上一期文章里，我们提到了对于GPS L1 C/A信号来说，普通消费类接收机只需要分配12个通道就足以。因为在地面上任意一个位置能观测到的GPS卫星数量不会超过12颗，常见的可见数量是8~10颗左右。这一期我们来详细讨论其缘由。
以GNSS View软件为例在上海某时刻能观测到的GPS卫星数量是9颗，这与实际户外测试结果是相符的。
GPS空间星座
GPS 卫星在大约 20,200 公里的高度在中地球轨道 （MEO） 上飞行。每颗卫星每天绕地球两圈，运行周期为11小时58分。
GPS 星座由24颗卫星构成，这24颗卫星被安排成围绕地球的六个等距轨道平面，每个轨道面上分布4颗卫星。卫星星座设计目标是功能最优化，即以最小卫星发射成本的代价，最小的卫星数量获得最优的性能。
这种安排确保用户可以从地球上的几乎任何位置观看至少四颗卫星。
而实际中如果观测截止高度角为15度时，任意地点任意时刻可观测到的卫星数量在6~8颗；
观测截止高度角为10度时，最多能同时观测到的卫星约为10颗；
当观测截止角度为5度时，最多时能观测到12颗GPS卫星。不过此时低仰角的卫星已不可靠，穿过电离层对流层最厚，且卫星大概率是地平线以下的折射过来的。
图来源：GPS卫星运行轨迹 (csno-tarc.cn)
实际中外太空通常飞行的GPS卫星超过 24 颗，以便在某些卫星维修或退役时保持持续覆盖。额外的卫星可提高 GPS 性能，但不被视为核心星座的一部分。
有些卫星是做备用之用，万一某轨道面的卫星出现故障则附近的卫星可以及时顶上保持GPS卫星的覆盖和定位性能不降级，增加了容错性。在所有任意时刻和位置上能保持6颗以上的卫星可见性。
为了更好的提供定位导航精度，卫星星座的设计还需要具有良好的几何分布，这些又会限定了接收机可视的卫星方向角和高度角的分布。
思博伦GSS7000卫星导航模拟器
思博伦 GSS7000 是一款性能卓越、功能强大、灵活可定制的 GNSS 模拟器，为 GNSS 相关设备的测试和开发提供了可靠的解决方案。具有紧凑的设计，其嵌入式控制器为实验室节省了空间，并且方便在不同的测试环境中进行部署和使用。用户可以根据需求随时随地进行定制和升级，能够适应不断变化的测试需求和新的技术发展，具有很强的灵活性和前瞻性。
对于卫星导航模拟器来说通道数的概念与接收机类似但是也有些差别，简单的理解就是多少个通道数就能同时仿真出多少颗卫星。
针对卫星导航模拟器通道数的问题，我们总结了如下常见问题供大家参考：
Q1: 卫星导航模拟器GSS7000最多支持多少个通道？
A：GSS7000卫星导航模拟器作为GNSS测试仪器领域的翘楚，机箱硬件支持最多4块硬件bank，每块bank支持64个通道。则单台GSS7000最多支持256个通道。
通道数量多且可灵活分配：卫星通道数能在各星群间灵活分配，不仅可以满足高性能设备的并行测试需求，提高测试效率，还能根据不同的测试场景和需求进行灵活的通道配置。
可扩展性强：可以根据用户需求的增长进行现场升级，使设备能够伴随测试需求的不断变化而不断扩展，延长了设备的使用寿命，降低了用户的投资成本
Q2 ：在购买GSS7000卫星导航模拟器时，通道数应该怎么配置才合理？
A：建议每个信号频点12个通道比较合理以便于真实世界尽量一致，最低配置也要保证8个通道。
举个实际例子，比如选购的GSS7000支持GPS L1/L5 , 北斗B1I, B2A 总共四个信号。
则推荐的最低通道数是4*8=32个通道，才能保证这四个信号同时发射时各自有足够的卫星数量以达到接近实际的效果。
GSS7000 硬件支持最多4块bank，每块bank单独负责不同频率band的信号仿真最后合路输出。模拟器的通道数不像接收机那样细分到同频下的不同调制模式，例如接收机接收GPS L1 C/A， L1C, 会占用不同的通道，但是对于模拟器来说只会占用一个通道。如下所示仿真的SVID-9号卫星L1信号内包含了C/A，L1C(P+D) 但只会占用一个模拟器通道。
Q3：模拟器的通道数多与少会影响测试结果吗？
A：卫星导航模拟器的通道数与测试结果的准确性有密切关系。
更多的模拟器卫星通道数能更真实的仿真卫星环境状态，而一些特殊应用场景比如高精度定位条件下，通常接收机需要接收多个不同星座，不同频点卫星的信号来获得高精度。以及一些特殊应用诸如 低轨卫星，高空气球，航空器等高海拔能避免地球的遮挡而看到更多的卫星数量，更多通道数的模拟器便可更好的模拟仿真这些复杂的卫星信号，从而使得测试结果更准确的反映DUT的实际性能。
