erfindung, beinhaltet der Aufbau einen Interferenzgenerator. Der Interferenzgenerator ist angepasst zumindest ein Interferenzsignal zu der Quelldatei hinzuzufügen, bevor die mindestens eine Testverarbeitungseinheit einen vorgesehen Durchgang von der Software bezüglich der Quelldatei ausführt. Zum Beispiel kann das mindestens eine Interferenzsignal Rauschen beinhalten, welches hergestellt wurde nach einem Gaußschen Rauschmodell oder einer gefilterten Version daraus, um die wirkliche Funkumgebung, die von dem Empfänger wahrgenommen wird, besser zu simulieren.
Nach noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform von diesem Aspekt von der Erfindung ist die mindestens eine Testverarbeitungseinheit angepasst um spezifische Empfängeroperationen zu simulieren, wie: Kaltstart, Warmstart, Heißstart, Unterstützenden-Start und/oder Werksrücksetzung. Somit können kritische Aspekte von dem Design gründlich untersucht werden.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform von diesem Aspekt von der Erfindung, ist die mindestens eine Testverarbeitungseinheit angepasst das Ausführen von der Software auf mindestens zwei unterschiedlichen Hardwareplattformen zu simulieren. Dies ist vorteilhaft, weil dadurch jegliche Variation in der Empfängerleistung, wegen den Einschränkungen von einer gegeben Plattform, sichtbar werden. Der Aufbau kann erste und zweite Testverarbeitungseinheiten beinhalten. Die erste Testverarbeitungseinheit repräsentiert hier eine erste Hardwareplattform und die zweite Testverarbeitungseinheit repräsentiert eine zweite Hardwareplattform. Die erste Testverarbeitungseinheit ist angepasst die Software bezüglich der Quelldatei auszuführen und produziert somit eine erste Ergebnisdatei und analog dazu, die zweite Testverarbeitungseinheit, die angepasst ist die Software bezüglich der Quelldatei auszuführen und produziert somit eine zweite Ergebnisdatei. Damit können die Charakteristiken von unterschiedlichen Plattformen in einer unkomplizierten Weise studiert werden.
Nach noch einer bevorzugten Ausführungsform von diesem Aspekt von der Erfindung beinhaltet der Aufbau einen sekundären Datenspeicher, der angepasst ist die mindestes eine Ergebnisdatei zu speichern. Die primären und sekundären Datenspeicher sind in einer gemeinsamen Speichereinheit beinhaltet, z. B. einer Festplatte. Dabei kann ein konventioneller Computer verwendet werden um essentielle Teile von dem vorgeschlagenem Aufbau zu implementieren.
Gemäß einem weiteren Aspekt von der Erfindung wird das Ziel durch das anfänglich beschriebene Verfahren erreicht, wobei das GNSS Empfängerdesign, das getestet werden soll, Software beinhaltet, die angepasst ist Positions/Zeit bezogenen Daten zu generieren, basierend auf den rohen Digitaldaten, wenn die Software in einer Verarbeitungseinheit ausgeführt wird. Das Verfahren umfasst weiterhin, Lesen der Quelldatei von dem primären Datenspeicher und Verarbeiten der Quelldatei, mittels der Software um mindestes einen Satz von Positions/Zeit bezogenen Daten zu generieren. Jedes von den mindestens einen Satz von Positions/Zeit bezogenen Daten wird in einer zugehörigen Ergebnisdatei gespeichert. Jede Ergebnisdatei wird dann gegen Referenzdaten ausgewertet. Die Vorteile von diesem Verfahren, genauso wie die bevorzugten Ausführungsformen davon werden aus der obigen Diskussion mit Bezug zu dem vorgeschlagenen Empfänger offensichtlich.
Nach einem weiteren Aspekt von der Erfindung, wird das Ziel durch ein Computerprogramm erreicht, welches direkt ladbar in den Speicher von einem Computer ist und welches Software beinhaltet, die angepasst ist das oben vorgeschlagene Verfahren zu implementieren, wenn das Programm auf einem Computer ausgeführt wird.
Nach einem anderen Aspekt von der Erfindung wird das Ziel durch ein computerlesbares Medium erreicht, welches ein Programm darauf abgespeichert hat, wobei dieses Programm einen Computer steuert zum Ausführen des Verfahrens, das oben vorgeschlagen wurde, wenn das Programm in den Computer geladen wird.
