車載GPS接收器測(cè)試工具指南

中國現(xiàn)在擁有私車的人是越來越多，車主和他們的家庭活動(dòng)范圍因此也得到了很大的延伸。當(dāng)他們周末出門渡假時(shí)車載GPS導(dǎo)航將是很有用的一個(gè)工具，而車載GPS導(dǎo)航系統(tǒng)測(cè)試也已經(jīng)成為業(yè)界工程師們的熱點(diǎn)話題。

車載GPS導(dǎo)航系統(tǒng)基本上分成二種，一種是簡(jiǎn)單的帶天線的GPS接收器加上映射軟件和數(shù)字地圖，這種系統(tǒng)可以從電子用品商店買到。另外一種就象CD播放器那樣嵌入在車內(nèi)，是利用功能更強(qiáng)、具有多種傳感器輸入的GPS接收器形成的GPS/慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。其中陀螺傳感器、里程表、車輪斷續(xù)器等傳感器可以改善在車輛通過遂道或經(jīng)過高聳建筑物等GPS信號(hào)發(fā)生中斷情況時(shí)的導(dǎo)航精度。

完成第一種導(dǎo)航系統(tǒng)的測(cè)試只需要少量的工作。每個(gè)GPS接收器都經(jīng)過出廠測(cè)試，因此當(dāng)這些GPS接收器進(jìn)入商店出售時(shí)沒有必要再次測(cè)試它的GPS性能。唯一需要測(cè)試的是實(shí)際的經(jīng)緯度位置數(shù)據(jù)能否通過映射軟件正確映射到數(shù)字地圖上。

圖1描述了仿真器與汽車包功能的協(xié)作機(jī)制。

一般有二種測(cè)試方法。一種是對(duì)車載導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行上路測(cè)試，將被測(cè)導(dǎo)航系統(tǒng)置于車內(nèi)，邊開車邊觀察是否在大多數(shù)時(shí)間內(nèi)可以將GPS數(shù)據(jù)正確映射進(jìn)數(shù)字地圖中。該類型的車內(nèi)導(dǎo)航系統(tǒng)比較適合路上大部分時(shí)間GPS接收狀態(tài)良好的地區(qū)使用，比如美國或歐洲的大多數(shù)國家，但不太適合象上海和香港這樣的城市，因?yàn)橛性S多高聳建筑物會(huì)阻擋GPS信號(hào)。另外一種測(cè)試方法是使用GPS星座仿真器。這種方法可以為工程師節(jié)省大量時(shí)間和精力，他們完全可以在室內(nèi)輕松完成測(cè)試任務(wù)。

對(duì)于第二種車載GPS/慣性集成式導(dǎo)航系統(tǒng)，工程師所面臨的測(cè)試挑戰(zhàn)主要表現(xiàn)為：

地理障礙

不同傳感器的正確選擇
 
不同GPS接收環(huán)境
 
GPS數(shù)據(jù)和慣性傳感器之間的數(shù)據(jù)同步
 
測(cè)試時(shí)的車輛控制
 
人力資源
 
時(shí)間約束
 
系統(tǒng)性能分析

城市內(nèi)的高聳建筑物會(huì)阻擋GPS信號(hào)，而慣性傳感器則可以改善此種情況下的導(dǎo)航精度。人工進(jìn)行這種集成式導(dǎo)航系統(tǒng)的測(cè)試所需要的路試工作量非常巨大。甚至有些時(shí)候由于地理障礙而使測(cè)試無法進(jìn)行。另外，工程師們也不可能為了測(cè)試而走遍整個(gè)中國，這樣做肯定是不現(xiàn)實(shí)的。

眾所周知，對(duì)于集成式導(dǎo)航系統(tǒng)來說選擇正確的陀螺傳感器非常重要。陀螺傳感器的價(jià)格越高質(zhì)量就越好，但在實(shí)際應(yīng)用中希望能以合理的價(jià)格獲得可接受的性能。帶傳感器仿真功能的GPS星座仿真器是測(cè)試工程師為系統(tǒng)找到正確陀螺儀類型或模型的理想工具。