多的卫星通道数能提高模拟的信号强度和质量，因为更多的通道数能使得模拟器能精细的调节各项卫星参数，比如每颗卫星信号强度，卫星数量，星座等从而更准确的模拟真实的卫星信号。例如，在城市峡谷等复杂环境中，卫星信号会受到建筑物的遮挡，反射等多径效应。此时拥有多通道的卫星导航模拟器便能模拟这种复杂的信号变化情况，帮助测试研发人员评估和优化接收机在复杂环境下的性能。
另外在动态应用场景中，比如高速运动的汽车或飞行器，卫星信号和接收机的相对运动非常快，此时更多通道数的模拟器有更好的仿真表现，从而使得测试结果更准确的反映接收机在各种动态条件下的性能。
在实践中有客户测试6个通道数与8个通道数相比，同一个DUT接收机TTFF时间相差30%，定
Q4 ：为什么购买的模拟器明明有16个通道，但是DUT只收到9颗卫星？
A：GSS7000模拟器内的卫星分布是基于某时刻真实世界的历书作为仿真起算点。正如文章一开始讨论的情况，和户外真实现象一样，任意一地点，任意一时刻的可见卫星最多不超过12颗，具体是多少颗卫星以仿真界面实际为准。就如下图所示，在Power Level Graph界面我们能看到当前仿真的卫星SVID分别是2，8，9，10等9颗卫星。
一般来说在低纬度位置，比如赤道上就有可能同时观测到大于10+颗的卫星。
如果想要实现16颗卫星仿真的效果，可以采用勾选上其他星座，比如GPS+BDS时两者平分通道数8+8 即可实现该功能。
Q5：预算有限时只购买4个卫星通道数是否有问题？
A：这样测试风险极大。因为首先4颗仅仅是能定位的最低要求，如果接收机算法限制了低仰角的卫星，则有可能因为可用的卫星不足，导致接收机几乎无法定位。即便定位了随着测试时间继续会出现定位中断引起误判。
对于模拟器来说当通道数不够时，它的运行机制是挑选DOP最好的4颗卫星来仿真，以下图为例场景刚开始时可见卫星是16, 14, 29, 10，但是仅仅过了10分钟后29号卫星被替换成了24号卫星，且为了卫星DOP分布较好10 号卫星仰角已经很低了。这样会导致接收机定位一段时间后突然定位中断失效，因为接收机之前一直跟踪的是29号卫星，突然丢失了，且新出现24号卫星进入视场导致持续定位突然中断而引起误判。
而当我们模拟器通道数足够时，随着仿真时间正常的流逝卫星运动变化并不会引起接收机的误判异常。
另外一个不可忽视的DOP恶化降级需要被关注，仅仅只有4通道时All GDOP= 2.28 ， 而通道数足够时的All GDOP= 1.55
GDOP 是衡量定位精度的一个重要指标，它综合考虑了卫星的空间几何分布以及测量误差等因素。GDOP 值越小，表明卫星的空间几何分布越理想，定位精度就越高；反之，GDOP 值越大，定位精度就越低。简单的来说可用卫星越多，DOP就越好。
我们在实际中也收到不少测试人员反馈，认为故意设置卫星数量少时可以测试出接收机在恶劣条件下的表现，如果恶劣环境下表现都合格，那么好条件下一定会更好。 这个想法对实际应用的参考性存疑，卫星数量少时卫星数量少仅仅是测试中的单一测试环境，并不能以偏概全的认为这一个测试能完全测试DUT的性能，相反在这种情况下测试出的异常在真实世界中很有可能根本不会出现反而引起误判。
测试时人为故意减少卫星数量可能带来以下风险：
可用卫星数量少会导致定位精度降低，定位过程中由固定fix变成不定位概率增加，减少卫星数量意味着需要更多时间来搜索跟踪卫星，导致冷启动时间变长。较少的卫星数量会导致接收机对环境的适应性降低，可靠性随之降低。最后卫星数量不够会引发系统脆弱性降级，特别是关键紧急情况下的服务中断，例如航空领域生命攸关的接收机RAIM算法的生效就需要多卫星的情况才能有效工作。
Q6 如何查看当前GSS7000内是否通道数够用？
A：在PosApp软件界面的Ground Track下可以看到仿真的星座，地理位置以及详细的卫星SVID号。以下图为例 世界地图中：
红色为当前可见卫星，但是并未仿真，原因是通道数被限制。
绿色为当前可见卫星，且为正在仿真中。
蓝色为不可见，受地球曲率的遮挡，并未仿真。 随着仿真时间进行这些卫星会运动到视线内，变成可见卫星。
总体而言，卫星导航模拟器的卫星通道数是衡量其性能和功能的一个重要指标，通道数越多，越能更真实地模拟复杂的卫星定位环境，为卫星导航接收机的研发、生产和测试提供更准确的测试结果。在选择卫星导航模拟器时，需要根据具体的测试需求和应用场景来确定合适的卫星通道数。
关键字：GNSS，接收机，通道数， Channels， 卫星模拟器，GSS7000, 导航终端，定位精度，DOP
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