GPS系統(tǒng)設(shè)計(jì)和測(cè)試時(shí)的常見(jiàn)問(wèn)題與解決辦法

　　今天在汽車(chē)和各類(lèi)便攜式設(shè)備中集成GPS功能已變得非常流行，那么工程師在GPS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和測(cè)試時(shí)會(huì)碰到哪些常見(jiàn)問(wèn)題呢？碰到后又該如何解決呢？在本刊網(wǎng)站的GPS設(shè)計(jì)論壇上，SiRF的技術(shù)專(zhuān)家趙斌就工程師提出的各種GPS系統(tǒng)的常見(jiàn)設(shè)計(jì)問(wèn)題暢談了他的解決之道，現(xiàn)予以匯總以快讀者。

　　1. 由于建筑物的遮擋，集成GPS功能的便攜設(shè)備在樓宇中或者密集街道上識(shí)別原本微弱的GPS信號(hào)會(huì)存在一些問(wèn)題，目前有哪些主要的技術(shù)措施來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題？

　　在城市峽谷中，既有強(qiáng)信號(hào)也有弱信號(hào)，弱信號(hào)大部分是多徑信號(hào)。因此高靈敏度的接收機(jī)需要有特殊的算法，能夠處理多徑下的信號(hào)。這樣就可以解決城市中導(dǎo)航的問(wèn)題。

　　2. 當(dāng)在手機(jī)中集成GPS時(shí)，請(qǐng)問(wèn)如果確保手機(jī)和GPS的射頻部分不相互干擾，兩者的天線(xiàn)又該如何設(shè)計(jì)？

　　良好的屏蔽、布線(xiàn)和元器件的選擇是非常重要的。GPS手機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)首先要考慮的是GPS部分的設(shè)計(jì)，因?yàn)樗男盘?hào)在整個(gè)手機(jī)系統(tǒng)里是最弱的。天線(xiàn)部分我們建議使用單獨(dú)的GPS天線(xiàn)，這樣可以保證GPS有比較好的接收效果。

　　3. 我們?cè)谑褂肦F器件進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，16.368MHz的晶體匹配很困難，我們從廠(chǎng)商定制的晶體都難以達(dá)到要求。請(qǐng)問(wèn)專(zhuān)家有什么建議？是不是需要使用溫補(bǔ)型晶體？

　　建議使用溫補(bǔ)晶體。具體的選擇要求，需要根據(jù)廠(chǎng)商的要求來(lái)進(jìn)行。你可以參照廠(chǎng)商的參考設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)文檔選擇合適的產(chǎn)品。Kyocera和Rakon都有很多產(chǎn)品可以選擇。TCXO是GPS產(chǎn)品設(shè)計(jì)的關(guān)鍵所在，高質(zhì)量TCXO和好的設(shè)計(jì)，可以保證GPS在苛刻環(huán)境下的定位能力。

　　4. 手機(jī)空間有限，要再增加支持GPS功能對(duì)射頻電路的布局布線(xiàn)要求很高，對(duì)此有什么技巧和經(jīng)驗(yàn)可以分享？

　　GPS布線(xiàn)的設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵，不同廠(chǎng)商有不同的要求，一定要遵照廠(chǎng)商的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行。這里只談一些要考慮的基本的原則：a. PCB層數(shù)和板材的要求；b. 如果可能的話(huà)所有元件都采用表面封裝形式；c. 連接器應(yīng)防止接到對(duì)噪聲較為敏感的地方，推薦用小型的連接器，并且注意接地和屏蔽；d. 所有射頻線(xiàn)應(yīng)盡量最短并且避免交叉，這一點(diǎn)非常重要；e. 所有電源注意濾波；f. 做好射頻和基帶的屏蔽，屏蔽罩需要焊接到板上；g. TCXO部分要非常好的屏蔽，包括熱屏蔽或者遠(yuǎn)離可能引起較大溫度變化的元器件。這一點(diǎn)也非常重要。

　　5. 在手機(jī)中實(shí)現(xiàn)GPS應(yīng)采用軟件還是硬件方法，它們?cè)诩夹g(shù)和成本方面各有什么優(yōu)劣勢(shì)？哪種實(shí)現(xiàn)方式更有前途？

