GPS測試詳解

GPS是一種很常見的全球定位系統(tǒng)，一般民用GPS使用的是GPS系統(tǒng)的L1載波,頻率為1575.42MHz。那么一般GPS衛(wèi)星在離地面1萬2千公里的高空上，24顆衛(wèi)星以12小時(shí)的周期環(huán)繞地球運(yùn)行,使得在任意時(shí)刻,在地面上的任意一點(diǎn)都可以同時(shí)觀測到4顆以上的衛(wèi)星。這樣GPS可以有效的進(jìn)行2D（平面地圖）3D（立體地圖）定位。

那么GPS性能到底如何其實(shí)是看它接收信號的能力，也就是它的定位時(shí)間的精確度，搜索衛(wèi)星的數(shù)量越多、時(shí)間越短定位就越準(zhǔn)。所以在行業(yè)內(nèi)對GPS有個(gè)完整的測試流程。

對于GPS，測試包括定位精度，冷啟動(dòng)熱啟動(dòng)溫啟動(dòng)的TTFF，跟蹤時(shí)間和捕獲時(shí)間。此外還有A-GPS性能測試。但是這多是對于芯片處理運(yùn)算能力的標(biāo)準(zhǔn)，對于單純的射頻鏈路，主要的就是信噪比C/N0，N0為噪聲功率譜密度。這個(gè)也就是對于接收機(jī)的NF的測試。以往做過的項(xiàng)目是以-130dBm為參考值，按常溫下熱噪聲是-174dBm/HZ，那輸入SNR應(yīng)該是44dB,現(xiàn)在手機(jī)GPS方案一般都是濾波器+LNA+濾波器的方案，按正常項(xiàng)目，前一個(gè)濾波器的插損應(yīng)該是0.8dB左右，LNA的噪聲系數(shù)1左右。LNA的增益一般在10以上，所以后面的濾波器貢獻(xiàn)的NF就比較小了，所以算下來整個(gè)射頻通路的NF大概是2dB左右，所以輸出SNR應(yīng)該是在41-42dB（這個(gè)需要用專門的軟件來讀）.此外如果沒有GPS衛(wèi)星信號發(fā)生器，可以輸入1575.42MHz的單點(diǎn)頻信號進(jìn)行測試，原理同上，不過要根據(jù)頻譜分析儀的RBW設(shè)置適當(dāng)調(diào)整要求值。由于一般頻譜分析儀的噪底都在145dBm/Hz，所以輸入信號就要設(shè)置的高一點(diǎn)，比如-80至-100dBm左右，也不要太高，畢竟要考慮到接收機(jī)的壓縮特性。此外輸出的不是比噪聲功率譜密度而是比噪聲了，所以結(jié)果要考慮到RBW的設(shè)置，比如輸入-100，RBW設(shè)置為1K，NF是2，那么輸出的SNR為-100dBm-(-174dBm/Hz+10LOG1000)-2=42.這里大家區(qū)分開C/N0和S/N，否則看到輸入不同的功率結(jié)果卻一樣肯定會(huì)比較迷糊。

GPS測試項(xiàng)如下：

GPS首次定位時(shí)間（第一次啟動(dòng)時(shí)2D定位與3D定位時(shí)間）

射頻信號干擾

冷啟動(dòng)與暖啟動(dòng)定位時(shí)間

接收機(jī)重新捕獲GPS信號時(shí)間

靜止定位精度

接收機(jī)靈敏度

動(dòng)態(tài)定位時(shí)間

在測試當(dāng)中GPS首次定位時(shí)間是檢測它性能的首要條件，主要檢測在正常無干擾信號條件下，GPS的定位時(shí)間與搜索衛(wèi)星的數(shù)量。

下面我將介紹一下GPS的首次定位時(shí)間測試。

進(jìn)行測試所用到的設(shè)備包括：信號源（E4438C）、干擾源（E8572D）、功率分配器、衰減器、射頻線。

注意：當(dāng)我門測試的時(shí)候必須要再屏蔽室中搭建測試環(huán)境，否則GPS接收的信號就不是信號源所給出的信號，測試出來的結(jié)果就不是真正所要的結(jié)果。

具體測試操作步驟：

GPS首次定位時(shí)間

打開信號源E4438C，進(jìn)入Mode選件然后點(diǎn)擊屏幕最后一個(gè)按鍵翻頁，進(jìn)入第二頁后 選擇GPS選項(xiàng)。

當(dāng)進(jìn)入GPS選件后屏幕會(huì)有兩行顯示，這時(shí)我們選擇RealTimeMSGPS選項(xiàng)。

進(jìn)入下圖1界面的時(shí)候我門需要設(shè)置最大衛(wèi)星顆數(shù)，然后進(jìn)入Scenario選項(xiàng)。

再進(jìn)入GotoRow選項(xiàng)選擇需要的地圖，找到“selectScenario”選件點(diǎn)擊這個(gè)選項(xiàng)，就已經(jīng)進(jìn)入到所需要的地圖當(dāng)中了。

選定了地圖后在屏幕界面右上方會(huì)有一個(gè)RealTimeMSGPSOff/ON的選項(xiàng)，這個(gè)選項(xiàng)是打開或者關(guān)閉GPS信號的選件，我們按下按鈕選擇打開GPS信號。（按下選件按鈕的時(shí)候注意，按一下等待幾秒鐘看看信號是否打開，如果沒有重復(fù)操作）

進(jìn)入E4438C中的Amplitude選件設(shè)置信號強(qiáng)度，信號強(qiáng)度不要設(shè)置太大，因?yàn)镚PS接收的信號本來就很?。ㄐ盘柎蠹s在-100dBm左右），輸出信號過大會(huì)導(dǎo)致GPS不能定位。

啟動(dòng)GPS定位軟件，按照下面的表格填依次測試GPS2D定位時(shí)間、GPS3D的定位時(shí)間。（不同信號強(qiáng)度測試的時(shí)候必須重新啟動(dòng)GPS）

信號強(qiáng)度(dBm)

GPS2D定位時(shí)間

GPS3D的定位時(shí)間

備注

-128

120秒

10分

-105

85秒

7分

-99

76秒

6分

表1

射頻干擾測試

搭建測試示意圖如下圖2

按照圖2示意圖搭建系統(tǒng)，

首先讓GPS進(jìn)入搜索狀態(tài)，打開GPS信號源。

確認(rèn)GPS有效3D定位記錄下此時(shí)信號強(qiáng)度。

在模擬信號不變的情況下，將干擾信號設(shè)置為相同頻率與功率，然后逐漸以1dBm的幅度增加干擾信號。

檢測干擾信號的強(qiáng)度在多大時(shí)候GPS丟失導(dǎo)航定位。

記錄下干擾信號源的信號強(qiáng)度。

在這里我們只簡單介紹了GPS產(chǎn)品部分的測試，如果想了解更多的測試信息可聯(lián)系就近的摩爾實(shí)驗(yàn)室（MORLAB）。