使用真實(shí)數(shù)據(jù)來測試GPS接收機(jī)

一旦可記錄設(shè)備的RF前端設(shè)置完，你可以通過一個(gè)L1頻段上的基本RF頻譜測量方法來對系統(tǒng)進(jìn)行簡單的測試。如將RF信號分析儀配置成中心頻率為1.57542 GHz、帶寬為4 MHz。注意天線應(yīng)該放置在有著清晰的空中視野的環(huán)境中。GPS粗捕獲碼信號占用了1MHz帶寬，因此需要更寬的帶寬來顯示該信號的頻譜。此外，因?yàn)榇藭r(shí)的信號功率很小，需要一個(gè)帶有低RF參考值（-50dBm）的窄帶解決方案。通過配置20個(gè)10Hz的窄帶寬，GPS衛(wèi)星可以清晰地顯示在噪聲門限上。圖2顯示了帶有總增益60dB的RF頻譜。

圖2：GPS在一個(gè)窄帶解決方案中的頻譜圖。

圖2顯示出在頻率1.57542 GHz處，有一個(gè)小“凸點(diǎn)”。該凸點(diǎn)是空中GPS信號，這意味著RF前端信號已經(jīng)正確的配置過了?，F(xiàn)在，RF前端配置完，接下來是進(jìn)行連續(xù)的IQ采集。通過連接大型的存儲容量，經(jīng)典的RF可記錄系統(tǒng)可以連續(xù)捕獲GPS波形長達(dá)25小時(shí)。

使用記錄下的GPS信號進(jìn)行實(shí)驗(yàn)

RF記錄和回放方法的最大好處之一是，你可以使用這些現(xiàn)實(shí)的數(shù)據(jù)來測試接收機(jī)。此外，你可以觀察一個(gè)接收機(jī)是如何對同一環(huán)境條件下的重復(fù)反應(yīng)。在下面的實(shí)驗(yàn)中，我們觀察GPS接收機(jī)如何對相同的GPS記錄下的波形進(jìn)兵不同的10次回放反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)中的接收機(jī)的具體型號是SiRFstar III芯片組。所有接收機(jī)的信息通過串聯(lián)RS232接口進(jìn)行上報(bào)主機(jī)，其存儲的格式為NMEA-183。

使用可記錄GPS信號進(jìn)行的一個(gè)實(shí)驗(yàn)是，不斷觀察信號強(qiáng)度和位置間的關(guān)系。為了觀察到這個(gè)關(guān)系，我們計(jì)算了10個(gè)試驗(yàn)中每個(gè)試驗(yàn)的經(jīng)度和緯度的標(biāo)準(zhǔn)方差。如果衛(wèi)星的該數(shù)據(jù)能夠影響位置精度和可重復(fù)性，我們將會看到該方差會隨著衛(wèi)星淡出視野而增大。例如，可以使用4個(gè)最高衛(wèi)星的的平均載干比作為刻畫信號條件的量度。為了訪問NMEA-183數(shù)據(jù)，你還可以跟蹤HDOP以及在視野中的衛(wèi)星個(gè)數(shù)。不過，在圖3中，存在一個(gè)信號強(qiáng)度和位置可重復(fù)性間的強(qiáng)烈相關(guān)性。

圖3：位置精度和載干比間的關(guān)系。

不同試驗(yàn)的峰值偏差發(fā)生在時(shí)間為120秒時(shí)。在這一時(shí)刻標(biāo)準(zhǔn)方差大約為2米，而其他時(shí)間里，該方差要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于1米。標(biāo)準(zhǔn)方差的跳變與四個(gè)最高衛(wèi)星強(qiáng)度45 dB-Hz降到41dB-Hz現(xiàn)象同時(shí)發(fā)生。此外，位置的標(biāo)準(zhǔn)方差直接與衛(wèi)星的載干比相關(guān)，而與移動速度沒有太多聯(lián)系。

以上的試驗(yàn)突出了環(huán)境因素對接收機(jī)性能的影響。非?？赡艿氖?，當(dāng)視野中出現(xiàn)衛(wèi)星的個(gè)數(shù)突然下降時(shí)，接收機(jī)會迅速作出反應(yīng)。無論哪種方式，該試驗(yàn)可以當(dāng)作是一種對GPS記錄波形的例子分析。現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，RF信號是存在硬盤中，你可以在未來的某個(gè)時(shí)候進(jìn)行與上述形似的試驗(yàn)分析。

盡管對接收機(jī)在部署環(huán)境中如城市峽谷進(jìn)行驅(qū)動測試是非常普遍的，RF記錄和回放系統(tǒng)已經(jīng)成為了一種驗(yàn)證RF接收機(jī)的新型解決方案。正如本文所講的，精心選擇記錄設(shè)備的RF前端，可以保證信號被捕獲而沒有引入顯著的損耗與失真。最后，通過記錄GPS波形，你可以進(jìn)行廣泛的試驗(yàn)。因?yàn)檫@些記錄的數(shù)據(jù)可以幫助你產(chǎn)生可重復(fù)的RF信號，因此很容易觀察到接收機(jī)在同樣的RF環(huán)境條件下是如何作出反應(yīng)的。

參考文獻(xiàn)

[1] Gu, Quzheng, 無線通信中的收發(fā)器RF系統(tǒng)設(shè)計(jì), Springer, 2005。