Weitere Vorteile, nützliche Merkmale und Anwendungen von der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und den abhängigen Ansprüchen offensichtlich werden.
KURZE BESCHREIBUNG VON DEN ABBILDUNGEN
Die vorlegende Erfindung wird nun mittels bevorzugter Ausführungsformen näher erklärt, welche als Beispiele offenbart werden und mit Bezug zu den angefügten Abbildungen.
Zeigt ein Blockdiagramm von einem GNSS Empfänger, das Design von dem Empfänger soll ausgewertet werden;
Zeigt ein Blockdiagramm von einer Ausführungsform von einem Aufbau nach der Erfindung; und
Illustriert mittels eines Flussdiagramms ein generelles Verfahren zum Betreiben eines Testaufbaus nach der Erfindung.
BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN VON DER ERFINDUNG
Anfänglich beziehen wir uns auf , die ein Blockdiagramm von einem GNSS Empfänger 100 zeigt, das Design von dem Empfänger soll ausgewertet werden. Der Empfänger 100 beinhaltet ein Funk-Frequenz-Eingabegerät 105 (z. B. eine Antenneneinheit), eine Funk-Frequenz-Datenstation 110 und eine Funksignal-Verarbeitungseinheit 120, die wiederum eine Verarbeitungseinheit 130 beinhaltet.
Das Funk-Frequenz-Eingabegerät 105 ist angepasst GNSS Signale S_RF zu empfangen und diese Signale an die Funk-Frequenz-Datenstation 110 weiterzuleiten. Basierend auf den empfangenen GNSS Signalen S_RF, ist die Funk-Frequenz-Datenstation 110 angepasst rohe Digitaldaten d_RAW zu produzieren, die in die Funk-Signal-Verarbeitungseinheit 120 eingespeist werden. Die Software 135 wird in der Verarbeitungseinheit 130 bezüglich der rohen Digitaldaten d_RAW ausgeführt und als ein Ergebnis werden Positions/Zeit bezogene Daten D_PT generiert.
Um die Leistung von der Software 135 zu bewerten und dann, z. B. die Qualität von der Navigationslösung, die von dem Empfänger 100 zur Verfügung gestellt wurde, zu untersuchen, werden wir jetzt die vorgeschlagene Teststrategie in Bezug zu erklären, welche ein Blockdiagramm von einer Ausführungsform von dem erfindungsgemäßen Aufbau zeigt.
Der Aufbau beinhaltet eine Funk-Frequenz-Datenstation 110, einen primären Datenspeicher 210, eine Testverarbeitungseinheit 220, einen sekundären Datenspeicher 230 und Bewertungsmittel 240.
Die Funk-Frequenz-Datenstation 110 ist ein repräsentatives Beispiel von der Datenstation, die in einer Empfängereinheit 100 beinhaltet ist, die nach dem zu bewertenden Design gebaut wurde. Demzufolge ist die Funk-Frequenz-Datenstation 110 angepasst um Funksignale S_RF zu empfangen, bevorzugt von einem Funk-Frequenz-Eingabegerät 105 und darauf basierend, rohe Digitaldaten d_RAW zu produzieren, z. B. IQ Daten beinhaltend (d. h. in – und Quadraturphasen von komplexdemodulierten Daten.
Der primäre Datenspeicher 210 ist angepasst, rohe Digitaldaten d_RAW, die die GNSS Signale S_RF repräsentieren, die von der Funk-Frequenz-Datenstation 110 empfangen wurden, in einer Quelldatei F_SC zu speichern.
Die oben genannte Software 135 wird auf der Testverarbeitungseinheit 220 installiert. Die Testverarbeitungseinheit 220 ist weiterhin angepasst, die Quelldatei F_SC von dem primären Datenspeicher 210 zu lesen, die Quelldatei F_SC mittels der Software 135 zu verarbeiten um mindestens einen Satz von Positions/Zeit bezogenen Daten D_PT zu generieren und dann jedes von dem mindestens einen Satz von Positions/Zeit bezogenen Daten D_PT in der dazugehörigen Ergebnisdatei F_res in dem sekundären Datenspeicher 230 zu speichern. Folglich hält die Ergebnisdatei F_res die essentiellen physikalischen Merkmale von der Funkfrequenzkette (d. h. das Funk-Frequenz-Eingabegerät 105, die Funk-Frequenz-Datenstation 110 und ihre Heruntersetzer, Filter etc.) fest, genauso wie die Signalumgebung in der die Funksignale S_RF registriert wurden (d. h. mit allen Abschwächungen, Mehrwegübertragungen, etc.).
