多组卫星的GPS接收器丈量
灵敏度丈量需求单一卫星激起，而有多项接收器丈量需求可仿真多组卫星的单一测验激起。更进一步来说，如初次定位时刻(TTFF)、定位准确度，与准确度下降(Dilution of precision)的丈量作业，均需求接收器进行定位。因为接收器需求至少4组卫星进行3D定位作业，因而这些丈量将较灵敏度丈量来得耗时。也因而，多项定位丈量作业均于查验与校准作业中进行，而非出产测验时才履行。
此章节将阐明可为接收器供给多组卫星信号的办法。在评论GPS仿真作业时，亦将让运用者了解TTFF与定位准确度丈量的履行办法。若是评论RF记载与播映作业，将一起阐明应如安在多项环境条件下，校准接收器的效能。
丈量初次定位时刻(TTFF)与定位准确度
初次定位时刻(TTFF)与定位准确度丈量，为规划GPS接收器的首要查验作业。若您已将多种消费性的GPS运用了然于胸，即应知道接收器回传其实践方位所需的时刻，将大幅影响接收器的用处。此外，接收器报答其方位的准确度亦甚为重要。
为了让接收器可进行定位，则应透过导航消息(Navigation message)下载星历与年历信息。因为接收器下载完好GPS结构有必要消耗30秒，因而“冷发动(Cold start)”的TTFF状况则需求30~60秒。事实上，多款接收器可指定数种TTFF状况。最常见的为：
冷发动(Cold Start)：接收器有必要下载年历与星历信息，才干进行定位。因为有必要从各组卫星下载至少1组GPS结构(Frame)，因而大多数的接收器在冷发动状况下，将于30~60秒时进行定位。
热发动(Warm Start)：接收器的年历信息没有超越1个星期，且不需求其他星历信息。一般来说，此接收器可于20秒内得知现在时刻，并可进行100公里内的定位[2].大多数热发动状况的GPS接收器，可于60秒内进行定位，有时乃至仅需更短的时刻。
热开机(Hot Start)：接收器具有最新的年历与星历信息时，即为热开机状况。接收器仅需获得各组卫星的时序信息，即可开端回传定位方位。大多数热开机状况的GPS接收器，仅需0.5~20秒即可开端定位作业。
在大部分的情况下，TTFF与定位准确度均与特定功率强度相关。值得留意的是，若能于多种情况下查验此2种规范的准确度，其实极具有其信息价值。因为GPS卫星每12个小时即绕行地球1圈，所以可用范围内的卫星信号随时都在改动，也让接收器可在不同的状况下回传正确成果。
下列章节将阐明应怎么运用2笔数据源，以履行TTFF与定位准确度的丈量，包括：
1)接收器在其布署环境中，透过天线所获得的实时数据
2)透过空中传递所记载的RF信号，并将之用以测验接收器所记载的数据
3)当记载实时数据后，RF发生器用于模仿星期时刻(Time-of-week，TOW)所得的仿真数据用此3笔不同的数据源测验接收器，可让各个数据源的丈量作业均具有可重复特性，且均彼此具有相关性。
丈量设定
若要获得最佳成果，则所挑选的记载方位，应让卫星不致遭到周遭建筑物的阻止。咱们挑选6层楼停车场的顶楼进行测验，以无建物掩盖的房顶尽或许触摸多组卫星信号。透过GPS芯片组的多个开机形式，均可履行TTFF丈量作业。以SIRFstarIII芯片组为例，即可重设接收器的出厂、冷发动、热发动，与热开机形式。下方所示即为接收器履行相关测验的成果。
若要丈量水平定位的准确度，则有必要依据经、纬度信息从而了解相关过错。因为这些指数均以“度”表明，因而可透过下列等式转化之：
等式16.核算GPS的定位过错
请留意该等式中的111，325公尺(111.325公里)，即等于地球圆周的1度(共360度)。此指数是依据地球圆周360×111.325km=40.077km而来。
Off-The-Air GPS
以“Off-the-air”办法丈量接收器的TTFF时，便是将接收器直连续至天线到达最不准确的办法。因为此丈量作业可针对已记载与仿真的GPS信号，从而校准自动化丈量作业，因而亦具有必定的重要性。除此之外，亦可针对SIRFstarIII芯片组进行程序规划，让接收器进入冷发动形式，且以接收器所得到的TTFF值进行一切丈量作业。请留意，GPS接收器一般指定为32.6秒的冷发动TTFF时刻。在咱们的丈量作业中，则得到下列成果：
图19.“Off-the-air”GPS信号的TTFF与最大C/N比值
依据初始的“Off-the-air”成果，则可发现GPS接收器在规范的3秒差错内，可到达33.2秒的TTFF.这些丈量成果均坐落TTFF规范的容错范围内。而更重要的，便是可透过仿真与记载的GPS数据，从而比较丈量成果与实践成果。
依据上列线性差错等式，即可核算各次丈量的线性规范差错。
图20.由“Off-the-air”GPS信号所得的LLA
