GPS 接收器测试
一旦我们完成GPS讯号的记录作业,即可透过相同的测试数据重复测试接收器。在下方的说明中,我们追踪接收器的经度、纬度,与速度。透过串行端口与每秒 1 次的 NMEA-183 指令读取速率,从接收器读取所需的数据。在下方量测中,我们所呈现的接收器特性参数,仅有定位与卫星 C/N 值。请注意,在执行这些量测作业的同时,亦可分析其他信息。虽然下列结果中并未量测水平精确度衰减 (Horizontal dilution of precision,HDOP),但此特性参数亦可提供大量的接收器定位精确度信息。
若要获得最佳结果,则应确实同步化接收器与 RF 产生作业的指令接口。下方所示结果中,我们将 COM 埠 (pin 2) 的数据信道做为开始触发器,以针对RF 向量讯号产生器与GPS模块进行同步化。此同步化方式仅需任意波形产生器的 1 个频率循环 (100 MS/s),即可进行向量讯号产生器与GPS接收器的同步化。因此最大的歪曲 (Skew) 应为 10 µS。并请注意,因为我们将取得接收器的经纬度,所以由同步化作业所造成的精确度错误,将为 10µs 乘以 Max Velocity (m/s),或为 0.15 mm。
使用上述的设定,我们即可按时取得接收器的经纬度。结果即如下图所示:
![](http://m.amcfsurvey.com/editerupload/fetch/20130807/153561_10_0.jpg)
![](http://m.amcfsurvey.com/editerupload/fetch/20130807/153561_10_1.jpg)
图12. 每 4 分钟所得到的接收器经纬度
在图12所呈现的数据中,即使用已记录的驱动测试讯号,取得统计、定位,与速度的相关信息。此外我们可观察到,在每次的测试之间,此项信息具有相对的可重复性;即为每个独立轨迹所呈现的差异。事实上,这就是我们最需要的接收器可重复性 (Repeatability)。由于可重复性信息将可预估 GPS 接收器精确度的变化情形,因此我们亦可计算波形各个样本之间的标准误差。在图 29 中,我们在各次同步化取样作业之间,绘出标准的定位误差 (相对于平均位置)。
![](http://m.amcfsurvey.com/editerupload/fetch/20130807/153561_10_2.jpg)
图 13. 依时间取得的经度与纬度标准误差
当看到水平标准误差时,可注意到标准误差在 120 秒时快速增加。为了进一步了解此现象,我们亦根据接收器的速度 (m/s) 与 C/N 值的 Proxy,绘出总水平标准误差。而我们预先假设:在没有高功率卫星的条件下,卫星的 C/N 比值仅将影响接收器。因此,我们针对接收器所回传 4 组最高高度的卫星,平均其 C/N 比值而绘出另 1 组 C/N 的 Proxy。结果即如下列图 14所示。
![](http://m.amcfsurvey.com/editerupload/fetch/20130807/153561_10_3.jpg)
图14. 定位精确度与 C/N 值的相关性
如图14所示,在 120 秒时所发生的峰值水平错误 (标准误差中),即与卫星的 C/N 值产生直接关联,而与接收器的速度无关。此次取样的标准误差约为 2 公尺,且已低于其他取样约 10 公尺的误差。同时,我们可发现前 4 名的 C/N 平均值,由将近 45 dB-Hz 骤降至 41 dB-Hz。
上述的测试不仅说明 C/N 比值对定位精确度的影响,亦说明了已记录 GPS 数据所能进行的分析作业种类。在此测试中的 GPS 讯号驱动记录作业,是在中国深圳 (Shenzhen) 北方的惠州市 (Huizhou) 所进行。并接着于德州奥斯汀 (Austin Texas) 测试实际的接收器。
结论
如整篇文件所看到的,目前已有多项技术可测试 GPS 接收器。虽然如敏感度的基本量测,最常用于生产测试中,但是此量测技术亦可用于检验接收器的效能。这些测试技术虽然各有变化,但是均可于单一 PXI 系统中全数完成。事实上,GPS 接收器均可透过仿真或记录的基频 (Baseband) 波形进行测试。透过整合的方式,工程师可执行完整的 GPS 接收器功能测试:从敏感度到追踪其可重复性
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