GPS 接收器測試

一旦我們完成 GPS 訊號的記錄作業(yè)，即可透過相同的測試數(shù)據(jù)重復(fù)測試接收器。在下方的說明中，我們追蹤接收器的經(jīng)度、緯度，與速度。透過串行端口與每秒 1 次的 NMEA-183 指令讀取速率，從接收器讀取所需的數(shù)據(jù)。在下方量測中，我們所呈現(xiàn)的接收器特性參數(shù)，僅有定位與衛(wèi)星 C/N 值。請注意，在執(zhí)行這些量測作業(yè)的同時，亦可分析其他信息。雖然下列結(jié)果中并未量測水平精確度衰減 (Horizontal dilution of precision，HDOP)，但此特性參數(shù)亦可提供大量的接收器定位精確度信息。

若要獲得最佳結(jié)果，則應(yīng)確實同步化接收器與 RF 產(chǎn)生作業(yè)的指令接口。下方所示結(jié)果中，我們將 COM 埠 (pin 2) 的數(shù)據(jù)信道做為開始觸發(fā)器，以針對RF 向量訊號產(chǎn)生器與 GPS 模塊進行同步化。此同步化方式僅需任意波形產(chǎn)生器的 1 個頻率循環(huán) (100 MS/s)，即可進行向量訊號產(chǎn)生器與 GPS 接收器的同步化。因此最大的歪曲 (Skew) 應(yīng)為 10 µS。并請注意，因為我們將取得接收器的經(jīng)緯度，所以由同步化作業(yè)所造成的精確度錯誤，將為 10µs 乘以 Max Velocity (m/s)，或為 0.15 mm。

使用上述的設(shè)定，我們即可按時取得接收器的經(jīng)緯度。結(jié)果即如下圖所示：

圖12. 每 4 分鐘所得到的接收器經(jīng)緯度

在圖12所呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)中，即使用已記錄的驅(qū)動測試訊號，取得統(tǒng)計、定位，與速度的相關(guān)信息。此外我們可觀察到，在每次的測試之間，此項信息具有相對的可重復(fù)性;即為每個獨立軌跡所呈現(xiàn)的差異。事實上，這就是我們最需要的接收器可重復(fù)性 (Repeatability)。由于可重復(fù)性信息將可預(yù)估 GPS 接收器精確度的變化情形，因此我們亦可計算波形各個樣本之間的標(biāo)準(zhǔn)誤差。在圖 29 中，我們在各次同步化取樣作業(yè)之間，繪出標(biāo)準(zhǔn)的定位誤差 (相對于平均位置)。

圖 13. 依時間取得的經(jīng)度與緯度標(biāo)準(zhǔn)誤差

當(dāng)看到水平標(biāo)準(zhǔn)誤差時，可注意到標(biāo)準(zhǔn)誤差在 120 秒時快速增加。為了進一步了解此現(xiàn)象，我們亦根據(jù)接收器的速度 (m/s) 與 C/N 值的 Proxy，繪出總水平標(biāo)準(zhǔn)誤差。而我們預(yù)先假設(shè)：在沒有高功率衛(wèi)星的條件下，衛(wèi)星的 C/N 比值僅將影響接收器。因此，我們針對接收器所回傳 4 組最高高度的衛(wèi)星，平均其 C/N 比值而繪出另 1 組 C/N 的 Proxy。結(jié)果即如下列圖 14所示。

圖14. 定位精確度與 C/N 值的相關(guān)性

如圖14所示，在 120 秒時所發(fā)生的峰值水平錯誤 (標(biāo)準(zhǔn)誤差中)，即與衛(wèi)星的 C/N 值產(chǎn)生直接關(guān)聯(lián)，而與接收器的速度無關(guān)。此次取樣的標(biāo)準(zhǔn)誤差約為 2 公尺，且已低于其他取樣約 10 公尺的誤差。同時，我們可發(fā)現(xiàn)前 4 名的 C/N 平均值，由將近 45 dB-Hz 驟降至 41 dB-Hz。

上述的測試不僅說明 C/N 比值對定位精確度的影響，亦說明了已記錄 GPS 數(shù)據(jù)所能進行的分析作業(yè)種類。在此測試中的 GPS 訊號驅(qū)動記錄作業(yè)，是在中國深圳 (Shenzhen) 北方的惠州市 (Huizhou) 所進行。并接著于德州奧斯汀 (Austin Texas) 測試實際的接收器。

結(jié)論

如整篇文件所看到的，目前已有多項技術(shù)可測試 GPS 接收器。雖然如敏感度的基本量測，最常用于生產(chǎn)測試中，但是此量測技術(shù)亦可用于檢驗接收器的效能。這些測試技術(shù)雖然各有變化，但是均可于單一 PXI 系統(tǒng)中全數(shù)完成。事實上，GPS 接收器均可透過仿真或記錄的基頻 (Baseband) 波形進行測試。透過整合的方式，工程師可執(zhí)行完整的 GPS 接收器功能測試：從敏感度到追蹤其可重復(fù)性