如何確保GPS測(cè)試完整性并節(jié)省測(cè)試時(shí)間與成本

定位以及相關(guān)服務(wù)已經(jīng)迅速在手持設(shè)備中找到了相當(dāng)豐富的應(yīng)用方式和前景，用戶也越來(lái)越多地依賴定位服務(wù)。如何精確找到你的位置，其技術(shù)核心與全球定位系統(tǒng)(GPS)息息相關(guān)。GPS技術(shù)耗資數(shù)十億美元，由至少24顆按照特定軌道運(yùn)行的衛(wèi)星組成，地球上的任意位置，都可以由至少4顆衛(wèi)星覆蓋。

每顆衛(wèi)星都在完全相同的時(shí)間向地球發(fā)送信號(hào)。GPS接收器捕獲4組來(lái)自衛(wèi)星的信號(hào)，基于4組信號(hào)到達(dá)時(shí)間的不同，GPS接收器能夠獲得精確的經(jīng)度、緯度和海拔高度。當(dāng)將這些信息同地圖數(shù)據(jù)庫(kù)相結(jié)合，你就能得到精確的位置信息。作為導(dǎo)航程序功能，當(dāng)你指定導(dǎo)航起點(diǎn)和終點(diǎn)位置，基于GPS功能的設(shè)備就可以提供路線指導(dǎo)，包括具體的路線名稱，如何轉(zhuǎn)彎以及預(yù)估到達(dá)的時(shí)間。

根據(jù)GPS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理，多數(shù)高成本部件被放置在衛(wèi)星和地面站，因此個(gè)人終端的GPS接收器和相關(guān)功能能以非常適中的低成本設(shè)計(jì)生產(chǎn)和銷售。盡管如此，用戶依舊要求相當(dāng)準(zhǔn)確的位置信息，這意味著GPS接收器必須經(jīng)過(guò)測(cè)試才能確定是否符合GPS指標(biāo)。

售價(jià)在100~200美元之間的GPS設(shè)備，其制造成本還遠(yuǎn)低于售價(jià)。對(duì)這類設(shè)備，一方面必須采用優(yōu)質(zhì)的測(cè)試才能確定這些設(shè)備的位置準(zhǔn)確度質(zhì)量，而另一方面還要求快速的測(cè)試速度和較低的測(cè)試成本以確保經(jīng)濟(jì)效益。

使用GPS系統(tǒng)自我檢測(cè)

將GPS接收器放在GPS系統(tǒng)中并查看它能否產(chǎn)生準(zhǔn)確的位置信息，不失為一種驗(yàn)證GPS接收器工作情況的方法。但是，氣候條件的影響，可能會(huì)使接收到的信號(hào)電平遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)GPS指標(biāo)規(guī)定的最低電平。當(dāng)然，可以衰減信號(hào)使信號(hào)電平剛剛高于或低于該最低電平指標(biāo)，但由于實(shí)際的GPS系統(tǒng)中的電平可能隨著難以預(yù)料的時(shí)間增量而變化(由天氣、云層、濕度等引起)，測(cè)試需求就會(huì)演變?yōu)檫B續(xù)不斷地監(jiān)測(cè)并調(diào)整設(shè)置(也就需要不斷的監(jiān)測(cè)和調(diào)整設(shè)置)，最終完成各種極限值的測(cè)試。此外，隨著一天中時(shí)間的推移，可能接收到來(lái)自不同的衛(wèi)星的信號(hào)，這種情況也會(huì)影響測(cè)試條件。

另一個(gè)方案是采用工廠測(cè)試方案，即通過(guò)外部天線捕捉信號(hào)，內(nèi)部放大器/衰減器調(diào)整信號(hào)，通過(guò)嘗試創(chuàng)建可重復(fù)的測(cè)試環(huán)境以精確驗(yàn)證GPS接收器的靈敏度等。即便如此，也需要進(jìn)行連續(xù)不斷的監(jiān)測(cè)和調(diào)整。

仿真GPS環(huán)境

無(wú)論GPS接收器是作為獨(dú)立設(shè)備還是多功能設(shè)備中的子系統(tǒng)，為確保GPS接收器按照指標(biāo)工作，可以仿真衛(wèi)星信號(hào)來(lái)進(jìn)行測(cè)試。仿真衛(wèi)星輸出的信號(hào)是被精密控制的，頻率是1575.42MHz(L1)并采用BPSK調(diào)制，這些設(shè)置都跟實(shí)際的衛(wèi)星完全一樣。最小靈敏度測(cè)試指標(biāo)采用-130dBm/Hz。該系統(tǒng)可能需要非常準(zhǔn)確地變化在功率電平范圍內(nèi)，高出或者低于功率電平指標(biāo)一定值，因此使用測(cè)試系統(tǒng)仿真單顆衛(wèi)星的發(fā)送信號(hào)，就能輕松地測(cè)量設(shè)備的信噪比(靈敏度)以確保它符合GPS的靈敏度指標(biāo)。

GPS衛(wèi)星不是對(duì)地同步的，它們不斷地相對(duì)地球移動(dòng)。移動(dòng)目標(biāo)發(fā)射的某些類型能量波(例如光波、無(wú)線電波或聲波)將顯示出多普勒頻移。也就是說(shuō)，如果它朝著遠(yuǎn)離接收器的方向移動(dòng)，其頻率將顯得低于L1；而如果它朝著接收器方向移動(dòng)，其頻率將顯得比L1高。GPS接收器的設(shè)計(jì)會(huì)考慮如何處理GPS衛(wèi)星的多普勒頻移，因此仿真測(cè)試儀也必須用一種方法對(duì)其輸出施加多普勒頻移以確定接收器工作正常。

