GPS 接收器測(cè)試

而播放訊號(hào)的功率強(qiáng)度，亦可達(dá)到與實(shí)時(shí)訊號(hào)相同的 C/N 值，進(jìn)而確定其所得的 TTFF 與位置精確度，將可與實(shí)時(shí)訊號(hào)產(chǎn)生相關(guān)。在下圖 21 中，我們使用的星期時(shí)間 (TOW) 值與實(shí)時(shí)「Off-the-air」訊號(hào)的 TOW 相近，而在 4 次不同的實(shí)驗(yàn)下得到 TTFF 結(jié)果。

表11. 由「Off-the-air」GPS 訊號(hào)所得的 TTFF

除了量測(cè)首次定位時(shí)間之外，亦可量測(cè) GPS 接收器所取得的經(jīng)度、緯度，與高度信息。下圖顯示相關(guān)結(jié)果。

表12. 由「Off-the-air」GPS 訊號(hào)所得的 LLA

從表11與12 中可注意到，其實(shí)透過(guò)已記錄的 GPS 訊號(hào)，即可得到合理的可重復(fù) TTFF 與 LLA (Latitude、Longitude、Altitude) 結(jié)果。然而，由于這些量測(cè)作業(yè)的錯(cuò)誤與標(biāo)準(zhǔn)誤差，僅稍微高于「Off-the-air」量測(cè)的誤差，因此幾乎可將之忽略。因?yàn)榻^對(duì)精確度 (Absolute accuracy) 較高，所以可重復(fù)性亦較優(yōu)于「Off-the-air」量測(cè)作業(yè)。

仿真的 GPS 訊號(hào)

最后 1 種可進(jìn)行 TTFF 與定位精確度量測(cè)的 GPS 測(cè)試訊號(hào)來(lái)源，即為仿真的多組衛(wèi)星 GPS 訊號(hào)。透過(guò) NI LabVIEW GPS 工具組，即可透過(guò)由使用者定義的 TOW、星期數(shù)，與接收器位置，仿真最多 12 組衛(wèi)星。此 GPS 訊號(hào)仿真方式的主要優(yōu)點(diǎn)，即是透過(guò)可能的最佳訊噪比 (SNR) 構(gòu)成 GPS 訊號(hào)。與實(shí)時(shí)/記錄的 GPS 訊號(hào)不同，依此種方法所建立的可重復(fù)訊號(hào)，其噪聲功率甚小。圖 23 即呈現(xiàn)了仿真多組衛(wèi)星訊號(hào)的頻域。

VSA 設(shè)定

Center: 1.57542 GHZz

Span: 4 MHz

RBW: 100 Hz

Averaging: RMS, 20 Average

圖 11. 仿真多組衛(wèi)星 GPS 訊號(hào)的帶內(nèi)功率 (Power-in-band) 量測(cè)作業(yè)

當(dāng)透過(guò)仿真的多組衛(wèi)星波形測(cè)試接收器時(shí)，則可針對(duì)接收器所提供的 C/N 比值進(jìn)行關(guān)聯(lián)，以再次評(píng)估所需的 RF 功率。

一旦能為 RF 功率強(qiáng)度進(jìn)行關(guān)聯(lián)，則可接著量測(cè) TTFF。當(dāng)量測(cè) TTFF 時(shí)，應(yīng)先啟動(dòng) RF 向量訊號(hào)產(chǎn)生器。過(guò)了 5 秒鐘之后，可手動(dòng)將接收器轉(zhuǎn)為「冷」開(kāi)機(jī)模式。一旦接收器取得定位信息，則將回報(bào) TTFF 信息。下圖則呈現(xiàn)仿真 GPS 訊號(hào)的相關(guān)結(jié)果：

表13. TTFF 數(shù)值的 4 項(xiàng)專(zhuān)屬模擬

請(qǐng)注意表13中的所有仿真作業(yè)均使用相同的 LLA (Latitudes、Longitude，與 Altitude)。

此外，若要量測(cè) TTFF，我們亦可依不同的 TOW 建立仿真作業(yè)，以計(jì)算 LLA 的精確度與可重復(fù)性。請(qǐng)注意，由于在數(shù)個(gè)小時(shí)之內(nèi)，可用的衛(wèi)星訊號(hào)將持續(xù)變化，因此必須設(shè)定多種 TOW 以測(cè)試精確度 (如表13)。而表14 則表示其 LLA 信息。

