車(chē)載GPS接收器測試工具指南

中國現在擁有私車(chē)的人是越來(lái)越多，車(chē)主和他們的家庭活動(dòng)范圍因此也得到了很大的延伸。當他們周末出門(mén)渡假時(shí)車(chē)載GPS導航將是很有用的一個(gè)工具，而車(chē)載GPS導航系統測試也已經(jīng)成為業(yè)界工程師們的熱點(diǎn)話(huà)題。

車(chē)載GPS導航系統基本上分成二種，一種是簡(jiǎn)單的帶天線(xiàn)的GPS接收器加上映射軟件和數字地圖，這種系統可以從電子用品商店買(mǎi)到。另外一種就象CD播放器那樣嵌入在車(chē)內，是利用功能更強、具有多種傳感器輸入的GPS接收器形成的GPS/慣性導航系統。其中陀螺傳感器、里程表、車(chē)輪斷續器等傳感器可以改善在車(chē)輛通過(guò)遂道或經(jīng)過(guò)高聳建筑物等GPS信號發(fā)生中斷情況時(shí)的導航精度。

完成第一種導航系統的測試只需要少量的工作。每個(gè)GPS接收器都經(jīng)過(guò)出廠(chǎng)測試，因此當這些GPS接收器進(jìn)入商店出售時(shí)沒(méi)有必要再次測試它的GPS性能。唯一需要測試的是實(shí)際的經(jīng)緯度位置數據能否通過(guò)映射軟件正確映射到數字地圖上。

圖1描述了仿真器與汽車(chē)包功能的協(xié)作機制。

一般有二種測試方法。一種是對車(chē)載導航系統進(jìn)行上路測試，將被測導航系統置于車(chē)內，邊開(kāi)車(chē)邊觀(guān)察是否在大多數時(shí)間內可以將GPS數據正確映射進(jìn)數字地圖中。該類(lèi)型的車(chē)內導航系統比較適合路上大部分時(shí)間GPS接收狀態(tài)良好的地區使用，比如美國或歐洲的大多數國家，但不太適合象上海和香港這樣的城市，因為有許多高聳建筑物會(huì )阻擋GPS信號。另外一種測試方法是使用GPS星座仿真器。這種方法可以為工程師節省大量時(shí)間和精力，他們完全可以在室內輕松完成測試任務(wù)。

對于第二種車(chē)載GPS/慣性集成式導航系統，工程師所面臨的測試挑戰主要表現為：

地理障礙

不同傳感器的正確選擇

不同GPS接收環(huán)境

GPS數據和慣性傳感器之間的數據同步

測試時(shí)的車(chē)輛控制

人力資源

時(shí)間約束

系統性能分析

城市內的高聳建筑物會(huì )阻擋GPS信號，而慣性傳感器則可以改善此種情況下的導航精度。人工進(jìn)行這種集成式導航系統的測試所需要的路試工作量非常巨大。甚至有些時(shí)候由于地理障礙而使測試無(wú)法進(jìn)行。另外，工程師們也不可能為了測試而走遍整個(gè)中國，這樣做肯定是不現實(shí)的。

眾所周知，對于集成式導航系統來(lái)說(shuō)選擇正確的陀螺傳感器非常重要。陀螺傳感器的價(jià)格越高質(zhì)量就越好，但在實(shí)際應用中希望能以合理的價(jià)格獲得可接受的性能。帶傳感器仿真功能的GPS星座仿真器是測試工程師為系統找到正確陀螺儀類(lèi)型或模型的理想工具。

不同GPS接收狀態(tài)是測試工程師所面臨的另一項挑戰。在大多數時(shí)間內GPS接收器可以獲得良好穩定的信號。但是，當出現GPS信號不穩定、信號中數據丟失或信號微弱等實(shí)際情況時(shí)導航系統會(huì )做何反應呢？人們在路上做現場(chǎng)人工測試時(shí)這些情況并不是總能發(fā)生的，因此需要對這種情況進(jìn)行模擬仿真。導航實(shí)驗室公司(NavLabs)的LabPro GPS仿真器正是克服這一挑戰的理想工具。

NavLabs是提供LabPro GPS仿真器的一家公司，它已經(jīng)為不同國家的許多客戶(hù)提供過(guò)解決方案，比如蜂窩制造商、NASA、GPS接收器制造商、軍隊等。Frank Bletzacker博士是LabPro GPS仿真器的策劃設計師，他以前曾在噴氣推進(jìn)實(shí)驗室任職。仿真器使用的許多新算法都是Bletzacker博士發(fā)明的，這些算法精度非常高，偽距誤差可以控制在市場(chǎng)上其它任何產(chǎn)品均無(wú)法達到的+/-1cm范圍內。

與GPS星座信號產(chǎn)生不同，LabPro具有不同的傳感器功能。LabPro的汽車(chē)包功能可以幫助汽車(chē)制造商高效地測試他們的集成式車(chē)內/慣性導航系統，從而加速對GPS接收器和慣性傳感器之間數據同步問(wèn)題的處理，或者至少為工程師整合系統提供可控制性更強的環(huán)境。有多種傳感器用于實(shí)際情形的仿真，如陀螺傳感器、速度傳感器和加速傳感器。測試工程師利用這些傳感器可以在室內完成高精度的測試評估工作。

圖2：汽車(chē)速度傳感器模型。

如圖1所示，汽車(chē)包具有以下一些特點(diǎn)：

正比于汽車(chē)轉向度(rate-of-turn)的5V模擬輸出；

正比于汽車(chē)速度的CMOS電平脈沖速率輸出；

串行數據消息：通過(guò)PC COM通信口以串行格式提供車(chē)輪速度、轉向度和其它導航數據；

模擬加速計輸出：提供2個(gè)通道的0-5V加速計輸出；

提供用戶(hù)可編程車(chē)輪分離模型，支持用于推斷轉向度的差分車(chē)輪斷續 。

車(chē)輪速度傳感器可以支持不同的數據格式，如適合Rockwell(Conexant)公司Zodiac 12通道Dead reckoning接收器使用的Zodiac 1370串行車(chē)輪速度格式以及各種SirfDrive格式。通過(guò)傳感器控制可以仿真各種事件，如滑動(dòng)、滑行、側移和跳躍。在現實(shí)世界中，測試工程師不是特技演員，要開(kāi)車(chē)做到這些仿真情形是很難的，而且相當危險。相應的控制面板如圖2所示。

LabPro是一個(gè)全集成的GPS星座仿真器，不僅適合汽車(chē)導航系統的測試使用，也適合其它一些應用場(chǎng)合，如GPS接收器研究和開(kāi)發(fā)、航空電子設備測試床及某些宇宙飛行器的研究。LabMate是LabPro的簡(jiǎn)化版本，特別適用于GPS接收器的量產(chǎn)測試以及對車(chē)輛陸地操縱的研究。由于產(chǎn)品的全數字化設計，LabMate可以輕松升級到LabPro。即使是將來(lái)GPS系統具備了新的功能，所有的NavLabs產(chǎn)品也可以得到相應的平滑升級。GPS導航數據記錄器是NavLabs公司的最新產(chǎn)品，是汽車(chē)制造商測試GPS/慣性集成式導航系統的又一款理想工具。