深挖智能汽車(chē)設計要素，你知多少？

在圖9中可發(fā)現，PXI-4110可程序化DC電源供應器，即可供應DC偏壓信號。雖然多款現成的電源供應器(其中亦包含價(jià)位較低的電源供應器)均可用于此應用中，我們還是使用PXI-4110以簡(jiǎn)化作業(yè)。同樣的，現有常見(jiàn)的偏壓器(Bias tee)可進(jìn)行最高1.58GHz的作業(yè)，而此處所使用的偏壓器購自于www.minicircuits.com.

方法2：以接收器供電至主動(dòng)式天線(xiàn)

供電至主動(dòng)式GPS天線(xiàn)的第二個(gè)方法，即是透過(guò)天線(xiàn)本身的接收器。大多數的現成GPS接收器，均使用單一端口供電至主動(dòng)式GPS天線(xiàn)，且此端口亦透過(guò)合適的DC信號達到偏壓。若將主動(dòng)式GPS接收器整合分裂器(Splitter)與DC阻絕器(Blocker)，即可供電至主動(dòng)式LNA，并僅記錄GPS接收器所獲得的信號。下圖即為正確的連結方式：

圖10.透過(guò)DC阻絕器(Blocker)，將可記錄并分析GPS信號

如圖10所示，GPS接收器的DC偏壓即用以供電至LNA.請注意，由于當進(jìn)行記錄時(shí)，即可觀(guān)察接收器的相關(guān)特性，如速度與精確度衰減(Dilution)情形，因此方法2特別適用于驅動(dòng)程序測試。

串聯(lián)式(Noise figure)噪聲系數計算

若要計算已記錄GPS信號的總噪聲量，只要找出整體RF前端的噪聲系數即可。就一般情況來(lái)說(shuō)，整組系統的噪聲系數，往往受到系統的第一組放大器所影響。在所有RF組件或系統中，噪聲系數均可視為SNRin與SNRout(參閱：測量技術(shù)的噪聲系數)的比例。當記錄GPS信號時(shí)，必須先找出整體RF前端的噪聲系數。

當執行串聯(lián)式噪聲系數計算時(shí)，必須先行針對每筆噪聲系數與增益，將之轉換為線(xiàn)性等式;即所謂的“噪聲因子(Noise factor)”。當以串聯(lián)的RF組件計算系統的噪聲系數時(shí)，即可先找出系統的噪聲因子，并接著(zhù)轉換為噪聲系數。因此系統的噪聲系數必須使用下列等式計算之：

等式2.串聯(lián)式RF放大器的噪聲系數計算作業(yè)[3]

請注意，由于噪聲因子(nf)與增益(g)屬于線(xiàn)性關(guān)系而非對數(Logarithmic)關(guān)系，因此以小寫(xiě)表示之。下列即為增益與噪聲系數，從線(xiàn)性轉換為對數(反之亦然)的等式：

等式3到等式6.增益與噪聲系數的線(xiàn)性/對數轉換[3]

內建低噪聲放大器(LNA)的主動(dòng)式GPS天線(xiàn)，一般均提供30dB的增益，且其噪聲系數約為1.5dB.在儀控記錄作業(yè)的第二階段，則由NIPXI-5690提供30dB的附加增益。由于其噪聲系數較高(5dB)，因此第二組放大器僅將產(chǎn)生極小的噪聲至系統中。在教學(xué)實(shí)作中，可針對記錄儀控作業(yè)的完整RF前端，使用等式2計算其噪聲因子。增益與噪聲系數值即如下圖所示：

圖11.RF前端的首2組組件噪聲系數與因子。

根據上列計算，即可找出接收器的整體噪聲因子：

等式7.RF記錄系統的串聯(lián)噪聲系數

若要將噪聲因子轉換為噪聲系數(單位為dB)，則可套用等式3以獲得下列結果：

等式8.第一組LNA的噪聲系數將影響接收器的噪聲系數

如等式8所示，第一組LNA(1.5dB)的噪聲系數，將影響整組測量系統的噪聲系數。透過(guò)VSA的相關(guān)設定，可讓儀器的噪聲水平(Noise floor)低于輸入激發(fā)的噪聲水平，因此用戶(hù)所進(jìn)行的記錄作業(yè)，將僅對無(wú)線(xiàn)信號造成1.507dB的噪聲。

對GPS接收器發(fā)出信號

由于多款接收器可使用合適的軟件，讓用戶(hù)呈現如經(jīng)度與緯度的信息，因此需要更標準化的方式進(jìn)行自動(dòng)測量作業(yè)。還好，目前有多款接收器均可透過(guò)眾所周知的NMEA-183協(xié)議，以設定對PXI控制器發(fā)出信號。如此一來(lái)，接收器將可透過(guò)序列或USB連接線(xiàn)，連續傳送相關(guān)指令。在NILabVIEW中，所有的指令均可轉換語(yǔ)法，以回傳衛星與定位信息。NMEA-183協(xié)議可支持6種基本指令，并各自代表專(zhuān)屬的信息。這些指令即如下表所示

圖12.基本NMEA-183指令概述

以實(shí)際測試需要而言，GGA、GSA，與GSV指令應最為實(shí)用。更值得一提的是，GSA指令的信息可用于了解接收器是否可達到定位作業(yè)需要，或可用于首次定位時(shí)間(Time To First Fix，TTFF)測量。當執行高敏感性的測量時(shí)，實(shí)際可針對所追蹤的衛星，使用GSV指令回傳C/N(Carrier-to-noise)比。

雖然無(wú)法于此詳細說(shuō)明MNEA-183協(xié)議，但可至其他網(wǎng)站尋找所有的指令信息，如：http://www.gpsinformation.org/dale/nmea.htm#RMC.在LabVIEW中，這些指令可透過(guò)NI-VISA驅動(dòng)程序轉換其語(yǔ)法。

圖13.使用NMEA-183協(xié)議的LabVIEW范例

GPS測量技術(shù)

目前有多種測量作業(yè)可為GPS接收器的效能進(jìn)行特性描述(Characterization)，其中亦有數種常見(jiàn)測量可套用至所有的GPS接收器中。此章節將說(shuō)明執行測量的理論與實(shí)作，如：靈敏度、首次定位時(shí)間(TTFF)、定位精確度/可重復性，與定位追蹤不定性(Uncertainty)。應注意的是，還有許多不同的方式可檢驗定位精確度，并執行接收器追蹤功能的測試。雖然接著(zhù)將說(shuō)明多種基本方式，但仍無(wú)法概括所有。

靈敏度(Sensitivity)測量作業(yè)介紹

靈敏度為GPS接收器功能的最重要測量作業(yè)之一。事實(shí)上，對多款已量產(chǎn)的GPS接收器來(lái)說(shuō)，僅限為最后生產(chǎn)測試所執行的RF測量而已。若深入來(lái)說(shuō)，靈敏度測量即為“接收器可追蹤并接收上方衛星定位信息的最低衛星功率強度”。一般人均認為，GPS接收器必須串聯(lián)多組LNA以達極高的增益，才能將信號放大到合適的功率強度。事實(shí)上，雖然LNA可提升信號功率，亦可能降低SNR.因此，當GPS信號的RF功率強度降低時(shí)，SNR也將跟著(zhù)降低，最后讓接收器無(wú)法追蹤衛星。