请留意，若要将“Off-the-air”GPS信号、仿真信号，与播映信号进行相关，则有必要先进行“Off-the-air”信号功率的相关性。当进行TTFF与定位准确度丈量时，RF功率强度根本上不太会影响到成果。因而，有必要比对“Off-the-air”、仿真，与记载GPS信号的C/N比值，即可进行RF功率的相关性作业。
已记载的GPS信号
尽管可透过实时信号丈量TTFF与定位差错，可是这些丈量作业往往不行重复;好像卫星均继续盘绕地球运转，而非固定不动。进行可重复TTFF与定位准确度的丈量办法之一，便是运用已记载的GPS信号。此章节将接着阐明应怎么透过已记载的GPS信号，以进行实时GPS信号的相关作业。
已记载的GPS信号，可透过RF矢量信号发生器再次发生。因为有必要播映信号，则校准RF功率强度最简略的办法，便是比对实时与记载的C/N值。当获得“Off-the-air”信号时，则可发现一切实时信号的C/N峰值均约为47~49dB-Hz之间。
而播映信号的功率强度，亦可到达与实时信号相同的C/N值，从而承认其所得的TTFF与方位准确度，将可与实时信号发生相关。在下图21中，咱们运用的星期时刻(TOW)值与实时“Off-the-air”信号的TOW附近，而在4次不同的试验下得到TTFF成果。
图21.由“Off-the-air”GPS信号所得的TTFF
除了丈量初次定位时刻之外，亦可丈量GPS接收器所获得的经度、纬度，与高度信息。下图显现相关成果。
图22.由“Off-the-air”GPS信号所得的LLA
从图21与22中可留意到，其实透过已记载的GPS信号，即可得到合理的可重复TTFF与LLA(Latitude、Longitude、Altitude)成果。可是，因为这些丈量作业的过错与规范差错，仅略微高于“Off-the-air”丈量的差错，因而简直可将之疏忽。因为肯定准确度(Absolute accuracy)较高，所以可重复性亦较优于“Off-the-air”丈量作业。
仿真的GPS信号
最终1种可进行TTFF与定位准确度丈量的GPS测验信号来历，即为仿真的多组卫星GPS信号。透过NILabVIEWGPS东西组，即可透过由运用者界说的TOW、星期数，与接收器方位，仿真最多12组卫星。此GPS信号仿真办法的首要长处，便是透过或许的最佳讯噪比(SNR)构成GPS信号。与实时/记载的GPS信号不同，依此种办法所树立的可重复信号，其噪声功率甚小。图23即出现了仿真多组卫星信号的频域。
VSA设定
Center：1.57542GHZz
Span：4MHz
RBW：100Hz
Averaging：RMS，20Average
图23.仿真多组卫星GPS信号的带内功率(Power-in-band)丈量作业
当透过仿真的多组卫星波形测验接收器时，则可针对接收器所供给的C/N比值进行相关，以再次评价所需的RF功率。
一旦能为RF功率强度进行相关，则可接着丈量TTFF.当丈量TTFF时，应先发动RF矢量信号发生器。过了5秒钟之后，可手动将接收器转为“冷”开机形式。一旦接收器获得定位信息，则将报答TTFF信息。下图则出现仿真GPS信号的相关成果：
图24.TTFF数值的4项专属模仿
请留意图24中的一切仿真作业均运用相同的LLA(Latitudes、Longitude，与Altitude)。
此外，若要丈量TTFF，咱们亦可依不同的TOW树立仿真作业，以核算LLA的准确度与可重复性。请留意，因为在数个小时之内，可用的卫星信号将继续改动，因而有必要设定多种TOW以测验准确度(如图24)。而图25则表明其LLA信息。
图25.多项TOW仿真作业的水平准确度
在图25中，可依据模仿的定位，核算出公尺为单位的水平过错。又如图20所示，可透过下列等式找出过错：
等式17.仿真GPS信号的定位过错
而针对咱们所运用的接收器而言，其水平定位最大差错为5.2公尺，水平定位均匀差错为1.5公尺。而透过图18所示，咱们所运用的接收器均可达指定的约束之内。
如从前所述，接收器的准确度，与可用的卫星信号密不行分。也便是说，接收器的准确度或许在数个小时内大幅改动(卫星信号改动)，可是其可重复性却极小。为了承认咱们的GPS接收器亦为如此，则可针对特定的模仿GPS波形履行多项测验。此项作业首要是有必要承认，RF仪控并不会对仿真的GPS信号发生额定的不承认性。如下方图26所示，当重复运用相同的二进制档案时，咱们所运用的GPS接收器将得到极高可重复性的丈量。
图26.相同波形的各次测验，其差错亦具有极高的可重复性
回头再看图20，运用仿真GPS信号的最大长处之一，便是可到达可重复的定位成果。因为此特性可让咱们承认：所报答的定位信息，并不会因为规划迭代(Iteration)而发生改动，因而在开发的规划查验阶段中，此特性分外重要。