Nach einer bevorzugten Ausführungsform von der Erfindung, sind die primären und sekundären Datenspeicher 210 und 230 in einer gemeinsamen Speichereinheit beinhaltet, wie ein magnetisches Aufnahmemedium, z. B. eine Floppy Disk oder eine Festplatte. Jedoch eine oder beide von den primären und sekundären Datenspeichern 210 und 230 können genauso gut dargestellt werden durch einen Flash Speicher, einen ROM (Read-Only Memory), eine DVD (Digital Video/Versatile Disc), eine CD (Compact Disc), einem, EPROM (Erasable Programmalbe Read-Only Memory) oder einem EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory).
Das Bewertungsmittel 240 ist angepasst, jede von den Ergebnisdateien F_res gegen Referenzdaten D_ref auszuwerten. Diese Auswertung kann beinhalten, einen zweidimensionalen Fehler zwischen der Ergebnisdatei F_res und den Referenzdaten D_ref zu zeitlich ausgerichteten Punkten zu berechnen. Statistische Berechnungen, wie der Durchschnitt, 95. Perzentile, maximale Fehler können auch von dem Auswertemittel 240 gewonnen werden.
Es gibt viele Alternativen, die Referenzdaten D_ref zu generieren. Zum Beispiel kann ein inertiales Navigationssystem 250 entlang der Fahrtstrecke bewegt werden. Das inertiale Navigationssystem 250 beinhaltet wiederum bevorzugt einen hochwertigen GPS Empfänger 251 und eine IMU 252, welche in Kombination Referenzdaten D_ref produzieren, die in dem Speicher 255 gespeichert werden, z. B. beinhaltend eine Festplatte.
Alternativ können die Referenzdaten D_ref basierend auf den Ergebnisdateien F_res generiert werden. Nämlich durch Bestimmen einer durchschnittlichen Fahrtstrecke aus einem relativ großen Satz von Positions/Zeit bezogenen Daten D_PT für die Fahrtstrecke, die von der Vielzahl von Ergebnisdateien F_res repräsentiert wird, kann eine vergleichsweise verlässliche Referenz erhalten werden.
Bevorzugterweise ist die Testverarbeitungseinheit 220 angepasst die Quelldatei F_SC in zwei oder mehreren Verarbeitungsdurchgängen von der Software 135 zu verarbeiten, worin die Verarbeitung zu unterschiedlichen Offsets in der Quelldatei F_SC gestartet wird und jeder Verarbeitungsdurchgang resultiert in einer dazugehörigen Ergebnisdatei F_res. Die vielen Verarbeitungsdurchgänge sind sehr vorteilhaft, weil die Effekte von sehr kleinen Offsets angenehm und effizient untersucht werden können. Ein typischer Fall kann 256 Durchgänge beinhalten, mit gleichmäßig, zwischen 0 und 1 Sekunde, verteilten Offsets.
Nach der Erfindung wird die Anzahl der Durchgänge nur durch die Rechenressourcen, die in der Testverarbeitungseinheit 220 zur Verfügung stehen begrenzt. Falls notwendig und/oder gewünscht können zwei oder mehrere Verarbeitungseinheiten 220 eingesetzt werden. Die mindestens eine Testverarbeitungseinheit 220 kann weiterhin angepasst sein, mindestens zwei Verarbeitungsdurchgänge parallel zueinander durchzuführen, oder mindestens zwei Verarbeitungsdurchgänge in Serie nacheinander durchzuführen. Natürlich ist es genauso möglich einen ersten Satz von Verarbeitungsdurchgängen parallel zueinander durchzuführen und einen zweiten Satz von Verarbeitungsdurchgängen nacheinander, in Serie, durchzuführen. Außerdem wird die Granularität von den Offsets (d. h. der kleinste sinnvolle Offset) nur durch die Abtastrate begrenzt, die für die Aufnahme von der Quelldatei F_SC genutzt wurde, z. B. in der Größenordnung von 1/2048 MHz ≈500 Nanosekunden. Der resultierende Satz von Strecken, der durch die Ergebnisdatei F_res dargestellt wird, ist essentiell gleich zu dem Nehmen einer Anzahl von identischen Empfängern (z. B. 256, um sich auf den oben stehenden typischen Fall zu beziehen), anschließend die Empfänger über einen großen Signalsplitter an eine einzige gemeinsame Antenne anzuschließen, Starten all der Empfänger innerhalb einer Sekunde (jedoch nicht mit perfekter Synchronisation), und traversieren der Testroute.
