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圖1.GPS產(chǎn)生系統的程序圖

如圖1所示，當測試GPS接收器時(shí)，往往采用最高60dB的外接RF衰減(留白，Padding)。固定式衰減器至少可提供測量系統2項優(yōu)點(diǎn)。首先，固定式衰減器可確保測試激發(fā)的噪聲層低于-174dBm/Hz的熱噪聲層(Thermal noise floor)。其次，由于可透過(guò)高精確度RF功率計(Power meter)校準信號準位，因此固定式衰減器亦可提升功率精確度。雖然僅需20dB的衰減即可符合噪聲層的要求，但若使用60~70dB的衰減，則可達到更高的功率精確度與噪聲層效能。稍后將接著(zhù)討論RF功率校準，而圖2搶先說(shuō)明衰減對噪聲層效能所造成的影響。

圖2.不同衰減所需的儀器功率比較

如圖2所示，衰減可用于減弱噪聲，而不僅限于-174dBm/Hz的熱噪聲層。

RF矢量信號發(fā)生器

當選擇RF矢量信號發(fā)生器時(shí)，NI abVIEW GPS工具組可同時(shí)支持NI PXI-5671與NI PXIe-5672RF矢量信號發(fā)生器。雖然此2款適配卡可產(chǎn)生GPS信號，但由于PCI Express總線(xiàn)速度較快，并可立刻進(jìn)行IF等化(Equalization)，因此NI PXIe-5672矢量信號發(fā)生器較受到青睞。此2款適配卡均具有6MB/s總數據傳輸率與1.5MS/s(IQ)取樣率，可從磁盤(pán)串流GPS波形。

雖然PXI控制器硬盤(pán)可輕松維持此數據傳輸率，NI仍建議使用外接磁盤(pán)進(jìn)行額外的儲存容量。下圖為包含NI PXIe-5672的常見(jiàn)PXI系統：

圖3.包含NIPXIe5672VSG與NIPXI-5661VSA的PXI系統

GPS工具組可于完整導航信號期間，建立最長(cháng)12.5分鐘(25個(gè)框架)的波形。依6MB/s的取樣率，則最大檔案約為7.5GB.由于上述的波形檔案尺寸，所有的波形均可儲存于多款硬盤(pán)選項之一。這些波形儲存資源選項包含：

o PXI控制器的硬盤(pán)(推薦使用120GB硬盤(pán)升級)

o如HDD8263與HDD8264的外接RAID裝置

o外接USB2.0硬盤(pán)(已透過(guò)Western Digital Passport硬盤(pán)進(jìn)行測試)

上述各種硬盤(pán)設定，均可支持超過(guò)20MB/s的連續數據串流作業(yè)。因此，任何儲存選項均可仿真GPS信號，并進(jìn)行記錄與播放。在稍后的段落中，將說(shuō)明仿真與記錄GPS波形的整合作業(yè)，并進(jìn)行GPS接收器效能的特性參數描述(Characterization)作業(yè)。

建立仿真的GPS信號

由于GPS接收器是透過(guò)天線(xiàn)傳輸數據，并取得衛星星歷與星歷信息;當然，仿真的GPS信號亦需要該項信息。衛星星歷與星歷信息，均透過(guò)文本文件表示，可提供衛星位置、衛星高度、機器狀態(tài)，與繞行軌道的相關(guān)信息。此外，在建立波形的過(guò)程中M，亦必須選擇客制參數，如星期時(shí)間(TOW)、位置(經(jīng)度、緯度、高度)，與仿真的接收器速率。以此信息為基礎，工具組將自動(dòng)選擇最多12組人造衛星、計算所有的都卜勒位移(Doppler shift)與虛擬距離(Pseudorange)信息，并接著(zhù)產(chǎn)生所需的基帶波形。為了可盡快入門(mén)，工具組安裝程序亦包含范例的衛星星歷與星歷檔案。此外，更可由下列網(wǎng)站直接下載：

。Almanac information (The Navigation Center of Excellence) http://navcen.uscg.gov/gps/almanacs.htm

。Ephemeris information (NASA Goddard Space Flight Center) http://cddis.gsfc.nasa.gov/gnss_datasum.html#brdc

透過(guò)客制的衛星星歷與星歷檔案，即可建立特定日期與時(shí)間的GPS信號，甚至可回溯數年以前。請注意，當選擇這些檔案時(shí)，必須選擇與日期相對應的檔案。一般來(lái)說(shuō)，衛星星歷與星歷信息為每日更新，因此當選擇特定時(shí)間與日期時(shí)，亦應選擇同1天的檔案。下載的星歷檔案往往為壓縮的“*.Z”格式。因此，在搭配使用GPS工具組之前，檔案必須先行解壓縮。

只要使用工具組中的“自動(dòng)模式(Automatic mode)”，即可囊括大多數的GPS模塊作業(yè)，并可透過(guò)程序設計的方式，計算都卜勒與隨機距離信息;當然，此功能亦提供手動(dòng)模式。在手動(dòng)模式(Manual mode)中，使用者可個(gè)別指定每組人造衛星的信息。圖4即顯示此2種作業(yè)模式所提供的輸入參數。

1LLA(longitude，latitude，altitude)

圖4.GPS工具組自動(dòng)與手動(dòng)模式的默認值

請注意，工具組將根據所指定的星歷檔案，于可能的數值范圍中強制設定GPS的TOW.因此，若選擇的數值超出該星歷檔案的范圍，工具組將自動(dòng)設定為最接近的數值并提醒使用者。“niGPS Write Waveform To File”范例程序即可建立GPS基帶波形(自動(dòng)模式)，而其人機接口即如下圖所示。

圖5.簡(jiǎn)單的范例程序即可建立GPS測試波形。

請注意，某些特定測量作業(yè)，將決定用戶(hù)所建立GPS測試的文件類(lèi)型。舉例來(lái)說(shuō)，當測量接收器靈敏度時(shí)，將仿真單一人造衛星。另一方面來(lái)說(shuō)，需要定位作業(yè)的測量(如TTFF與位置精確度)，所使用的GPS信號將仿真多組人造衛星?；谏鲜鲂枨?，NIGPS工具組所搭配的范例程序，將同時(shí)包含單位星與多重衛星仿真功能。

記錄空氣中的GPS信號

建立GPS波形時(shí)，其獨特又日趨普遍的方式，即是直接從空氣中擷取之。在此測試中，我們使用矢量信號分析器(如NI PXI 5661)記錄信號，再透過(guò)矢量信號發(fā)生器(如NI PXIe-5672)產(chǎn)生已記錄的信號。由于在記錄GPS信號時(shí)，亦可擷取實(shí)際的信號減損(Impairments)，因此在播放信號時(shí)，可進(jìn)一步了解接收器于布署環(huán)境中的作業(yè)情形。

只要透過(guò)極為直接的方式，即可擷取空氣中的GPS信號。在RF記錄系統中，我們將適合的天線(xiàn)與放大器，搭配使用PXI矢量信號分析器與硬盤(pán)，以擷取最多可達數個(gè)小時(shí)的連續數據。舉例來(lái)說(shuō)，1組2TB的RAID磁盤(pán)陣列，即可記錄最多25個(gè)小時(shí)的GPS波形。由于此篇技術(shù)文件將不會(huì )討論串流的特殊技術(shù)，因此若需要相關(guān)范例程序代碼，請至：http://www.ni.com/streaming/rf.透過(guò)下列段落，即可了解應如何針對RF記錄與播放系統，設定合適的RF前端。