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GPS測試完整性及經濟實用性方

定位以及相關服務已經迅速在手持設備中找到了相當豐富的應用方式和前景,用戶也越來越多地依賴定位服務。如何精確找到你的位置,其技術核心與全球定位系統(GPS)息息相關。GPS技術耗資數十億美元,由至少24顆按照特定軌道運行的衛星組成,地球上的任意位置,都可以由至少4顆衛星覆蓋。
每顆衛星都在完全相同的時間向地球發送信號。GPS接收器捕獲4組來自衛星的信號,基於4組信號到達時間的不同,GPS接收器能夠獲得精確的經度、緯度和海拔高度。當將這些資訊同地圖資料庫相結合,你就能得到精確的位置資訊。作為導航程式功能,當你指定導航起點和終點位置,基於GPS功能的設備就可以提供路線指導,包括具體的路線名稱,如何轉彎以及預估到達的時間。

根據GPS系統的設計原理,多數高成本部件被放置在衛星和地面站,因此個人終端的GPS接收器和相關功能能以非常適中的低成本設計生產和銷售。儘管如此,用戶依舊要求相當準確的位置資訊,這意味著GPS接收器必須經過測試才能確定是否符合GPS指標。

售價在100~200美元之間的GPS設備,其製造成本還遠低於售價。對這類設備,一方面必須採用優質的測試才能確定這些設備的位置準確度品質,而另一方面還要求快速的測試速度和較低的測試成本以確保經濟效益。
使用GPS系統自我檢測
將GPS接收器放在GPS系統中並查看它能否產生準確的位置資訊,不失為一種驗證GPS接收器工作情況的方法。但是,氣候條件的影響,可能會使接收到的信號電平遠遠超過GPS指標規定的最低電平。當然,可以衰減信號使信號電平剛剛高於或低於該最低電平指標,但由於實際的GPS系統中的電平可能隨著難以預料的時間增量而變化(由天氣、雲層、濕度等引起),測試需求就會演變為連續不斷地監測並調整設置(也就需要不斷的監測和調整設置),最終完成各種極限值的測試。此外,隨著一天中時間的推移,可能接收到來自不同的衛星的信號,這種情況也會影響測試條件。

另一個方案是採用工廠測試方案,即通過外部天線捕捉信號,內部放大器/衰減器調整信號,通過嘗試創建可重複的測試環境以精確驗證GPS接收器的靈敏度等。即便如此,也需要進行連續不斷的監測和調整。
仿真GPS環境
無論GPS接收器是作為獨立設備還是多功能設備中的子系統,為確保GPS接收器按照指標工作,可以仿真衛星信號來進行測試。仿真衛星輸出的信號是被精密控制的,頻率是1575.42MHz(L1)並採用BPSK調製,這些設置都跟實際的衛星完全一樣。最小靈敏度測試指標採用-130dBm/Hz。該系統可能需要非常準確地變化在功率電平範圍內,高出或者低於功率電平指標一定值,因此使用測試系統仿真單顆衛星的發送信號,就能輕鬆地測量設備的信噪比(靈敏度)以確保它符合GPS的靈敏度指標。

GPS衛星不是對地同步的,它們不斷地相對地球移動。移動目標發射的某些類型能量波(例如光波、無線電波或聲波)將顯示出多普勒頻移。也就是說,如果它朝著遠離接收器的方向移動,其頻率將顯得低於L1;而如果它朝著接收器方向移動,其頻率將顯得比L1高。GPS接收器的設計會考慮如何處理GPS衛星的多普勒頻移,因此仿真測試儀也必須用一種方法對其輸出施加多普勒頻移以確定接收器工作正常。
此外,定位測試需要仿真至少4顆GPS衛星發送的信號,單通道測試系統一次僅能仿真一顆衛星。因此,為了準確測試定位特性,需要多通道的GPS測試系統。
集成所有GPS設備測試功能
具有多普勒頻移特性的頻率偏移、功率電平精確可調的多衛星信號仿真方案,已經成了GPS系統測試方案的迫切需求。LitePoint公司意識到了這類需求,使用基於軟體無線電(SDR)技術,創建了僅使用一個VSG信號源的測試儀,該測試儀以較低的成本提供了6通道同步衛星信號仿真。
這樣的測試儀(我們將之命名為IQnav)能執行靈敏度測試和定位測試。更值得稱讚的是,通過創新地使用6通道,這款測試儀可以在一次掃描過程中測試6種不同功率電平而無需逐次測試。
不僅如此,該系統通過更輕鬆地確定設置線路損耗值,解決了系統測試的準確度問題。通常情況下,當信號低至-130dBm時,要準確測試和計算出夾具和電纜的損耗是極其困難的,功率計通常也不能測量如此低電平的信號。而傳統方案只能提供調製信號,而調製信號又很難用功率計進行準確的測量。
相比而言,IQnav提供-60dBm的連續波(CW)信號,該連續波信號允許標準功率計測量被測器件(DUT)上的輸出功率,這樣就能計算出(電纜和夾具等)系統損耗,例如將測量到的DUT上的輸出功率減去-60dBm。在-60dBm的衰減係數將實質上等於在-130dBm的衰減係數。因此,你可以輕鬆地校準設置,補償連接器和電纜的損耗並確保測量的準確度。
操作簡單易用
GPS測試的本質即是確保GPS接收器在特定的指標範圍內進行工作。GPS產品的用戶滿意度取決於GPS接收器能否滿足信號靈敏度規定範圍,提供準確的結果。(為了使用戶滿意,GPS接收器要能在規定的信號靈敏度範圍內,提供精確的結果)
為實現較短的測試時間和較低的測試成本,還將面臨多方面的挑戰。測試系統本身必須能快速部署,必須準確、快速地實現靈敏度和定位的測試,同時測試儀的操作還必須簡單易用。
通過創新的設計,LitePoint公司提供6通道測試系統的IQnav,而且其售價約為單通道測試裝置的價格。它只有一個RF端口,可以直接連接到設備(傳導測試),或連接到天線(輻射測試)。這款測試儀的準確度和穩定度遠遠超過指標的要求。即使是未經培訓的用戶,也將發現其圖形用戶介面非常直觀易用。
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