Die große Anzahl von Durchgängen, die durch die Erfindung möglich wird, erhöht dramatisch die statistische Signifikanz/Sicherheit von den quantitativen Ergebnissen von dem Bewertungsmittel 240.
Weiterhin erhöht sich die Wahrscheinlichkeit signifikant, dass die seltenen (jedoch nicht zu vernachlässigenden) „Eckfälle” von der Software 135 identifiziert werden (z. B. Situationen in denen ungewöhnliche und manchmal nicht-akzeptable, große Navigationsfehler auftreten). Und zwar können solche Anormalitäten nur durch vielmehr Testen verlässlich identifiziert werden, das durchgeführt werden kann unter Verwendung der bekannten Verfahren, die anfänglich erwähnt wurden.
Die vorgeschlagene Herangehensweise ist auch deterministisch und komplett wiederholbar. Das heißt, falls in Erwiderung auf ein spezielles Artefakt, das von dem Verwertungsmittel 240 wahrgenommen wurde, eine Abstimmungsverbesserung zu dem Design gemacht wurde, z. B. in dem Navigationsfilter, können die Effekte von dem Wechsel direkt verifiziert werden.
Zusätzlich eignet sich die Erfindung naturgemäß zur automatisierten Umsetzung. Als ein Resultat, in der Praxis, kann die Testabdeckung um verschiedene Größenordnungen, relativ zu den aus dem Stand der Technik bekannten Strategien, gesteigert werden.
Weiterhin wird nur eine begrenzte Infrastruktur benötigt und die Testverarbeitungseinheit(en) 220 kann durch einen oder mehrere konventionelle Computer (z. B. PCs) repräsentiert werden.
Zusätzlich dazu, wenn verschieden sogenannte unterstützende GNSS getestet werden, ist die Quelldatei F_SC orthogonal zu (im Sinne von unabhängig) der unterstützenden Information. Deshalb kann, z. B. die Leistung von kalt/warm/heiß/unterstützter Start mit der gleichen Granularität gestestet werden, wie ein kontinuierliches Navigationsleistungsvermögen. Das gilt auch für eine sogenannte Werksrücksetzungsoperation.
Außerdem erlaubt die Erfindung verbesserte Auswertung von Fehlermodellen. Das heißt, dass geschätztes Messrauschen mit wirklichen Fehlern verglichen werden kann. Fehlermodelle können auch mit konventionellem Testen ausgewertet werden. Jedoch das Wiederabspielen, das von der Erfindung ermöglicht wird, erlaubt es die gleiche Umgebung mehrere Male Auszuwerten. Deshalb wird jedes Filterabstimmen auf einem großen Datenbestand basieren, statt auf einer einzigen Testfahrt. Für diesen Zweck beinhaltet der Aufbau bevorzugt einen Interferenzgenerator 260, der angepasst ist mindestens ein Interferenzsignal N der Quelldatei F_SC hinzuzufügen, bevor die mindestens eine Testverarbeitungseinheit 220 einen vorgegebenen Durchgang von der Software 135 durchführt, in Bezug zu der Quelldatei F_SC. Das mindestens eine Interferenzsignal N kann Rauschen beinhalten, das nach dem Gaußschen Rauschmodell oder einer gefilterten Version davon produziert wurde. Im letzteren Fall, ist es vorteilhaft wenn ein Filter verwendet wird dessen Charakteristiken ähnlich zu denen von dem Funk-Frequenz-Eingabegerät 105 und der Funk-Frequenz-Datenstation 110 ist.
