GPS 接收器測(cè)試

一旦我們完成 GPS 訊號(hào)的記錄作業(yè)，即可透過(guò)相同的測(cè)試數(shù)據(jù)重復(fù)測(cè)試接收器。在下方的說(shuō)明中，我們追蹤接收器的經(jīng)度、緯度，與速度。透過(guò)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(cè)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(qǐng)注意，在執(zhí)行這些量測(cè)作業(yè)的同時(shí)，亦可分析其他信息。雖然下列結(jié)果中并未量測(cè)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(shí)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(kāi)始觸發(fā)器，以針對(duì)RF 向量訊號(hào)產(chǎn)生器與 GPS 模塊進(jìn)行同步化。此同步化方式僅需任意波形產(chǎn)生器的 1 個(gè)頻率循環(huán) (100 MS/s)，即可進(jìn)行向量訊號(hào)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(qǐng)注意，因?yàn)槲覀儗⑷〉媒邮掌鞯慕?jīng)緯度，所以由同步化作業(yè)所造成的精確度錯(cuò)誤，將為 10µs 乘以 Max Velocity (m/s)，或?yàn)?0.15 mm。

使用上述的設(shè)定，我們即可按時(shí)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(dòng)測(cè)試訊號(hào)，取得統(tǒng)計(jì)、定位，與速度的相關(guān)信息。此外我們可觀察到，在每次的測(cè)試之間，此項(xiàng)信息具有相對(duì)的可重復(fù)性;即為每個(gè)獨(dú)立軌跡所呈現(xiàn)的差異。事實(shí)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(jì)算波形各個(gè)樣本之間的標(biāo)準(zhǔn)誤差。在圖 29 中，我們?cè)诟鞔瓮交幼鳂I(yè)之間，繪出標(biāo)準(zhǔn)的定位誤差 (相對(duì)于平均位置)。

圖 13. 依時(shí)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(shí)，可注意到標(biāo)準(zhǔn)誤差在 120 秒時(shí)快速增加。為了進(jìn)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(méi)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(duì)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(shí)所發(fā)生的峰值水平錯(cuò)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(wú)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(shí)，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(cè)試不僅說(shuō)明 C/N 比值對(duì)定位精確度的影響，亦說(shuō)明了已記錄 GPS 數(shù)據(jù)所能進(jìn)行的分析作業(yè)種類。在此測(cè)試中的 GPS 訊號(hào)驅(qū)動(dòng)記錄作業(yè)，是在中國(guó)深圳 (Shenzhen) 北方的惠州市 (Huizhou) 所進(jìn)行。并接著于德州奧斯汀 (Austin Texas) 測(cè)試實(shí)際的接收器。

結(jié)論

如整篇文件所看到的，目前已有多項(xiàng)技術(shù)可測(cè)試 GPS 接收器。雖然如敏感度的基本量測(cè)，最常用于生產(chǎn)測(cè)試中，但是此量測(cè)技術(shù)亦可用于檢驗(yàn)接收器的效能。這些測(cè)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(shí)上，GPS 接收器均可透過(guò)仿真或記錄的基頻 (Baseband) 波形進(jìn)行測(cè)試。透過(guò)整合的方式，工程師可執(zhí)行完整的 GPS 接收器功能測(cè)試：從敏感度到追蹤其可重復(fù)性