表14. 多項(xiàng) TOW 仿真作業(yè)的水平精確度

在表14 中，可根據(jù)模擬的定位，計(jì)算出公尺為單位的水平錯(cuò)誤。又如圖 20 所示，可透過(guò)下列等式找出錯(cuò)誤：

等式 17. 仿真 GPS 訊號(hào)的定位錯(cuò)誤

而針對(duì)我們所使用的接收器而言，其水平定位最大誤差為 5.2 公尺，水平定位平均誤差為 1.5 公尺。而透過(guò)表8 所示，我們所使用的接收器均可達(dá)指定的限制之內(nèi)。

如先前所述，接收器的精確度，與可用的衛(wèi)星訊號(hào)密不可分。也就是說(shuō)，接收器的精確度可能在數(shù)個(gè)小時(shí)內(nèi)大幅變化 (衛(wèi)星訊號(hào)改變)，但是其可重復(fù)性卻極小。為了確認(rèn)我們的 GPS 接收器亦為如此，則可針對(duì)特定的模擬 GPS 波形執(zhí)行多項(xiàng)測(cè)試。此項(xiàng)作業(yè)主要是必須確認(rèn)，RF 儀控并不會(huì)對(duì)仿真的 GPS 訊號(hào)產(chǎn)生額外的不確定性。如下方圖 26 所示，當(dāng)重復(fù)使用相同的二進(jìn)制檔案時(shí)，我們所使用的 GPS 接收器將得到極高可重復(fù)性的量測(cè)。

表15. 相同波形的各次測(cè)試，其誤差亦具有極高的可重復(fù)性

回頭再看表10，使用仿真 GPS 訊號(hào)的最大優(yōu)點(diǎn)之一，即是可達(dá)到可重復(fù)的定位結(jié)果。由于此特性可讓我們確認(rèn)：所回報(bào)的定位信息，并不會(huì)因?yàn)樵O(shè)計(jì)迭代 (Iteration) 而發(fā)生變化，因此在開(kāi)發(fā)的設(shè)計(jì)檢驗(yàn)階段中，此特性格外重要。

量測(cè)動(dòng)態(tài)定位精確度

GPS 接收器測(cè)試的最后 1 種方法，即是量測(cè)接收器的追蹤功能，使其在大范圍的功率強(qiáng)度與速度中維持定位。在過(guò)去，此種測(cè)試 (往往亦為功能測(cè)試) 的常見(jiàn)方法之一，即是整合驅(qū)動(dòng)測(cè)試與多路徑衰減 (Multi-path fading) 模擬。在驅(qū)動(dòng)測(cè)試 (Drive test) 中，我們使用可導(dǎo)入大量訊號(hào)減損 (Impairment) 的已知路徑，驅(qū)動(dòng)原型接收器。由于驅(qū)動(dòng)測(cè)試是將自然減損套用至 GPS 衛(wèi)星訊號(hào)的簡(jiǎn)單方法，因此這些量測(cè)往往亦不可重復(fù)。事實(shí)上，如GPS 衛(wèi)星移動(dòng)、天氣條件的變化，甚至年度時(shí)間 (Time of year) 的因素，均可影響接收器的效能。

因此，目前有 1 種逐漸普及的方法，即是于驅(qū)動(dòng)測(cè)試上記錄 GPS 訊號(hào)，以大量訊號(hào)減損檢驗(yàn)接收器效能。若要進(jìn)一步了解設(shè)定 GPS 記錄系統(tǒng)的方法，請(qǐng)參閱前述章節(jié)。而在驅(qū)動(dòng)測(cè)試方案中，有多款 PXI 機(jī)箱可供選擇。最簡(jiǎn)單的方式，即是使用 DC 機(jī)箱并以汽車(chē)電池進(jìn)行供電。其次可使用標(biāo)準(zhǔn)的 AC 機(jī)箱，搭配轉(zhuǎn)換器即可使用汽車(chē)電池供電。在此 2 種選項(xiàng)中，DC 機(jī)箱的耗電量較低，但亦較難以于實(shí)驗(yàn)室中供電。如下列所示的標(biāo)準(zhǔn) AC 機(jī)箱使用結(jié)果，其所供電的系統(tǒng)則包含 1 組外接的車(chē)用電池，與 1 組 DC to AC 轉(zhuǎn)換器。