Alternativ oder zusätzlich können die Interferenzsignale N andere Typen von Signalen beinhalten, z. B. engbandige (sinusförmige) Störsignale oder andere Satellitensignale um Widerstand gegenüber Spoofing und/oder Kreuzkorrelationseffekte, wegen ungewünschter Inbandenergie, zu testen.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform von der Erfindung ist die mindestens eine Testverarbeitungseinheit 240 angepasst, das Ausführen von der Software 135 auf mindestens zwei unterschiedlichen Hardwareplattformen zu simulieren. Jede von den Hardwareplattformen wird in Software simuliert, die auf der Testverarbeitungseinheit(en) 240 läuft oder eine oder mehrere wirkliche Hardwareplattformen werden verwendet. Zum Beispiel kann eine erste Testverarbeitungseinheit eine erste Hardwareplattform repräsentieren, wobei die erste Testverarbeitungseinheit angepasst ist, die Software 135 bezüglich der Quelldatei F_SC auszuführen und somit mindestens eine erste Ergebnisdatei F_res zu produzieren. Analog kann eine zweite Testverarbeitungseinheit eine zweite Hardwareplattform repräsentieren und die zweite Testverarbeitungseinheit ist angepasst die Software 135 in Bezug auf die Quelldatei F_SC auszuführen und somit mindestens eine zweite Ergebnisdatei F_res zu produzieren.
Zusammenfassend werden wir jetzt ein generelles Verfahren zum Steuern eines erfindungsgemäßen Testaufbaus in Bezug zu dem Flussdiagramm in beschreiben.
Ein erster Schritt 310 empfängt GNSS Signale S_RF über ein Funk-Frequenz-Eingabegerät 105 während das Funk-Frequenz-Eingabegerät 105 entlang einer Fahrtstrecke bewegt wird. Ein Schritt 320 speist die empfangenen GNSS Signale S_RF in eine Funk-Frequenz-Datenstation 110 ein, von einem repräsentativen Beispiel von einer Empfangseinheit 100, das entsprechend dem Design, das gestestet werden soll, gebaut wurde. Bevorzugt empfängt die Funk-Frequenz-Datenstation 110 dann die GNSS Signale S_RF Online und in Echtzeit. Jedoch ist es erfindungsgemäß auch möglich, dass das Funk-Frequenz-Eingabegerät 105, anstatt, mit einem RF Aufnahmegerät/Wiedergabegerät verbunden ist und die Funk-Frequenz-Datenstation die GNSS Signale S_RF offline empfängt, nachdem das Funk-Frequenz-Eingabegerät 105 und das RF Aufnahmegerät/Wiedergabegerät entlang der Fahrtstrecke bewegt wurden. In jedem Fall produziert die Funk-Frequenz-Datenstation 110 rohe Digitaldaten d_RAW, basierend auf den empfangenen GNSS Signalen S_RF. Danach speichert ein Schritt 330 die rohen Digitaldaten d_RAW in einem primären Datenspeicher 210 als eine Quelldatei F_SC.
Anschließend überprüft ein Schritt 340, ob die Fahrtstrecke beendet ist oder präziser, ob es mehrere rohe Digitaldaten d_RAW zum Verarbeiten gibt. Falls sich dies herausstellt, spult der Prozess zu Schritt 310 zurück zum fortgesetzten Updaten von den rohen Digitaldaten d_RAW in der Quelldatei F_SC. Andernfalls folgt ein Schritt 350.
Schritt 350 liest die Quelldatei F_SC von dem primären Datenspeicher 210. Danach verarbeitet ein Schritt 360 die Quelldatei F_SC mittels einer Software 135, die in mindestes einer Testverarbeitungseinheit 220 ausgefeführt wird um einen Satz von Positions/Zeit bezogenen Daten D_PT zu generieren. Schließlich speichert ein Schritt 320 den Satz von Positions/Zeit bezogenen Daten D_PT in einer Ergebnisdatei F_RES.
Dann überprüft ein Schritt 380, ob weitere Verarbeitungsdurchgänge in Bezug auf die Quelldatei F_SC auszuführen sind. Falls ja, spult der Prozess zurück zu dem Schritt 350. Wie oben erwähnt, startet in Schritt 360 jeder nachfolgende Verarbeitungsdurchgang von der Quelldatei F_SC bevorzugt mit einem Offset in der Datei, der unterschiedlich zu den vorhergehenden Offsets ist. Infolgedessen kann auch Schritt 360 diesen Offset steuern.
