深挖智能汽車設(shè)計(jì)要素，你知多少？

在圖9中可發(fā)現(xiàn)，PXI-4110可程序化DC電源供應(yīng)器，即可供應(yīng)DC偏壓信號(hào)。雖然多款現(xiàn)成的電源供應(yīng)器(其中亦包含價(jià)位較低的電源供應(yīng)器)均可用于此應(yīng)用中，我們還是使用PXI-4110以簡(jiǎn)化作業(yè)。同樣的，現(xiàn)有常見(jiàn)的偏壓器(Bias tee)可進(jìn)行最高1.58GHz的作業(yè)，而此處所使用的偏壓器購(gòu)自于www.minicircuits.com.

方法2：以接收器供電至主動(dòng)式天線

供電至主動(dòng)式GPS天線的第二個(gè)方法，即是透過(guò)天線本身的接收器。大多數(shù)的現(xiàn)成GPS接收器，均使用單一端口供電至主動(dòng)式GPS天線，且此端口亦透過(guò)合適的DC信號(hào)達(dá)到偏壓。若將主動(dòng)式GPS接收器整合分裂器(Splitter)與DC阻絕器(Blocker)，即可供電至主動(dòng)式LNA，并僅記錄GPS接收器所獲得的信號(hào)。下圖即為正確的連結(jié)方式：

圖10.透過(guò)DC阻絕器(Blocker)，將可記錄并分析GPS信號(hào)

如圖10所示，GPS接收器的DC偏壓即用以供電至LNA.請(qǐng)注意，由于當(dāng)進(jìn)行記錄時(shí)，即可觀察接收器的相關(guān)特性，如速度與精確度衰減(Dilution)情形，因此方法2特別適用于驅(qū)動(dòng)程序測(cè)試。

串聯(lián)式(Noise figure)噪聲系數(shù)計(jì)算

若要計(jì)算已記錄GPS信號(hào)的總噪聲量，只要找出整體RF前端的噪聲系數(shù)即可。就一般情況來(lái)說(shuō)，整組系統(tǒng)的噪聲系數(shù)，往往受到系統(tǒng)的第一組放大器所影響。在所有RF組件或系統(tǒng)中，噪聲系數(shù)均可視為SNRin與SNRout(參閱：測(cè)量技術(shù)的噪聲系數(shù))的比例。當(dāng)記錄GPS信號(hào)時(shí)，必須先找出整體RF前端的噪聲系數(shù)。

當(dāng)執(zhí)行串聯(lián)式噪聲系數(shù)計(jì)算時(shí)，必須先行針對(duì)每筆噪聲系數(shù)與增益，將之轉(zhuǎn)換為線性等式;即所謂的“噪聲因子(Noise factor)”。當(dāng)以串聯(lián)的RF組件計(jì)算系統(tǒng)的噪聲系數(shù)時(shí)，即可先找出系統(tǒng)的噪聲因子，并接著轉(zhuǎn)換為噪聲系數(shù)。因此系統(tǒng)的噪聲系數(shù)必須使用下列等式計(jì)算之：

等式2.串聯(lián)式RF放大器的噪聲系數(shù)計(jì)算作業(yè)[3]

請(qǐng)注意，由于噪聲因子(nf)與增益(g)屬于線性關(guān)系而非對(duì)數(shù)(Logarithmic)關(guān)系，因此以小寫(xiě)表示之。下列即為增益與噪聲系數(shù)，從線性轉(zhuǎn)換為對(duì)數(shù)(反之亦然)的等式：

等式3到等式6.增益與噪聲系數(shù)的線性/對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換[3]

內(nèi)建低噪聲放大器(LNA)的主動(dòng)式GPS天線，一般均提供30dB的增益，且其噪聲系數(shù)約為1.5dB.在儀控記錄作業(yè)的第二階段，則由NIPXI-5690提供30dB的附加增益。由于其噪聲系數(shù)較高(5dB)，因此第二組放大器僅將產(chǎn)生極小的噪聲至系統(tǒng)中。在教學(xué)實(shí)作中，可針對(duì)記錄儀控作業(yè)的完整RF前端，使用等式2計(jì)算其噪聲因子。增益與噪聲系數(shù)值即如下圖所示：

圖11.RF前端的首2組組件噪聲系數(shù)與因子。

根據(jù)上列計(jì)算，即可找出接收器的整體噪聲因子：

等式7.RF記錄系統(tǒng)的串聯(lián)噪聲系數(shù)