不同GPS接收狀態(tài)是測(cè)試工程師所面臨的另一項(xiàng)挑戰(zhàn)。在大多數(shù)時(shí)間內(nèi)GPS接收器可以獲得良好穩(wěn)定的信號(hào)。但是，當(dāng)出現(xiàn)GPS信號(hào)不穩(wěn)定、信號(hào)中數(shù)據(jù)丟失或信號(hào)微弱等實(shí)際情況時(shí)導(dǎo)航系統(tǒng)會(huì)做何反應(yīng)呢？人們?cè)诼飞献霈F(xiàn)場(chǎng)人工測(cè)試時(shí)這些情況并不是總能發(fā)生的，因此需要對(duì)這種情況進(jìn)行模擬仿真。導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)室公司(NavLabs)的LabPro GPS仿真器正是克服這一挑戰(zhàn)的理想工具。

NavLabs是提供LabPro GPS仿真器的一家公司，它已經(jīng)為不同國家的許多客戶提供過解決方案，比如蜂窩制造商、NASA、GPS接收器制造商、軍隊(duì)等。Frank Bletzacker博士是LabPro GPS仿真器的策劃設(shè)計(jì)師，他以前曾在噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室任職。仿真器使用的許多新算法都是Bletzacker博士發(fā)明的，這些算法精度非常高，偽距誤差可以控制在市場(chǎng)上其它任何產(chǎn)品均無法達(dá)到的+/-1cm范圍內(nèi)。

與GPS星座信號(hào)產(chǎn)生不同，LabPro具有不同的傳感器功能。LabPro的汽車包功能可以幫助汽車制造商高效地測(cè)試他們的集成式車內(nèi)/慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，從而加速對(duì)GPS接收器和慣性傳感器之間數(shù)據(jù)同步問題的處理，或者至少為工程師整合系統(tǒng)提供可控制性更強(qiáng)的環(huán)境。有多種傳感器用于實(shí)際情形的仿真，如陀螺傳感器、速度傳感器和加速傳感器。測(cè)試工程師利用這些傳感器可以在室內(nèi)完成高精度的測(cè)試評(píng)估工作。

圖2：汽車速度傳感器模型。

如圖1所示，汽車包具有以下一些特點(diǎn)：

正比于汽車轉(zhuǎn)向度(rate-of-turn)的5V模擬輸出；
 
正比于汽車速度的CMOS電平脈沖速率輸出；

串行數(shù)據(jù)消息：通過PC COM通信口以串行格式提供車輪速度、轉(zhuǎn)向度和其它導(dǎo)航數(shù)據(jù)；

模擬加速計(jì)輸出：提供2個(gè)通道的0-5V加速計(jì)輸出；
 
提供用戶可編程車輪分離模型，支持用于推斷轉(zhuǎn)向度的差分車輪斷續(xù) 。

車輪速度傳感器可以支持不同的數(shù)據(jù)格式，如適合Rockwell(Conexant)公司Zodiac 12通道Dead reckoning接收器使用的Zodiac 1370串行車輪速度格式以及各種SirfDrive格式。通過傳感器控制可以仿真各種事件，如滑動(dòng)、滑行、側(cè)移和跳躍。在現(xiàn)實(shí)世界中，測(cè)試工程師不是特技演員，要開車做到這些仿真情形是很難的，而且相當(dāng)危險(xiǎn)。相應(yīng)的控制面板如圖2所示。

LabPro是一個(gè)全集成的GPS星座仿真器，不僅適合汽車導(dǎo)航系統(tǒng)的測(cè)試使用，也適合其它一些應(yīng)用場(chǎng)合，如GPS接收器研究和開發(fā)、航空電子設(shè)備測(cè)試床及某些宇宙飛行器的研究。LabMate是LabPro的簡(jiǎn)化版本，特別適用于GPS接收器的量產(chǎn)測(cè)試以及對(duì)車輛陸地操縱的研究。由于產(chǎn)品的全數(shù)字化設(shè)計(jì)，LabMate可以輕松升級(jí)到LabPro。即使是將來GPS系統(tǒng)具備了新的功能，所有的NavLabs產(chǎn)品也可以得到相應(yīng)的平滑升級(jí)。GPS導(dǎo)航數(shù)據(jù)記錄器是NavLabs公司的最新產(chǎn)品，是汽車制造商測(cè)試GPS/慣性集成式導(dǎo)航系統(tǒng)的又一款理想工具。