Falls Schritt 380 herausfindet, dass keine weiteren Verarbeitungsdurchgänge durchgeführt werden müssen, wertet ein Schritt 390 die Ergebnisdateien F_res, die im Schritt 370 gespeichert wurden, gegen die Referenzdaten D_ref aus.
Jeder von den Schritten, genauso wie alle Untersequenzen von den Schritten, die in Bezug zur oben beschrieben wurden, können mittels einer programmierten Computervorrichtung gesteuert werden. Außerdem, obwohl die Ausführungsformen von der Erfindung, die oben beschrieben wurden, in Bezug auf die Abbildungen, Computervorrichtungen und Prozesse aufweisen, die in einer Computervorrichtung ausgeführt werden können, weitet sich deshalb die Erfindung auch auf Computerprogramme aus, im Speziellen auf Computerprogramme auf oder in einem Träger, der angepasst ist die Erfindung in die Praxis umzusetzen. Das Programm kann in der Form von Source-Code, Objekt-Code einer Codezwischenquelle und Objekt-Code, wie in partiziell kompellierter Form oder in jeder anderen Form vorliegen, die geeignet ist die Prozedur erfindungsgemäß zu implementieren. Das Programm kann entweder ein Teil von einem Betriebssystem sein oder eine separate Anwendung sein. Der Träger kann jede Einheit oder Gerät sein, das in der Lage ist das Programm zu tragen. Zum Beispiel kann der Träger ein Speichermedium aufweisen, wie z. B. einen Flash Memory, einen ROM, z. B. eine DVD, eine CD, einen EPROM, einen EEPROM oder ein magnetisches Aufnahmemedium, wie z. B. eine Floppy Disc oder eine Festplatte. Weiterhin kann der Träger ein übertragbarer Träger sein, wie z. B. ein elektrisches oder optisches Signal, das über elektrische oder optische Kabel oder über Funk oder von anderen Mittel übertragen werden kann. Wenn das Programm in einem Signal verkörpert ist, das direkt von einem Kabel oder einem anderen Gerät oder Mittel übertragen werden kann, kann sich der Träger aus solch einem Kabel oder Gerät oder Mitteln zusammensetzen. Alternativ kann der Träger eine integrierte Schaltung sein, in der das Programm eingebettet ist, die integrierte Schaltung ist angepasst zum Durchführen oder zur Benutzung in der Durchführung von den relevanten Prozeduren.
Der Ausdruck „weist auf/aufweisend” wie er in dieser Spezifikation verwendet wird, wird benutzt um die Anwesenheit von genannten Merkmalen, natürlichen Zahlen, Schritte oder Komponenten zu spezifizieren. Jedoch schließt der Ausdruck nicht die Anwesenheit oder Erweiterung von einem oder mehreren zusätzlichen Merkmalen, natürlichen Zahlen, Schritte oder Komponenten oder Gruppen hiervon aus.
Der Bezug zu jedem Stand der Technik in dieser Spezifikation ist keine und sollte nicht als eine Bestätigung oder Vorschlag gesehen werden, dass der Stand der Technik, auf den verwiesenen wurde, ein Teil von dem gemeinsamen generellen Wissen in Australien oder in jedem anderen Land darstellt.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen in den Abbildungen begrenzt, sondern kann innerhalb des Umfangs von den Ansprüchen frei variiert werden.

Claims

Ein Aufbau zum Testen eines GNSS Empfänger Designs, der Aufbau aufweisend: ein repräsentatives Beispiel von einer Funk-Frequenz-Datenstation (110), die in einer Empfangseinheit (100) beinhaltet ist, welche nach dem zu testenden Design gebaut wurde, die Funk-Frequenz-Datenstation (110) ist angepasst Funksignale (S_RF) zu empfangen und darauf basierend rohe Digitaldaten (d_RAW) zu produzieren, und ein primärer Datenspeicher (210), angepasst um rohe Digitaldaten (d_RAW) zu speichern, die GNSS Signale (S_RF) repräsentieren, die von der Funk-Frequenz-Datenstation (110) als eine Quell-Datei (F_SC) empfangen wurden, dadurch gekennzeichnet, dass das GNSS Empfänger Design, das getestet werden soll, Software (135) aufweist, die angepasst ist zum Generieren von Positions/Zeit bezogenen Daten (D_PT), basierend auf den rohen Digitaldaten (d_RAW), wenn die Software (135) in einer Verarbeitungseinheit (130) ausgeführt wird, und der Aufbau weist auf: mindestens eine Test-Verarbeitungseinheit (220), die angepasst ist zum Lesen der Quell-Datei (F_SC) aus dem primären Datenspeicher (210), Verarbeiten der Quell-Datei (F_SC) mittels der Software (135) zum Generieren mindestens eines Satzes von Positions/Zeit bezogenen Daten (D_PT), und Speichern von Jedem von dem mindestens einen Satz von Positions/Zeit bezogenen Daten (D_PT) in einer dazugehörigen Ergebnisdatei (F_res), und Einschätzungsmittel (240) angepasst zum Auswerten von jeder von den Ergebnisdateien (F_res), gegen Referenz-Daten (D_ref).
