GPS测试的完整性怎么保证

定位以及相关服务已经迅速在手持设备中找到了相当丰富的应用方式和前景，用户也越来越多地依赖定位服务。如何精确找到你的位置，其技术核心与全球定位系统(GPS)息息相关。GPS技术耗资数十亿美元，由至少24颗按照特定轨道运行的卫星组成，地球上的任意位置，都可以由至少4颗卫星覆盖。



每颗卫星都在完全相同的时间向地球发送信号。GPS接收器捕获4组来自卫星的信号，基于4组信号到达时间的不同，GPS接收器能够获得精确的经度、纬度和海拔高度。当将这些信息同地图数据库相结合，你就能得到精确的位置信息。作为导航程序功能，当你指定导航起点和终点位置，基于GPS功能的设备就可以提供路线指导，包括具体的路线名称，如何转弯以及预估到达的时间。




根据GPS系统的设计原理，多数高成本部件被放置在卫星和地面站，因此个人终端的GPS接收器和相关功能能以非常适中的低成本设计生产和销售。尽管如此，用户依旧要求相当准确的位置信息，这意味着GPS接收器必须经过测试才能确定是否符合GPS指标。

售价在100~200美元之间的GPS设备，其制造成本还远低于售价。对这类设备，一方面必须采用优质的测试才能确定这些设备的位置准确度质量，而另一方面还要求快速的测试速度和较低的测试成本以确保经济效益。

使用GPS系统自我检测

将GPS接收器放在GPS系统中并查看它能否产生准确的位置信息，不失为一种验证GPS接收器工作情况的方法。但是，气候条件的影响，可能会使接收到的信号电平远远超过GPS指标规定的最低电平。当然，可以衰减信号使信号电平刚刚高于或低于该最低电平指标，但由于实际的GPS系统中的电平可能随着难以预料的时间增量而变化(由天气、云层、湿度等引起)，测试需求就会演变为连续不断地监测并调整设置(也就需要不断的监测和调整设置)，最终完成各种极限值的测试。此外，随着一天中时间的推移，可能接收到来自不同的卫星的信号，这种情况也会影响测试条件。

另一个方案是采用工厂测试方案，即通过外部天线捕捉信号，内部放大器/衰减器调整信号，通过尝试创建可重复的测试环境以精确验证GPS接收器的灵敏度等。即便如此，也需要进行连续不断的监测和调整。

仿真GPS环境

无论GPS接收器是作为独立设备还是多功能设备中的子系统，为确保GPS接收器按照指标工作，可以仿真卫星信号来进行测试。仿真卫星输出的信号是被精密控制的，频率是1575.42MHz(L1)并采用BPSK调制，这些设置都跟实际的卫星完全一样。最小灵敏度测试指标采用-130dBm/Hz。该系统可能需要非常准确地变化在功率电平范围内，高出或者低于功率电平指标一定值，因此使用测试系统仿真单颗卫星的发送信号，就能轻松地测量设备的信噪比(灵敏度)以确保它符合GPS的灵敏度指标。

GPS卫星不是对地同步的，它们不断地相对地球移动。移动目标发射的某些类型能量波(例如光波、无线电波或声波)将显示出多普勒频移。也就是说，如果它朝着远离接收器的方向移动，其频率将显得低于L1；而如果它朝着接收器方向移动，其频率将显得比L1高。GPS接收器的设计会考虑如何处理GPS卫星的多普勒频移，因此仿真测试仪也必须用一种方法对其输出施加多普勒频移以确定接收器工作正常。

此外，定位测试需要仿真至少4颗GPS卫星发送的信号，单通道测试系统一次仅能仿真一颗卫星。因此，为了准确测试定位特性，需要多通道的GPS测试系统。

集成所有GPS设备测试功能

具有多普勒频移特性的频率偏移、功率电平精确可调的多卫星信号仿真方案，已经成了GPS系统测试方案的迫切需求。LitePoint公司意识到了这类需求，使用基于软件无线电(SDR)技术，创建了仅使用一个VSG信号源的测试仪，该测试仪以较低的成本提供了6通道同步卫星信号仿真。

这样的测试仪(我们将之命名为IQnav)能执行灵敏度测试和定位测试。更值得称赞的是，通过创新地使用6通道，这款测试仪可以在一次扫描过程中测试6种不同功率电平而无需逐次测试。




不仅如此，该系统通过更轻松地确定设置线路损耗值，解决了系统测试的准确度问题。通常情况下，当信号低至-130dBm时，要准确测试和计算出夹具和电缆的损耗是极其困难的，功率计通常也不能测量如此低电平的信号。而传统方案只能提供调制信号，而调制信号又很难用功率计进行准确的测量。

相比而言，IQnav提供-60dBm的连续波(CW)信号，该连续波信号允许标准功率计测量被测器件(DUT)上的输出功率，这样就能计算出(电缆和夹具等)系统损耗，例如将测量到的DUT上的输出功率减去-60dBm。在-60dBm的衰减系数将实质上等于在-130dBm的衰减系数。因此，你可以轻松地校准设置，补偿连接器和电缆的损耗并确保测量的准确度。

操作简单易用

GPS测试的本质即是确保GPS接收器在特定的指标范围内进行工作。GPS产品的用户满意度取决于GPS接收器能否满足信号灵敏度规定范围，提供准确的结果。(为了使用户满意，GPS接收器要能在规定的信号灵敏度范围内，提供精确的结果)

为实现较短的测试时间和较低的测试成本，还将面临多方面的挑战。测试系统本身必须能快速部署，必须准确、快速地实现灵敏度和定位的测试，同时测试仪的操作还必须简单易用。

通过创新的设计，LitePoint公司提供6通道测试系统的IQnav，而且其售价约为单通道测试装置的价格。它只有一个RF端口，可以直接连接到设备(传导测试)，或连接到天线(辐射测试)。这款测试仪的准确度和稳定度远远超过指标的要求。即使是未经培训的用户，也将发现其图形用户界面非常直观易用。




作者简介：




JohnLukez是LitePoint公司的产品管理总监。他是射频和无线测量专家，精通多种通信标准。John的工作经历包括研究与开发测量和特性分析、半导体生产线测试以及系统级特性分析。John毕业于美国俄亥俄州立大学，获电子和计算机工程学位。




RobBrownstein是LitePoint公司的市场通信副总裁。他拥有30多年的电子行业工作经验。Rob毕业于美国纽约市立大学皇后学院，获物理学学士学位，此后在圣地亚哥州立大学的电子工程领域做过研究工作。他的专长是测试工程。

作者：John Lukez、Rob Brownstein
LitePoint公司