丈量动态定位准确度
GPS接收器测验的最终1种办法，便是丈量接收器的追寻功用，使其在大范围的功率强度与速度中保持定位。在曩昔，此种测验(往往亦为功用测验)的常见办法之一，便是整合驱动测验与多途径衰减(Multi-path fading)模仿。在驱动测验(Drive test)中，咱们运用可导入很多信号减损(Impairment)的已知途径，驱动原型接收器。因为驱动测验是将天然减损套用至GPS卫星信号的简略办法，因而这些丈量往往亦不行重复。事实上，如GPS卫星移动、气候条件的改动，乃至年度时刻(Time of year)的要素，均可影响接收器的效能。
因而，现在有1种逐步遍及的办法，便是于驱动测验上记载GPS信号，以很多信号减损查验接收器效能。若要进一步了解设定GPS记载体系的办法，请参阅前述章节。而在驱动测验计划中，有多款PXI机箱可供挑选。最简略的办法，便是运用DC机箱并以轿车电池进行供电。其次可运用规范的AC机箱，调配转化器即可运用轿车电池供电。在此2种选项中，DC机箱的耗电量较低，但亦较难以于试验室中供电。如下列所示的规范AC机箱运用成果，其所供电的体系则包括1组外接的车用电池，与1组DCtoAC转化器。
一旦咱们完结GPS信号的记载作业，即可透过相同的测验数据重复测验接收器。在下方的阐明中，咱们追寻接收器的经度、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。在下方丈量中，咱们所出现的接收器特性参数，仅有定位与卫星C/N值。请留意，在履行这些丈量作业的一起，亦可剖析其他信息。尽管下列成果中并未丈量水平准确度衰减(Horizontal dilution of precision，HDOP)，但此特性参数亦可供给很多的接收器定位准确度信息。
若要获得最佳成果，则应的确同步化接收器与RF发生作业的指令接口。下方所示成果中，咱们将COM埠(pin2)的数据信道做为开端触发器，以针对RF矢量信号发生器与GPS模块进行同步化。此同步化办法仅需恣意波形发生器的1个频率循环(100MS/s)，即可进行矢量信号发生器与GPS接收器的同步化。因而最大的曲解(Skew)应为10μS.并请留意，因为咱们将获得接收器的经纬度，所以由同步化作业所形成的准确度过错，将为10μs乘以MaxVelocity(m/s)，或为0.15mm.
运用上述的设定，咱们即可准时获得接收器的经纬度。成果即如下图所示：
图27与28.每4分钟所得到的接收器经纬度
在图27与28所出现的数据中，即运用已记载的驱动测验信号，获得核算、定位，与速度的相关信息。此外咱们可观察到，在每次的测验之间，此项信息具有相对的可重复性;即为每个独立轨道所出现的差异。事实上，这便是咱们最需求的接收器可重复性(Repeatability)。因为可重复性信息将可预估GPS接收器准确度的改动景象，因而咱们亦可核算波形各个样本之间的规范差错。在图29中，咱们在各次同步化取样作业之间，绘出规范的定位差错(相对于均匀方位)。
图29.依时刻获得的经度与纬度规范差错
当看到水平规范差错时，可留意到规范差错在120秒时快速添加。为了进一步了解此现象，咱们亦依据接收器的速度(m/s)与C/N值的Proxy，绘出总水平规范差错。而咱们预先假定：在没有高功率卫星的条件下，卫星的C/N比值仅将影响接收器。因而，咱们针对接收器所回传4组最高高度的卫星，均匀其C/N比值而绘出另1组C/N的Proxy.成果即如下列图30所示。
图30.定位准确度与C/N值的相关性
如图30所示，在120秒时所发生的峰值水平过错(规范差错中)，即与卫星的C/N值发生直接相关，而与接收器的速度无关。此次取样的规范差错约为2公尺，且已低于其他取样约10公尺的差错。一起，咱们可发现前4名的C/N均匀值，由将近45dB-Hz骤降至41dB-Hz.
上述的测验不只阐明C/N比值对定位准确度的影响，亦阐明晰已记载GPS数据所能进行的剖析作业品种。在此测验中的GPS信号驱动记载作业，是在我国深圳(Shenzhen)北方的惠州市(Huizhou)所进行。并接着于德州奥斯汀(Austin Texas)测验实践的接收器。
定论
如整篇文件所看到的，现在已有多项技能可测验GPS接收器。尽管如灵敏度的根本丈量，最常用于出产测验中，可是此丈量技能亦可用于查验接收器的效能。这些测验技能尽管各有改动，可是均可于单一PXI体系中全数完结。事实上，GPS接收器均可透过仿真或记载的基带(Baseband)波形进行测验。透过整合的办法，工程师可履行完好的GPS接收器功用测验：从灵敏度到追寻其可重复性。