若要將噪聲因子轉(zhuǎn)換為噪聲系數(shù)(單位為dB)，則可套用等式3以獲得下列結(jié)果：

等式8.第一組LNA的噪聲系數(shù)將影響接收器的噪聲系數(shù)

如等式8所示，第一組LNA(1.5dB)的噪聲系數(shù)，將影響整組測(cè)量系統(tǒng)的噪聲系數(shù)。透過(guò)VSA的相關(guān)設(shè)定，可讓儀器的噪聲水平(Noise floor)低于輸入激發(fā)的噪聲水平，因此用戶所進(jìn)行的記錄作業(yè)，將僅對(duì)無(wú)線信號(hào)造成1.507dB的噪聲。

對(duì)GPS接收器發(fā)出信號(hào)

由于多款接收器可使用合適的軟件，讓用戶呈現(xiàn)如經(jīng)度與緯度的信息，因此需要更標(biāo)準(zhǔn)化的方式進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量作業(yè)。還好，目前有多款接收器均可透過(guò)眾所周知的NMEA-183協(xié)議，以設(shè)定對(duì)PXI控制器發(fā)出信號(hào)。如此一來(lái)，接收器將可透過(guò)序列或USB連接線，連續(xù)傳送相關(guān)指令。在NILabVIEW中，所有的指令均可轉(zhuǎn)換語(yǔ)法，以回傳衛(wèi)星與定位信息。NMEA-183協(xié)議可支持6種基本指令，并各自代表專屬的信息。這些指令即如下表所示

圖12.基本NMEA-183指令概述

以實(shí)際測(cè)試需要而言，GGA、GSA，與GSV指令應(yīng)最為實(shí)用。更值得一提的是，GSA指令的信息可用于了解接收器是否可達(dá)到定位作業(yè)需要，或可用于首次定位時(shí)間(Time To First Fix，TTFF)測(cè)量。當(dāng)執(zhí)行高敏感性的測(cè)量時(shí)，實(shí)際可針對(duì)所追蹤的衛(wèi)星，使用GSV指令回傳C/N(Carrier-to-noise)比。

雖然無(wú)法于此詳細(xì)說(shuō)明MNEA-183協(xié)議，但可至其他網(wǎng)站尋找所有的指令信息，如：http://www.gpsinformation.org/dale/nmea.htm#RMC.在LabVIEW中，這些指令可透過(guò)NI-VISA驅(qū)動(dòng)程序轉(zhuǎn)換其語(yǔ)法。

圖13.使用NMEA-183協(xié)議的LabVIEW范例

GPS測(cè)量技術(shù)

目前有多種測(cè)量作業(yè)可為GPS接收器的效能進(jìn)行特性描述(Characterization)，其中亦有數(shù)種常見(jiàn)測(cè)量可套用至所有的GPS接收器中。此章節(jié)將說(shuō)明執(zhí)行測(cè)量的理論與實(shí)作，如：靈敏度、首次定位時(shí)間(TTFF)、定位精確度/可重復(fù)性，與定位追蹤不定性(Uncertainty)。應(yīng)注意的是，還有許多不同的方式可檢驗(yàn)定位精確度，并執(zhí)行接收器追蹤功能的測(cè)試。雖然接著將說(shuō)明多種基本方式，但仍無(wú)法概括所有。

靈敏度(Sensitivity)測(cè)量作業(yè)介紹

靈敏度為GPS接收器功能的最重要測(cè)量作業(yè)之一。事實(shí)上，對(duì)多款已量產(chǎn)的GPS接收器來(lái)說(shuō)，僅限為最后生產(chǎn)測(cè)試所執(zhí)行的RF測(cè)量而已。若深入來(lái)說(shuō)，靈敏度測(cè)量即為“接收器可追蹤并接收上方衛(wèi)星定位信息的最低衛(wèi)星功率強(qiáng)度”。一般人均認(rèn)為，GPS接收器必須串聯(lián)多組LNA以達(dá)極高的增益，才能將信號(hào)放大到合適的功率強(qiáng)度。事實(shí)上，雖然LNA可提升信號(hào)功率，亦可能降低SNR.因此，當(dāng)GPS信號(hào)的RF功率強(qiáng)度降低時(shí)，SNR也將跟著降低，最后讓接收器無(wú)法追蹤衛(wèi)星。