車載GPS接收器測試工具指南

中國現(xiàn)在擁有私車的人是越來越多，車主和他們的家庭活動范圍因此也得到了很大的延伸。當他們周末出門渡假時車載GPS導航將是很有用的一個工具，而車載GPS導航系統(tǒng)測試也已經(jīng)成為業(yè)界工程師們的熱點話題。

車載GPS導航系統(tǒng)基本上分成二種，一種是簡單的帶天線的GPS接收器加上映射軟件和數(shù)字地圖，這種系統(tǒng)可以從電子用品商店買到。另外一種就象CD播放器那樣嵌入在車內，是利用功能更強、具有多種傳感器輸入的GPS接收器形成的GPS/慣性導航系統(tǒng)。其中陀螺傳感器、里程表、車輪斷續(xù)器等傳感器可以改善在車輛通過遂道或經(jīng)過高聳建筑物等GPS信號發(fā)生中斷情況時的導航精度。

完成第一種導航系統(tǒng)的測試只需要少量的工作。每個GPS接收器都經(jīng)過出廠測試，因此當這些GPS接收器進入商店出售時沒有必要再次測試它的GPS性能。唯一需要測試的是實際的經(jīng)緯度位置數(shù)據(jù)能否通過映射軟件正確映射到數(shù)字地圖上。

圖1描述了仿真器與汽車包功能的協(xié)作機制。

一般有二種測試方法。一種是對車載導航系統(tǒng)進行上路測試，將被測導航系統(tǒng)置于車內，邊開車邊觀察是否在大多數(shù)時間內可以將GPS數(shù)據(jù)正確映射進數(shù)字地圖中。該類型的車內導航系統(tǒng)比較適合路上大部分時間GPS接收狀態(tài)良好的地區(qū)使用，比如美國或歐洲的大多數(shù)國家，但不太適合象上海和香港這樣的城市，因為有許多高聳建筑物會阻擋GPS信號。另外一種測試方法是使用GPS星座仿真器。這種方法可以為工程師節(jié)省大量時間和精力，他們完全可以在室內輕松完成測試任務。

對于第二種車載GPS/慣性集成式導航系統(tǒng)，工程師所面臨的測試挑戰(zhàn)主要表現(xiàn)為：

地理障礙

不同傳感器的正確選擇

不同GPS接收環(huán)境

GPS數(shù)據(jù)和慣性傳感器之間的數(shù)據(jù)同步

測試時的車輛控制

人力資源

時間約束

系統(tǒng)性能分析

城市內的高聳建筑物會阻擋GPS信號，而慣性傳感器則可以改善此種情況下的導航精度。人工進行這種集成式導航系統(tǒng)的測試所需要的路試工作量非常巨大。甚至有些時候由于地理障礙而使測試無法進行。另外，工程師們也不可能為了測試而走遍整個中國，這樣做肯定是不現(xiàn)實的。

眾所周知，對于集成式導航系統(tǒng)來說選擇正確的陀螺傳感器非常重要。陀螺傳感器的價格越高質量就越好，但在實際應用中希望能以合理的價格獲得可接受的性能。帶傳感器仿真功能的GPS星座仿真器是測試工程師為系統(tǒng)找到正確陀螺儀類型或模型的理想工具。

不同GPS接收狀態(tài)是測試工程師所面臨的另一項挑戰(zhàn)。在大多數(shù)時間內GPS接收器可以獲得良好穩(wěn)定的信號。但是，當出現(xiàn)GPS信號不穩(wěn)定、信號中數(shù)據(jù)丟失或信號微弱等實際情況時導航系統(tǒng)會做何反應呢？人們在路上做現(xiàn)場人工測試時這些情況并不是總能發(fā)生的，因此需要對這種情況進行模擬仿真。導航實驗室公司(NavLabs)的LabPro GPS仿真器正是克服這一挑戰(zhàn)的理想工具。

NavLabs是提供LabPro GPS仿真器的一家公司，它已經(jīng)為不同國家的許多客戶提供過解決方案，比如蜂窩制造商、NASA、GPS接收器制造商、軍隊等。Frank Bletzacker博士是LabPro GPS仿真器的策劃設計師，他以前曾在噴氣推進實驗室任職。仿真器使用的許多新算法都是Bletzacker博士發(fā)明的，這些算法精度非常高，偽距誤差可以控制在市場上其它任何產(chǎn)品均無法達到的+/-1cm范圍內。

與GPS星座信號產(chǎn)生不同，LabPro具有不同的傳感器功能。LabPro的汽車包功能可以幫助汽車制造商高效地測試他們的集成式車內/慣性導航系統(tǒng)，從而加速對GPS接收器和慣性傳感器之間數(shù)據(jù)同步問題的處理，或者至少為工程師整合系統(tǒng)提供可控制性更強的環(huán)境。有多種傳感器用于實際情形的仿真，如陀螺傳感器、速度傳感器和加速傳感器。測試工程師利用這些傳感器可以在室內完成高精度的測試評估工作。

圖2：汽車速度傳感器模型。

如圖1所示，汽車包具有以下一些特點：

正比于汽車轉向度(rate-of-turn)的5V模擬輸出；

正比于汽車速度的CMOS電平脈沖速率輸出；

串行數(shù)據(jù)消息：通過PC COM通信口以串行格式提供車輪速度、轉向度和其它導航數(shù)據(jù)；

模擬加速計輸出：提供2個通道的0-5V加速計輸出；

提供用戶可編程車輪分離模型，支持用于推斷轉向度的差分車輪斷續(xù) 。

車輪速度傳感器可以支持不同的數(shù)據(jù)格式，如適合Rockwell(Conexant)公司Zodiac 12通道Dead reckoning接收器使用的Zodiac 1370串行車輪速度格式以及各種SirfDrive格式。通過傳感器控制可以仿真各種事件，如滑動、滑行、側移和跳躍。在現(xiàn)實世界中，測試工程師不是特技演員，要開車做到這些仿真情形是很難的，而且相當危險。相應的控制面板如圖2所示。

LabPro是一個全集成的GPS星座仿真器，不僅適合汽車導航系統(tǒng)的測試使用，也適合其它一些應用場合，如GPS接收器研究和開發(fā)、航空電子設備測試床及某些宇宙飛行器的研究。LabMate是LabPro的簡化版本，特別適用于GPS接收器的量產(chǎn)測試以及對車輛陸地操縱的研究。由于產(chǎn)品的全數(shù)字化設計，LabMate可以輕松升級到LabPro。即使是將來GPS系統(tǒng)具備了新的功能，所有的NavLabs產(chǎn)品也可以得到相應的平滑升級。GPS導航數(shù)據(jù)記錄器是NavLabs公司的最新產(chǎn)品，是汽車制造商測試GPS/慣性集成式導航系統(tǒng)的又一款理想工具。