Der Aufbau nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Test-Verarbeitungseinheit (220) angepasst ist zum Verarbeiten der Quell-Datei (F_SC) in mindestens zwei Verarbeitungsdurchgängen von der Software (135), die zu unterschiedlichen Offsets in der Quell-Datei (F_SC) beginnen, jeder Verarbeitungsdurchgang resultiert in einer dazugehörigen Ergebnisdatei (F_res).
Der Aufbau nach Anspruch 2, wobei die mindestens eine Test-Verarbeitungseinheit (220) angepasst ist zum Ausführen mindestens zwei von den mindestens zwei Verarbeitungsdurchgängen, parallel miteinander.
Der Aufbau nach Anspruch 2, wobei die mindestens eine Test-Verarbeitungseinheit (220) angepasst ist zum Ausführen mindestens zwei von den mindestens zwei Verarbeitungsdurchgängen, nacheinander.
Der Aufbau nach einem der Ansprüche 2 bis 4, aufweisend einen Interferenzgenerator (260), der angepasst ist zum Hinzufügen mindestens eines Interferenzsignals (N) in die Quell-Datei (F_SC), bevor die mindestens eine Test-Verarbeitungseinheit (220) einen vorgegebenen Durchgang von der Software (135) durchführt, bezüglich zu der Quell-Datei (F_SC).
Der Aufbau nach Anspruch 5, wobei der Interferenzgenerator (260) angepasst ist zum Produzieren von Rauschen, das in dem mindestens einen Interferenzsignal (N) hinzugefügt wird, das Rauschen wird produziert nach einem Gaußschen Rausch-Model, oder einer gefilterten Version davon.
Der Aufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die mindestens eine Test-Verarbeitungseinheit (220) angepasst ist zum Simulieren mindestens einer von den folgenden Operationen in Bezug auf eine Empfangseinheit (100), die nach dem Design gebaut wurde, das getestet werden soll: Kaltstart, Warmstart, Heißstart, Unterstützenden-Start und Werksrücksetzung.
Der Aufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die mindestens eine Test-Verarbeitungseinheit (240) angepasst ist zum Simulieren von Ausführen von der Software (135) auf mindestens zwei unterschiedlichen Hardware-Plattformen.
Der Aufbau nach Anspruch 8, aufweisend erste und zweite Test-Verarbeitungseinheiten (220), wobei: die erste Test-Verarbeitungseinheit eine erste Hardware-Plattform repräsentiert, die erste Test-Verarbeitungseinheit ist angepasst die Software (135) auszuführen, bezüglich der Quell-Datei (F_SC) und produziert damit eine erste Ergebnis-Datei (F_res), und die zweite Test-Verarbeitungseinheit eine zweite Hardwareplattform darstellt, die zweite Test-Verarbeitungseinheit ist angepasst die Software (135) auszuführen, bezüglich der Quell-Datei (F) und produziert damit eine zweite Ergebnis-Datei (F_res)
Der Aufbau nach einem der Ansprüche 2 bis 9, aufweisend einen sekundären Datenspeicher (230) angepasst zum Speichern der mindestens einen Ergebnis-Datei (F_res), die primären und sekundären Datenspeicher (210; 230) sind in einer gemeinsamen Speichereinheit beinhaltet.
