如何確保GPS測試完整性并節(jié)省測試時間與成本

定位以及相關(guān)服務(wù)已經(jīng)迅速在手持設(shè)備中找到了相當豐富的應用方式和前景，用戶也越來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間向地球發(fā)送信號。GPS接收器捕獲4組來自衛(wèi)星的信號，基于4組信號到達時間的不同，GPS接收器能夠獲得精確的經(jīng)度、緯度和海拔高度。當將這些信息同地圖數(shù)據(jù)庫相結(jié)合，你就能得到精確的位置信息。作為導航程序功能，當你指定導航起點和終點位置，基于GPS功能的設(shè)備就可以提供路線指導，包括具體的路線名稱，如何轉(zhuǎn)彎以及預估到達的時間。

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

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

使用GPS系統(tǒng)自我檢測

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

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

仿真GPS環(huán)境

無論GPS接收器是作為獨立設(shè)備還是多功能設(shè)備中的子系統(tǒng)，為確保GPS接收器按照指標工作，可以仿真衛(wèi)星信號來進行測試。仿真衛(wèi)星輸出的信號是被精密控制的，頻率是1575.42MHz(L1)并采用BPSK調(diào)制，這些設(shè)置都跟實際的衛(wèi)星完全一樣。最小靈敏度測試指標采用-130dBm/Hz。該系統(tǒng)可能需要非常準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一定值，因此使用測試系統(tǒng)仿真單顆衛(wèi)星的發(fā)送信號，就能輕松地測量設(shè)備的信噪比(靈敏度)以確保它符合GPS的靈敏度指標。

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

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

集成所有GPS設(shè)備測試功能

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)星信號仿真方案，已經(jīng)成了GPS系統(tǒng)測試方案的迫切需求。LitePoint公司意識到了這類需求，使用基于軟件無線電(SDR)技術(shù)，創(chuàng)建了僅使用一個VSG信號源的測試儀，該測試儀以較低的成本提供了6通道同步衛(wèi)星信號仿真。

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

不僅如此，該系統(tǒng)通過更輕松地確定設(shè)置線路損耗值，解決了系統(tǒng)測試的準確度問題。通常情況下，當信號低至-130dBm時，要準確測試和計算出夾具和電纜的損耗是極其困難的，功率計通常也不能測量如此低電平的信號。而傳統(tǒng)方案只能提供調(diào)制信號，而調(diào)制信號又很難用功率計進行準確的測量。

相比而言，IQnav提供-60dBm的連續(xù)波(CW)信號，該連續(xù)波信號允許標準功率計測量被測器件(DUT)上的輸出功率，這樣就能計算出(電纜和夾具等)系統(tǒng)損耗，例如將測量到的DUT上的輸出功率減去-60dBm。在-60dBm的衰減系數(shù)將實質(zhì)上等于在-130dBm的衰減系數(shù)。因此，你可以輕松地校準設(shè)置，補償連接器和電纜的損耗并確保測量的準確度。

操作簡單易用

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

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

通過創(chuàng)新的設(shè)計，LitePoint公司提供6通道測試系統(tǒng)的IQnav，而且其售價約為單通道測試裝置的價格。它只有一個RF端口，可以直接連接到設(shè)備(傳導測試)，或連接到天線(輻射測試)。這款測試儀的準確度和穩(wěn)定度遠遠超過指標的要求。即使是未經(jīng)培訓的用戶，也將發(fā)現(xiàn)其圖形用戶界面非常直觀易用。

作者簡介：

JohnLukez是LitePoint公司的產(chǎn)品管理總監(jiān)。他是射頻和無線測量專家，精通多種通信標準。John的工作經(jīng)歷包括研究與開發(fā)測量和特性分析、半導體生產(chǎn)線測試以及系統(tǒng)級特性分析。John畢業(yè)于美國俄亥俄州立大學，獲電子和計算機工程學位。

RobBrownstein是LitePoint公司的市場通信副總裁。他擁有30多年的電子行業(yè)工作經(jīng)驗。Rob畢業(yè)于美國紐約市立大學皇后學院，獲物理學學士學位，此后在圣地亞哥州立大學的電子工程領(lǐng)域做過研究工作。他的專長是測試工程。