深挖智能汽車設(shè)計(jì)要素，你知多少？

圖1.GPS產(chǎn)生系統(tǒng)的程序圖

如圖1所示，當(dāng)測試GPS接收器時(shí)，往往采用最高60dB的外接RF衰減(留白，Padding)。固定式衰減器至少可提供測量系統(tǒng)2項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)。首先，固定式衰減器可確保測試激發(fā)的噪聲層低于-174dBm/Hz的熱噪聲層(Thermal noise floor)。其次，由于可透過高精確度RF功率計(jì)(Power meter)校準(zhǔn)信號(hào)準(zhǔn)位，因此固定式衰減器亦可提升功率精確度。雖然僅需20dB的衰減即可符合噪聲層的要求，但若使用60~70dB的衰減，則可達(dá)到更高的功率精確度與噪聲層效能。稍后將接著討論RF功率校準(zhǔn)，而圖2搶先說明衰減對噪聲層效能所造成的影響。

圖2.不同衰減所需的儀器功率比較

如圖2所示，衰減可用于減弱噪聲，而不僅限于-174dBm/Hz的熱噪聲層。

RF矢量信號(hào)發(fā)生器

當(dāng)選擇RF矢量信號(hào)發(fā)生器時(shí)，NI abVIEW GPS工具組可同時(shí)支持NI PXI-5671與NI PXIe-5672RF矢量信號(hào)發(fā)生器。雖然此2款適配卡可產(chǎn)生GPS信號(hào)，但由于PCI Express總線速度較快，并可立刻進(jìn)行IF等化(Equalization)，因此NI PXIe-5672矢量信號(hào)發(fā)生器較受到青睞。此2款適配卡均具有6MB/s總數(shù)據(jù)傳輸率與1.5MS/s(IQ)取樣率，可從磁盤串流GPS波形。

雖然PXI控制器硬盤可輕松維持此數(shù)據(jù)傳輸率，NI仍建議使用外接磁盤進(jìn)行額外的儲(chǔ)存容量。下圖為包含NI PXIe-5672的常見PXI系統(tǒng)：

圖3.包含NIPXIe5672VSG與NIPXI-5661VSA的PXI系統(tǒng)

GPS工具組可于完整導(dǎo)航信號(hào)期間，建立最長12.5分鐘(25個(gè)框架)的波形。依6MB/s的取樣率，則最大檔案約為7.5GB.由于上述的波形檔案尺寸，所有的波形均可儲(chǔ)存于多款硬盤選項(xiàng)之一。這些波形儲(chǔ)存資源選項(xiàng)包含：

o PXI控制器的硬盤(推薦使用120GB硬盤升級(jí))

o如HDD8263與HDD8264的外接RAID裝置

o外接USB2.0硬盤(已透過Western Digital Passport硬盤進(jìn)行測試)

上述各種硬盤設(shè)定，均可支持超過20MB/s的連續(xù)數(shù)據(jù)串流作業(yè)。因此，任何儲(chǔ)存選項(xiàng)均可仿真GPS信號(hào)，并進(jìn)行記錄與播放。在稍后的段落中，將說明仿真與記錄GPS波形的整合作業(yè)，并進(jìn)行GPS接收器效能的特性參數(shù)描述(Characterization)作業(yè)。

建立仿真的GPS信號(hào)

由于GPS接收器是透過天線傳輸數(shù)據(jù)，并取得衛(wèi)星星歷與星歷信息;當(dāng)然，仿真的GPS信號(hào)亦需要該項(xiàng)信息。衛(wèi)星星歷與星歷信息，均透過文本文件表示，可提供衛(wèi)星位置、衛(wèi)星高度、機(jī)器狀態(tài)，與繞行軌道的相關(guān)信息。此外，在建立波形的過程中M，亦必須選擇客制參數(shù)，如星期時(shí)間(TOW)、位置(經(jīng)度、緯度、高度)，與仿真的接收器速率。以此信息為基礎(chǔ)，工具組將自動(dòng)選擇最多12組人造衛(wèi)星、計(jì)算所有的都卜勒位移(Doppler shift)與虛擬距離(Pseudorange)信息，并接著產(chǎn)生所需的基帶波形。為了可盡快入門，工具組安裝程序亦包含范例的衛(wèi)星星歷與星歷檔案。此外，更可由下列網(wǎng)站直接下載：