Ein Verfahren zum Auswerten eines GNSS Empfänger Designs, das Verfahren aufweisend: Empfangen von GNSS Signalen (S_RF) über ein Funk-Frequenz-Eingabegerät (105) während das Funk-Frequenz-Eingabegerät (105) entlang einer Fahrtstrecke bewegt wird, Einspeisen der empfangenen GNSS Signale (S_RF) in eine Funk-Frequenz-Datenstation (110) von einem repräsentativen Beispiel von einer Empfangseinheit (100), welche nach dem zu testenden Design gebaut wurde, Produzieren, über die Funk-Frequenz-Datenstation (110), rohe Digitaldaten (d_RAW), die die empfangenen GNSS Signale (S_RF) repräsentieren, und Speichern der rohen Digitaldaten (d_RAW) in einem primären Datenspeicher (210) als eine Quell-Datei (F_SC), gekennzeichnet durch das GNSS Empfänger Design, das geprüft werden soll, Software (135) aufweist, die angepasst ist zum Generieren von Positions/Zeit bezogenen Daten (D_PT), basierend auf den rohen Digitaldaten (d), wenn die Software (135) in einer Verarbeitungseinheit (130) ausgeführt wird, und das Verfahren aufweisend: Lesen der Quell-Datei (F_SC) aus dem primären Datenspeicher (210), Verarbeiten der Quell-Datei (F_SC) mittels der Software (135) zum Generieren mindestens eines Satzes von Positions/Zeit bezogenen Daten (D_PT), Speichern von Jedem von dem mindestens einen Satz von Positions/Zeit bezogenen Daten (D_PT) in einer dazugehörigen Ergebnisdatei (F_res), und Auswerten Jeder von den Ergebnisdateien (F_res) gegen Referenz-Daten (D_ref).
Das Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Verarbeiten der Quell-Datei (F_SC) aufweist Ausführen von mindestens zwei Verarbeitungsdurchgängen von der Software (135), die zu unterschiedlichen Offsets in der Quell-Datei (F_SC) beginnen, jeder Verarbeitungsdurchgang resultiert in einer separaten Ergebnisdatei (F_res).
Das Verfahren nach Anspruch 12, aufweisend Ausführen mindestens zwei von den mindestens zwei Verarbeitungsdurchgängen von der Software (135), parallel miteinander.
Das Verfahren nach Anspruch 12, aufweisend Ausführen mindestens zwei von den mindestens zwei Verarbeitungsdurchgängen, nacheinander.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, aufweisend Hinzufügen mindestens eines Interferenzsignals (N) in die Quell-Datei (F_SC), bevor ein vorgegebener Durchgang von der Software (135) durchgeführt wird.
Das Verfahren nach Anspruch 15, wobei das mindestens Eine von dem mindestens einen Interferenzsignal (N) weist auf Rauschen das produziert wurde nach einem Gaußschen Rausch-Model, oder einer gefilterten Version davon.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, wobei das Verfahren aufweist Simulieren mindestens einer von den folgenden Operationen in Bezug auf eine Empfangseinheit (100), die nach dem Design gebaut wurde das getestet werden soll: Kaltstart, Warmstart, Heißstart, Unterstützenden-Start und Werksrücksetzung.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 17, wobei das Verfahren aufweist Simulieren von Ausführen von der Software (135) auf mindestens zwei unterschiedlichen Hardware-Plattformen.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 18, wobei das Verfahren aufweist Generieren der Referenz-Daten (D_ref) durch Bewegen eines inertiellen Navigationssystems (250) entlang der Fahrtstrecke.
Das Verfahren einem der Ansprüche 11 bis 18, wobei das Verfahren aufweist Generieren der Referenz-Daten (D_ref) durch Bestimmen einer auf der durchschnittlichen Strecke basierender Ergebnis-Datei (F_res), die mehrere Sätze von Positions/Zeit bezogenen Daten (D_PT) für die Fahrtstrecke repräsentiert.
Ein Computerprogrammprodukt, ladbar in den Speicher (M) von einem Computer, aufweisend Software zum Steuern der Schritte von einem von den Ansprüchen 11 bis 20, wenn das Programm auf dem Computer läuft.
Ein computerlesbares Medium (M), auf dem ein Programm aufgespielt ist, wo das Programm einen Computer die Schritte von einem der Ansprüche 11 bis 20 steuern lässt, wenn das Programm in den Computer geladen wird.