　　軟件GPS具有較低的成本，但是運(yùn)行時(shí)需要消耗較多的主機(jī)資源，性能上目前和硬件GPS還略有差距。未來(lái)的2~3年內(nèi)，硬件GPS應(yīng)該還是市場(chǎng)主流。我們預(yù)期SiRFsoft之類(lèi)的純軟件GPS將在某些領(lǐng)域流行，在這些領(lǐng)域中位置識(shí)別非常重要，而且主機(jī)也有足夠的吞吐能力及資源。

　　6. 從GPS模組通過(guò)串口以NMEA讀出的經(jīng)緯度坐標(biāo)是總在跳變的，尤其是系統(tǒng)靜止的時(shí)候這種跳變更加劇烈。眾所周知，經(jīng)緯度的微小變化就會(huì)導(dǎo)致幾十米至幾百米的差距，那么軟件方面是否應(yīng)該做一些濾波來(lái)抑制這種跳變呢？有哪些常用的濾波算法呢？

　　這種跳變是需要進(jìn)行抑制的。可以在導(dǎo)航軟件上或者GPS接收器上軟件實(shí)現(xiàn)。一般是根據(jù)跳變的范圍和當(dāng)時(shí)的速度進(jìn)行設(shè)置，如果靜止的情況下，可以鎖定當(dāng)時(shí)的輸出。另外，也可以結(jié)合地圖進(jìn)行一些匹配。

　　7. 現(xiàn)在有沒(méi)有測(cè)試GPS產(chǎn)品的方案，例如怎樣確保國(guó)產(chǎn)的產(chǎn)品在歐洲和美洲可以正常工作？

　　僅僅就GPS接收器的性能而言，如果在國(guó)內(nèi)做過(guò)充分的測(cè)試，無(wú)論在美國(guó)還是歐洲，肯定可以正常工作的。當(dāng)然北歐有些地方GPS的覆蓋不好，也許會(huì)有些差別。另外，可能使用環(huán)境上會(huì)有些差別，比如冬天室外的溫度，這些情況可以通過(guò)其他方式來(lái)模擬。而且通過(guò)實(shí)際的定位測(cè)試，或者購(gòu)買(mǎi)GPS信號(hào)發(fā)生器，都可以完善的測(cè)試GPS。

　　8. 目前市面上有很多GPS模塊、GPS產(chǎn)品，那么該如何測(cè)試、量化比較、評(píng)價(jià)他們的性能呢？

　　量化測(cè)試一般只能靠?jī)x器測(cè)試，需要用專(zhuān)門(mén)的GPS信號(hào)發(fā)生器，通過(guò)輸入不同強(qiáng)度的信號(hào)，來(lái)觀(guān)察靈敏度和首次定位時(shí)間(TTFF)等靜態(tài)指標(biāo)。有些高級(jí)的信號(hào)發(fā)生器，可以模擬不同的場(chǎng)景，這樣就可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)性能的測(cè)試。

　　9. 現(xiàn)在支持A-GPS定位技術(shù)的芯片有哪幾種？

　　SiRF第三代芯片全部支持A-GPS。對(duì)于A-GPS和StandaloneGPS，硬件架構(gòu)完全一樣，只需要軟件升級(jí)即可。

　　10. 在常溫時(shí)測(cè)量冷啟動(dòng)時(shí)間在40秒左右，在高溫80℃時(shí)測(cè)量則為100秒左右，請(qǐng)問(wèn)是哪些原因?qū)е铝?0℃時(shí)冷啟動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)？

　　你可以檢查一下使用的TCXO是否允許工作在80℃。如果TCXO的頻率漂移比較大，定位時(shí)間就會(huì)很長(zhǎng)。另外，你的溫度是如何測(cè)量的？如果外部溫度達(dá)到80℃，TCXO的內(nèi)部溫度應(yīng)該還要更高。

　　11. 目前我們公司準(zhǔn)備在已有設(shè)備中增加GPS功能，但對(duì)GPS OEM模塊的性能、成本并不滿(mǎn)意，請(qǐng)問(wèn)如果從芯片級(jí)開(kāi)發(fā)，需要多少設(shè)備、人員和時(shí)間？

　　這個(gè)問(wèn)題的確很難有一個(gè)準(zhǔn)確的回答。GPS開(kāi)發(fā)需要的設(shè)備除了一般的射頻儀器比如頻譜儀、矢量分析儀、噪聲儀等，還需要專(zhuān)門(mén)的GPS信號(hào)發(fā)生器。如果有經(jīng)驗(yàn)豐富的開(kāi)發(fā)人員，選擇成熟的解決方案，應(yīng)該不是太大的問(wèn)題。