此外，定位測(cè)試需要仿真至少4顆GPS衛(wèi)星發(fā)送的信號(hào)，單通道測(cè)試系統(tǒng)一次僅能仿真一顆衛(wèi)星。因此，為了準(zhǔn)確測(cè)試定位特性，需要多通道的GPS測(cè)試系統(tǒng)。

集成所有GPS設(shè)備測(cè)試功能

具有多普勒頻移特性的頻率偏移、功率電平精確可調(diào)的多衛(wèi)星信號(hào)仿真方案，已經(jīng)成了GPS系統(tǒng)測(cè)試方案的迫切需求。LitePoint公司意識(shí)到了這類需求，使用基于軟件無(wú)線電(SDR)技術(shù)，創(chuàng)建了僅使用一個(gè)VSG信號(hào)源的測(cè)試儀，該測(cè)試儀以較低的成本提供了6通道同步衛(wèi)星信號(hào)仿真。

這樣的測(cè)試儀(我們將之命名為IQnav)能執(zhí)行靈敏度測(cè)試和定位測(cè)試。更值得稱贊的是，通過(guò)創(chuàng)新地使用6通道，這款測(cè)試儀可以在一次掃描過(guò)程中測(cè)試6種不同功率電平而無(wú)需逐次測(cè)試。

不僅如此，該系統(tǒng)通過(guò)更輕松地確定設(shè)置線路損耗值，解決了系統(tǒng)測(cè)試的準(zhǔn)確度問(wèn)題。通常情況下，當(dāng)信號(hào)低至-130dBm時(shí)，要準(zhǔn)確測(cè)試和計(jì)算出夾具和電纜的損耗是極其困難的，功率計(jì)通常也不能測(cè)量如此低電平的信號(hào)。而傳統(tǒng)方案只能提供調(diào)制信號(hào)，而調(diào)制信號(hào)又很難用功率計(jì)進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量。

相比而言，IQnav提供-60dBm的連續(xù)波(CW)信號(hào)，該連續(xù)波信號(hào)允許標(biāo)準(zhǔn)功率計(jì)測(cè)量被測(cè)器件(DUT)上的輸出功率，這樣就能計(jì)算出(電纜和夾具等)系統(tǒng)損耗，例如將測(cè)量到的DUT上的輸出功率減去-60dBm。在-60dBm的衰減系數(shù)將實(shí)質(zhì)上等于在-130dBm的衰減系數(shù)。因此，你可以輕松地校準(zhǔn)設(shè)置，補(bǔ)償連接器和電纜的損耗并確保測(cè)量的準(zhǔn)確度。

操作簡(jiǎn)單易用

GPS測(cè)試的本質(zhì)即是確保GPS接收器在特定的指標(biāo)范圍內(nèi)進(jìn)行工作。GPS產(chǎn)品的用戶滿意度取決于GPS接收器能否滿足信號(hào)靈敏度規(guī)定范圍，提供準(zhǔn)確的結(jié)果。(為了使用戶滿意，GPS接收器要能在規(guī)定的信號(hào)靈敏度范圍內(nèi)，提供精確的結(jié)果)

為實(shí)現(xiàn)較短的測(cè)試時(shí)間和較低的測(cè)試成本，還將面臨多方面的挑戰(zhàn)。測(cè)試系統(tǒng)本身必須能快速部署，必須準(zhǔn)確、快速地實(shí)現(xiàn)靈敏度和定位的測(cè)試，同時(shí)測(cè)試儀的操作還必須簡(jiǎn)單易用。

通過(guò)創(chuàng)新的設(shè)計(jì)，LitePoint公司提供6通道測(cè)試系統(tǒng)的IQnav，而且其售價(jià)約為單通道測(cè)試裝置的價(jià)格。它只有一個(gè)RF端口，可以直接連接到設(shè)備(傳導(dǎo)測(cè)試)，或連接到天線(輻射測(cè)試)。這款測(cè)試儀的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)指標(biāo)的要求。即使是未經(jīng)培訓(xùn)的用戶，也將發(fā)現(xiàn)其圖形用戶界面非常直觀易用。

作者簡(jiǎn)介：

JohnLukez是LitePoint公司的產(chǎn)品管理總監(jiān)。他是射頻和無(wú)線測(cè)量專家，精通多種通信標(biāo)準(zhǔn)。John的工作經(jīng)歷包括研究與開(kāi)發(fā)測(cè)量和特性分析、半導(dǎo)體生產(chǎn)線測(cè)試以及系統(tǒng)級(jí)特性分析。John畢業(yè)于美國(guó)俄亥俄州立大學(xué)，獲電子和計(jì)算機(jī)工程學(xué)位。

RobBrownstein是LitePoint公司的市場(chǎng)通信副總裁。他擁有30多年的電子行業(yè)工作經(jīng)驗(yàn)。Rob畢業(yè)于美國(guó)紐約市立大學(xué)皇后學(xué)院，獲物理學(xué)學(xué)士學(xué)位，此后在圣地亞哥州立大學(xué)的電子工程領(lǐng)域做過(guò)研究工作。他的專長(zhǎng)是測(cè)試工程。