。Almanac information (The Navigation Center of Excellence) http://navcen.uscg.gov/gps/almanacs.htm

。Ephemeris information (NASA Goddard Space Flight Center) http://cddis.gsfc.nasa.gov/gnss_datasum.html#brdc

透過客制的衛(wèi)星星歷與星歷檔案，即可建立特定日期與時(shí)間的GPS信號(hào)，甚至可回溯數(shù)年以前。請注意，當(dāng)選擇這些檔案時(shí)，必須選擇與日期相對應(yīng)的檔案。一般來說，衛(wèi)星星歷與星歷信息為每日更新，因此當(dāng)選擇特定時(shí)間與日期時(shí)，亦應(yīng)選擇同1天的檔案。下載的星歷檔案往往為壓縮的“*.Z”格式。因此，在搭配使用GPS工具組之前，檔案必須先行解壓縮。

只要使用工具組中的“自動(dòng)模式(Automatic mode)”，即可囊括大多數(shù)的GPS模塊作業(yè)，并可透過程序設(shè)計(jì)的方式，計(jì)算都卜勒與隨機(jī)距離信息;當(dāng)然，此功能亦提供手動(dòng)模式。在手動(dòng)模式(Manual mode)中，使用者可個(gè)別指定每組人造衛(wèi)星的信息。圖4即顯示此2種作業(yè)模式所提供的輸入?yún)?shù)。

1LLA(longitude，latitude，altitude)

圖4.GPS工具組自動(dòng)與手動(dòng)模式的默認(rèn)值

請注意，工具組將根據(jù)所指定的星歷檔案，于可能的數(shù)值范圍中強(qiáng)制設(shè)定GPS的TOW.因此，若選擇的數(shù)值超出該星歷檔案的范圍，工具組將自動(dòng)設(shè)定為最接近的數(shù)值并提醒使用者。“niGPS Write Waveform To File”范例程序即可建立GPS基帶波形(自動(dòng)模式)，而其人機(jī)接口即如下圖所示。

圖5.簡單的范例程序即可建立GPS測試波形。

請注意，某些特定測量作業(yè)，將決定用戶所建立GPS測試的文件類型。舉例來說，當(dāng)測量接收器靈敏度時(shí)，將仿真單一人造衛(wèi)星。另一方面來說，需要定位作業(yè)的測量(如TTFF與位置精確度)，所使用的GPS信號(hào)將仿真多組人造衛(wèi)星?；谏鲜鲂枨?，NIGPS工具組所搭配的范例程序，將同時(shí)包含單位星與多重衛(wèi)星仿真功能。

記錄空氣中的GPS信號(hào)

建立GPS波形時(shí)，其獨(dú)特又日趨普遍的方式，即是直接從空氣中擷取之。在此測試中，我們使用矢量信號(hào)分析器(如NI PXI 5661)記錄信號(hào)，再透過矢量信號(hào)發(fā)生器(如NI PXIe-5672)產(chǎn)生已記錄的信號(hào)。由于在記錄GPS信號(hào)時(shí)，亦可擷取實(shí)際的信號(hào)減損(Impairments)，因此在播放信號(hào)時(shí)，可進(jìn)一步了解接收器于布署環(huán)境中的作業(yè)情形。

只要透過極為直接的方式，即可擷取空氣中的GPS信號(hào)。在RF記錄系統(tǒng)中，我們將適合的天線與放大器，搭配使用PXI矢量信號(hào)分析器與硬盤，以擷取最多可達(dá)數(shù)個(gè)小時(shí)的連續(xù)數(shù)據(jù)。舉例來說，1組2TB的RAID磁盤陣列，即可記錄最多25個(gè)小時(shí)的GPS波形。由于此篇技術(shù)文件將不會(huì)討論串流的特殊技術(shù)，因此若需要相關(guān)范例程序代碼，請至：http://www.ni.com/streaming/rf.透過下列段落，即可了解應(yīng)如何針對RF記錄與播放系統(tǒng)，設(shè)定合適的RF前端。