GPS 接收器測試

一旦我們完成 GPS 訊號的記錄作業(yè)，即可透過(guò)相同的測試數據重復測試接收器。在下方的說(shuō)明中，我們追蹤接收器的經(jīng)度、緯度，與速度。透過(guò)串行端口與每秒 1 次的 NMEA-183 指令讀取速率，從接收器讀取所需的數據。在下方量測中，我們所呈現的接收器特性參數，僅有定位與衛星 C/N 值。請注意，在執行這些量測作業(yè)的同時(shí)，亦可分析其他信息。雖然下列結果中并未量測水平精確度衰減 (Horizontal dilution of precision，HDOP)，但此特性參數亦可提供大量的接收器定位精確度信息。

若要獲得最佳結果，則應確實(shí)同步化接收器與 RF 產(chǎn)生作業(yè)的指令接口。下方所示結果中，我們將 COM 埠 (pin 2) 的數據信道做為開(kāi)始觸發(fā)器，以針對RF 向量訊號產(chǎn)生器與 GPS 模塊進(jìn)行同步化。此同步化方式僅需任意波形產(chǎn)生器的 1 個(gè)頻率循環(huán) (100 MS/s)，即可進(jìn)行向量訊號產(chǎn)生器與 GPS 接收器的同步化。因此最大的歪曲 (Skew) 應為 10 µS。并請注意，因為我們將取得接收器的經(jīng)緯度，所以由同步化作業(yè)所造成的精確度錯誤，將為 10µs 乘以 Max Velocity (m/s)，或為 0.15 mm。

使用上述的設定，我們即可按時(shí)取得接收器的經(jīng)緯度。結果即如下圖所示：

圖12. 每 4 分鐘所得到的接收器經(jīng)緯度

在圖12所呈現的數據中，即使用已記錄的驅動(dòng)測試訊號，取得統計、定位，與速度的相關(guān)信息。此外我們可觀(guān)察到，在每次的測試之間，此項信息具有相對的可重復性;即為每個(gè)獨立軌跡所呈現的差異。事實(shí)上，這就是我們最需要的接收器可重復性 (Repeatability)。由于可重復性信息將可預估 GPS 接收器精確度的變化情形，因此我們亦可計算波形各個(gè)樣本之間的標準誤差。在圖 29 中，我們在各次同步化取樣作業(yè)之間，繪出標準的定位誤差 (相對于平均位置)。

圖 13. 依時(shí)間取得的經(jīng)度與緯度標準誤差

當看到水平標準誤差時(shí)，可注意到標準誤差在 120 秒時(shí)快速增加。為了進(jìn)一步了解此現象，我們亦根據接收器的速度 (m/s) 與 C/N 值的 Proxy，繪出總水平標準誤差。而我們預先假設：在沒(méi)有高功率衛星的條件下，衛星的 C/N 比值僅將影響接收器。因此，我們針對接收器所回傳 4 組最高高度的衛星，平均其 C/N 比值而繪出另 1 組 C/N 的 Proxy。結果即如下列圖 14所示。

圖14. 定位精確度與 C/N 值的相關(guān)性

如圖14所示，在 120 秒時(shí)所發(fā)生的峰值水平錯誤 (標準誤差中)，即與衛星的 C/N 值產(chǎn)生直接關(guān)聯(lián)，而與接收器的速度無(wú)關(guān)。此次取樣的標準誤差約為 2 公尺，且已低于其他取樣約 10 公尺的誤差。同時(shí)，我們可發(fā)現前 4 名的 C/N 平均值，由將近 45 dB-Hz 驟降至 41 dB-Hz。

上述的測試不僅說(shuō)明 C/N 比值對定位精確度的影響，亦說(shuō)明了已記錄 GPS 數據所能進(jìn)行的分析作業(yè)種類(lèi)。在此測試中的 GPS 訊號驅動(dòng)記錄作業(yè)，是在中國深圳 (Shenzhen) 北方的惠州市 (Huizhou) 所進(jìn)行。并接著(zhù)于德州奧斯汀 (Austin Texas) 測試實(shí)際的接收器。

結論

如整篇文件所看到的，目前已有多項技術(shù)可測試 GPS 接收器。雖然如敏感度的基本量測，最常用于生產(chǎn)測試中，但是此量測技術(shù)亦可用于檢驗接收器的效能。這些測試技術(shù)雖然各有變化，但是均可于單一 PXI 系統中全數完成。事實(shí)上，GPS 接收器均可透過(guò)仿真或記錄的基頻 (Baseband) 波形進(jìn)行測試。透過(guò)整合的方式，工程師可執行完整的 GPS 接收器功能測試：從敏感度到追蹤其可重復性