GPS 接收器测试

多组卫星的GPS接收器量测

敏感度量测需要单一卫星激发，而有多项接收器量测需要可仿真多组卫星的单一测试激发。更进一步来说，如首次定位时间 (TTFF)、定位精确度，与精确度降低 (Dilution of precision) 的量测作业，均需要接收器进行定位。由于接收器需要至少 4 组卫星进行 3D 定位作业，因此这些量测将较敏感度量测来得耗时。也因此，多项定位量测作业均于检验与校准作业中进行，而非生产测试时才执行。

此章节将说明可为接收器提供多组卫星讯号的方法。在讨论GPS仿真作业时，亦将让使用者了解 TTFF 与定位精确度量测的执行方法。若是讨论 RF 记录与播放作业，将一并说明应如何在多项环境条件下，校准接收器的效能。

量测首次定位时间 (TTFF) 与定位精确度

首次定位时间 (TTFF) 与定位精确度量测，为设计GPS接收器的首要检验作业。若您已将多种消费性的 GPS 应用了然于胸，即应知道接收器回传其实际位置所需的时间，将大幅影响接收器的用途。此外，接收器回报其位置的精确度亦甚为重要。

为了让接收器可进行定位，则应透过导航讯息 (Navigation message) 下载星历与年历信息。由于接收器下载完整 GPS 框架必须耗费 30 秒，因此「冷启动 (Cold start)」的 TTFF 状态则需要 30 ~ 60 秒。事实上，多款接收器可指定数种 TTFF 状态。最常见的为：

冷启动 (Cold Start)：接收器必须下载年历与星历信息，才能进行定位。由于必须从各组卫星下载至少 1 组 GPS 框架 (Frame)，因此大多数的接收器在冷启动状态下，将于 30 ~ 60 秒时进行定位。

热启动 (Warm Start)：接收器的年历信息尚未超过 1 个星期，且不需要其他星历信息。一般来说，此接收器可于 20 秒内得知目前时间，并可进行 100 公里内的定位 [2]。大多数热启动状态的 GPS 接收器，可于 60 秒内进行定位，有时甚至仅需更短的时间。

热开机 (Hot Start)：接收器具备最新的年历与星历信息时，即为热开机状态。接收器仅需取得各组卫星的时序信息，即可开始回传定位位置。大多数热开机状态的 GPS 接收器，仅需 0.5 ~ 20 秒即可开始定位作业。

在大部分的情况下，TTFF 与定位精确度均与特定功率强度相关。值得注意的是，若能于多种情况下检验此 2 种规格的精确度，其实极具有其信息价值。因为 GPS 卫星每 12 个小时即绕行地球 1 圈，所以可用范围内的卫星讯号随时都在变化，也让接收器可在不同的状态下回传正确结果。

下列章节将说明应如何使用 2 笔数据源，以执行 TTFF 与定位精确度的量测，包含：

1) 接收器在其布署环境中，透过天线所获得的实时数据

2) 透过空中传递所记录的 RF 讯号，并将之用以测试接收器所记录的数据

3) 当记录实时数据后，RF 产生器用于模拟星期时间 (Time-of-week，TOW) 所得的仿真数据用此 3 笔不同的数据源测试接收器，可让各个数据源的量测作业均具备可重复特性，且均相互具备相关性。

量测设定

若要获得最佳结果，则所选择的记录位置，应让卫星不致受到周遭建筑物的阻碍。我们选择 6 层楼停车场的顶楼进行测试，以无建物覆盖的屋顶尽可能接触多组卫星讯号。透过 GPS 芯片组的多个开机模式，均可执行 TTFF 量测作业。以 SIRFstarIII 芯片组为例，即可重设接收器的出厂、冷启动、热启动，与热开机模式。下方所示即为接收器执行相关测试的结果。

若要量测水平定位的精确度，则必须根据经、纬度信息进而了解相关错误。由于这些指数均以「度」表示，因此可透过下列等式转换之：

等式 16. 计算 GPS 的定位错误

请注意该等式中的 111,325 公尺 (111.325 公里)，即等于地球圆周的 1 度 (共 360 度)。此指数是根据地球圆周 360 x 111.325 km = 40.077 km 而来。

Off-the-Air GPS

请注意该等式中的 111,325 公尺 (111.325 公里)，即等于地球圆周的 1 度 (共 360 度)。此指数是根据地球圆周 360 x 111.325 km = 40.077 km 而来。

表9.「Off-the-air」GPS 讯号的 TTFF 与最大 C/N 比值

根据初始的 「Off-the-air」结果，则可发现 GPS 接收器在标准的 3 秒误差内，可达到 33.2 秒的 TTFF。这些量测结果均位于 TTFF 规格的容错范围内。而更重要的，即是可透过仿真与记录的 GPS 数据，进而比较量测结果与实际结果。

根据上列线性误差等式，即可计算各次量测的线性标准误差

表10. 由「Off-the-air」GPS 讯号所得的 LLA

请注意，若要将「Off-the-air」GPS 讯号、仿真讯号，与播放讯号进行相关，则必须先进行「Off-the-air」讯号功率的相关性。当进行 TTFF 与定位精确度量测时，RF 功率强度基本上不太会影响到结果。因此，必须比对「Off-the-air」、仿真，与记录 GPS 讯号的 C/N 比值，即可进行 RF 功率的相关性作业。

已记录的 GPS 讯号

虽然可透过实时讯号量测 TTFF 与定位误差，但是这些量测作业往往不可重复;如同卫星均持续环绕地球运行，而非固定不动。进行可重复 TTFF 与定位精确度的量测方式之一，即是使用已记录的 GPS 讯号。此章节将接着说明应如何透过已记录的 GPS 讯号，以进行实时 GPS 讯号的相关作业。

已记录的 GPS 讯号，可透过 RF 向量讯号产生器再次产生。由于必须播放讯号，则校准 RF 功率强度最简单的方法，即是比对实时与记录的 C/N 值。当获得「Off-the-air」讯号时，则可发现所有实时讯号的 C/N 峰值均约为 47 ~ 49 dB-Hz 之间。