最实用的GPS接收器测试详解

真作业，以计算 LLA 的精确度与可重复性。请注意，由于在数个小时之内，可用的卫星讯号将持续变化，因此必须设定多种 TOW 以测试精确度 （如表13）。而表14 则表示其 LLA 信息。

　　表14. 多项 TOW 仿真作业的水平精确度

　　在表14 中，可根据模拟的定位，计算出公尺为单位的水平错误。又如图 20 所示，可透过下列等式找出错误：

　　等式 17. 仿真 GPS 讯号的定位错误

　　而针对我们所使用的接收器而言，其水平定位最大误差为 5.2 公尺，水平定位平均误差为 1.5 公尺。而透过表8 所示，我们所使用的接收器均可达指定的限制之内。

　　如先前所述，接收器的精确度，与可用的卫星讯号密不可分。也就是说，接收器的精确度可能在数个小时内大幅变化 （卫星讯号改变），但是其可重复性却极小。为了确认我们的GPS 接收器亦为如此，则可针对特定的模拟 GPS 波形执行多项测试。此项作业主要是必须确认，RF 仪控并不会对仿真的 GPS 讯号产生额外的不确定性。如下方图 26 所示，当重复使用相同的二进制档案时，我们所使用的 GPS 接收器将得到极高可重复性的量测。

　　表15. 相同波形的各次测试，其误差亦具有极高的可重复性

　　回头再看表10，使用仿真 GPS 讯号的最大优点之一，即是可达到可重复的定位结果。由于此特性可让我们确认：所回报的定位信息，并不会因为设计迭代 （Iteration） 而发生变化，因此在开发的设计检验阶段中，此特性格外重要。

　　量测动态定位精确度

　　GPS 接收器测试的最后 1 种方法，即是量测接收器的追踪功能，使其在大范围的功率强度与速度中维持定位。在过去，此种测试 （往往亦为功能测试） 的常见方法之一，即是整合驱动测试与多路径衰减 （Multi-path fading） 模拟。在驱动测试 （Drive test） 中，我们使用可导入大量讯号减损 （Impairment） 的已知路径，驱动原型接收器。由于驱动测试是将自然减损套用至 GPS 卫星讯号的简单方法，因此这些量测往往亦不可重复。事实上，如GPS 卫星移动、天气条件的变化，甚至年度时间 （Time of year） 的因素，均可影响接收器的效能。

　　因此，目前有 1 种逐渐普及的方法，即是于驱动测试上记录 GPS 讯号，以大量讯号减损检验接收器效能。若要进一步了解设定 GPS 记录系统的方法，请参阅前述章节。而在驱动测试方案中，有多款 PXI 机箱可供选择。最简单的方式，即是使用 DC 机箱并以汽车电池进行供电。其次可使用标准的 AC 机箱，搭配转换器即可使用汽车电池供电。在此 2种选项中，DC 机箱的耗电量较低，但亦较难以于实验室中供电。如下列所示的标准 AC 机箱使用结果，其所供电的系统则包含 1 组外接的车用电池，与 1 组 DC to AC 转换器。

　　一旦我们完成 GPS 讯号的记录作业，即可透过相同的测试数据重复测试接收器。在下方的说明中，我们追踪接收器的经度、纬度，与速度。透过串行端口与每秒 1 次的 NMEA-183 指令读取速率，从接收器读取所需的数据。在下方量测中，我们所呈现的接收器特性参数，仅有定位与卫星 C/N 值。请注意，在执行这些量测作业的同时，亦可分析其他信息。虽然下列结果中并未量测水平精确度衰减 （Horizontal dilution of precision，HDOP），但此特性参数亦可提供大量的接收器定位精确度信息。

　　若要获得最佳结果，则应确实同步化接收器与 RF 产生作业的指令接口。下方所示结果中，我们将 COM 埠 （pin 2） 的数据信道做为开始触发器，以针对RF 向量讯号产生器与GPS 模块进行同步化。此同步化方式仅需任意波形产生器的 1 个频率循环 （100 MS/s），即可进行向量讯号产生器与 GPS 接收器的同步化。因此最大的歪曲 （Skew） 应为 10µS。并请注意，因为我们将取得接收器的经纬度，所以由同步化作业所造成的精确度错误，将为 10µs 乘以 Max Velocity （m/s），或为 0.15 mm。

　　使用上述的设定，我们即可按时取得接收器的经纬度。结果即如下图所示：

　　图12. 每 4 分钟所得到的接收器经纬度

　　在图12所呈现的数据中，即使用已记录的驱动测试讯号，取得统计、定位，与速度的相关信息。此外我们可观察到，在每次的测试之间，此项信息具有相对的可重复性；即为每个独立轨迹所呈现的差异。事实上，这就是我们最需要的接收器可重复性 （Repeatability）。由于可重复性信息将可预估 GPS 接收器精确度的变化情形，因此我们亦可计算波形各个样本之间的标准误差。在图 29 中，我们在各次同步化取样作业之间，绘出标准的定位误差 （相对于平均位置）。

图 13. 依时间取得的经度