最实用的GPS接收器测试详解

档案。此外，更可由下列网站直接下载：

　　Almanac information （The Navigation Center of Excellence） http://navcen.uscg.gov/gps/almanacs.htm

　　Ephemeris information （NASA Goddard Space Flight Center） http://cddis.gsfc.nasa.gov/gnss_datasum.html#brdc

　　透过客制的卫星星历与星历档案，即可建立特定日期与时间的 GPS 讯号，甚至可回溯数年以前。请注意，当选择这些档案时，必须选择与日期相对应的档案。一般来说，卫星星历与星历信息为每日更新，因此当选择特定时间与日期时，亦应选择同 1 天的档案。下载的星历档案往往为压缩的「*.Z」格式。因此，在搭配使用 GPS 工具组之前，档案必须先行解压缩。

　　只要使用工具组中的「自动模式 （Automatic mode）」，即可囊括大多数的 GPS 模块作业，并可透过程序设计的方式，计算都卜勒与随机距离信息；当然，此功能亦提供手动模式。在手动模式 （Manual mode） 中，使用者可个别指定每组人造卫星的信息。图 4 即显示此 2 种作业模式所提供的输入参数。

　　1LLA （longitude， latitude， altitude）

　　表2. GPS 工具组自动与手动模式的默认值

　　请注意，工具组将根据所指定的星历档案，于可能的数值范围中强制设定 GPS 的 TOW。因此，若选择的数值超出该星历档案的范围，工具组将自动设定为最接近的数值并提醒使用者。「niGPS Write Waveform To File」范例程序即可建立 GPS 基频波形 （自动模式），而其人机接口即如下图所示。

　　图 3. 简单的范例程序即可建立 GPS 测试波形。

　　请注意，某些特定量测作业，将决定用户所建立 GPS 测试的文件类型。举例来说，当量测接收器敏感度时，将仿真单一人造卫星。另一方面来说，需要定位作业的量测 （如TTFF 与位置精确度），所使用的 GPS 讯号将仿真多组人造卫星。基于上述需求，NI GPS 工具组所搭配的范例程序，将同时包含单位星与多重卫星仿真功能。

　　记录空气中的 GPS 讯号

　　建立 GPS 波形时，其独特又日趋普遍的方式，即是直接从空气中撷取之。在此测试中，我们使用向量讯号分析器 （如 NI PXI 5661） 记录讯号，再透过向量讯号产生器 （如 NI PXIe-5672） 产生已记录的讯号。由于在记录 GPS 讯号时，亦可撷取实际的讯号减损 （Impairments），因此在播放讯号时，可进一步了解接收器于布署环境中的作业情形。

　　只要透过极为直接的方式，即可撷取空气中的 GPS 讯号。在 RF 记录系统中，我们将适合的天线与放大器，搭配使用 PXI 向量讯号分析器与硬盘，以撷取最多可达数个小时的连续数据。举例来说，1 组 2 TB 的 RAID 磁盘阵列，即可记录最多 25 个小时的 GPS 波形。由于此篇技术文件将不会讨论串流的特殊技术，因此若需要相关范例程序代码，请至：ni.com/streaming/rf. 透过下列段落，即可了解应如何针对 RF 记录与播放系统，设定合适的 RF 前端。

　　不同类型的无线通信讯号，均需要不同的带宽、中央频率，与增益。以 GPS 讯号来说，基本系统需求是以 1.57542 GHz 的中央频率，记录 2.046 MHz 的 RF 带宽。依此带宽需求，至少必须达到 2.5 MS/s （1.25 x 2 MHz） 取样率。注意：此处的 1.25 乘数，是根据 PXI-5661 数字降转换器 （DDC） 于降频 （Decimation） 阶段的下降 （Roll-off） 滤波器所得出。

　　在下方说明的测试作业中，我们使用 5 MS/s （20 MB/s） 取样率以撷取完整的带宽。由于标准 PXI 控制器硬盘即可达到 20 MB/s 或更高的数据流量，因此不需使用外接的 RAID亦可将 GPS 讯号串流至磁盘。然而，基于 2 个理由，我们仍建议使用外接硬盘。首先，外接硬盘可提升整体的数据储存量，并记录多组波形。其次，外接硬盘不会对 PXI 控制器的硬盘造成额外负担。在下方说明的测试作业中，我们采用 1 组 USB 2.0 的外接硬盘。此硬盘为 320 GB 的 Western Digital Passport，具有 5400 RPM 的硬盘转速。在我们的测试作业中，一般读取速度约落在 25 ~ 28 MB/s。因此该款硬盘可同时用于 GPS 波形数据串流的仿真 （6 MB/s） 与记录 （20 MB/s） 作业。

GPS 讯号记录作业最为特殊之处，即是选择并设定合适的天线与低噪声放大器 （LNA）。透过一般被动式平面天线 （Passive patch antenna），即可于 L1 GPS 频带中发现介于-120 ~ -110 dBm 的常见峰值功率 （此处为 -116 dBm）。由于 GPS 讯号的功率强度极小，因此必须进行放大作业，以使向量讯号分析器可撷取卫星讯号的完整动态范围。虽然有多个方法可将合适的增益强度套用至讯号，