使用真實(shí)數據來(lái)測試GPS接收機

從歷史上看，GPS接收機的設計者已經(jīng)將對在復雜環(huán)境下的接收機性能進(jìn)行了仿真和驅動(dòng)測試。盡管GPS信號模擬可以提供了可以重復的信號源，但仿真器無(wú)法重復產(chǎn)生現實(shí)中常見(jiàn)的復雜的多徑信號畸變。此外，驅動(dòng)測試還包含了固有的挑戰。不僅僅是測試成本昂貴，并從根本上給接收機引入了一些很難在不同的實(shí)驗中重復的信號。

正因為這些挑戰，一個(gè)用于對接收集驗證的通用方法使用已經(jīng)記錄下來(lái)的GPS信號來(lái)進(jìn)行測試接收機。該方法使用了一個(gè)RF矢量信號分析儀（如NI的PXI-5661）來(lái)記錄實(shí)時(shí)的GPS信號并將其連續的IQ路數據存入文件。然后，RF矢量信號發(fā)生器（如NI的PXIe-672）用于將存儲的信號回放并發(fā)到接收機中。通過(guò)記錄下的信號來(lái)測試GPS接收機要好于傳統的仿真方法或驅動(dòng)測試方法。該方法不僅引入了現實(shí)環(huán)境中的失真，而且這種方式是可重復的。因此，你可以對不同的接收機進(jìn)行測試，然后觀(guān)察在同一個(gè)測試仿真中他們是如何反應的。

配置RF可記錄設備

關(guān)于配置RF記錄儀和回放系統，有兩個(gè)問(wèn)題需要考慮到，即：使用全動(dòng)態(tài)RF矢量信號分析儀；確保記錄設備不會(huì )給信號引入額外的噪聲。關(guān)于第一個(gè)問(wèn)題，一種簡(jiǎn)單的捕獲GPS信號的全動(dòng)態(tài)范圍的方法是使用帶有符號動(dòng)態(tài)范圍的矢量信號分析儀。通過(guò)傳統的信號分析儀來(lái)提供80dB的動(dòng)態(tài)范圍，信噪比較小的信號“通常小于30dB”，如GPS信號，可以很容易被記錄下來(lái)，而不會(huì )受到空中信號信噪比的顯著(zhù)影響。因此，唯一剩下的任務(wù)是放大空中信號，而盡可能不增加額外的噪聲。

在典型的環(huán)境中，每個(gè)GPS衛星將有一個(gè)-135dBm到-125dBm的平均功率范圍（粗捕獲碼，CA），具體要依賴(lài)于位置和環(huán)境因素。典型的場(chǎng)景將使L1（1.57542 GHz）頻段上的信號具有-120dBm到-110dBm的峰值功率。在測試中，我們觀(guān)察到的峰值功率為-116dBm。正如期望那樣，記錄這樣的低功率信號需要很好的選擇天線(xiàn)和放大器。事實(shí)上，為了使用全動(dòng)態(tài)范圍的RF矢量信號分析儀，就必須使用放大器。有很多方法來(lái)放大空中GPS信號，不過(guò)最佳的方案是使用有源GPS天線(xiàn)與低噪聲放大器級聯(lián)。兩個(gè)級聯(lián)的低噪聲放大器可以提供總共60dB的增益。因此，從矢量信號分析儀中觀(guān)察到的峰值功率將增長(cháng)到-116dBm到-56dBm。RF矢量信號分析儀上所需的功率在不同的儀器中是不同的，而具體的值是通過(guò)矢量分析儀的最大增益來(lái)決定的。

增強有源天線(xiàn)

為了捕獲GPS信號，盡可能少引入額外噪聲，需要使用噪聲系數小于2dB的有源天線(xiàn)。這可以達到最佳效果。有源天線(xiàn)提供了最佳的增益性能和最小的噪聲系數，而這自然也給信號引入了2.5伏到5伏的直流偏置。

為了增強有源天線(xiàn)，一個(gè)常用的方法是使用直流偏置“T”。通過(guò)使用這個(gè)部件，直流信號（這里為3.3伏）流入偏置T的直流端口。注意，你所使用的直流電壓精度取決于有源天線(xiàn)對直流功率的要求。圖1顯示了系統設置的方框圖。

圖1：你可以使用直流偏置T來(lái)增強有源GPS天線(xiàn)。

在圖1中，你可以使用任意現有的直流電源來(lái)為直流偏置信號供電。盡管這里我們使用的是NI的PXI-4110，實(shí)際上任何普通電源都可以工作。此外，很重要的是直流偏置T額定工作在1.57542GHz下的，該頻率也是在L1 GPS信號頻段中的。直流偏置T，如圖中所示，可以在minicircuits.com購買(mǎi)到。