车载 GPS 导航体系是轿车电子的重要运用，跟着轿车进入普通家庭并敏捷遍及，对车载 GPS 的需求也在急速添加。车载 GPS 导航体系由车载 GPS 接纳机和导航软件组成，其间车载 GPS 接纳机的功用指标直接影响到导航运用的用户体会，是影响产品功用的要害部分。现在车载 GPS 接纳机测验并没有一致的规范，与职业很多运用的手机 GPS 测验比较，需求添加面向轿车运用的测验要求，构成愈加全面的契合轿车功用特色的车载 GPS 测验办法。本文将首要讨论 GPS 体系原理，车载 GPS 接纳机测验首要考虑的问题以及相应的测验办法。
GPS 作业原理
GPS 体系的英文全名是“Navigation Satellite Timing And Ranging/Global Position System”，其意为“卫星测时测距导航/全球定位体系”，缩写为 NAVSTAR/GPS，简称 GPS 体系。该体系是以卫星为根底的无线电导航定位体系，于 1994 年全面建成。GPS 全球卫星定位导航体系，开始时只用于军事意图，现在也广泛运用于商业和科学研究上。GPS 体系能为各类用户供给精细的三维方位、三维速度，并给出准确的卫星时刻基准。
GPS 体系包含三大部分: 空间部分-GPS 卫星星座; 地上操控部分-地上监控体系; 用户设备部分-GPS 信号接纳机。GPS 卫星星座 GPS 作业卫星及其星座由 21 颗作业卫星和 3 颗在轨备用卫星组成 GPS 卫星星座，卫星高度约 20200 公里，散布在六条升交点互隔 60 度的轨道面上，每条轨道上均匀散布四颗卫星，相邻两轨道上的卫星相隔 40 度，坐落地平线以上的卫星颗数跟着时刻和地址的不同而不同，最少可见到4颗，最多可见到 11 颗。
现在的 GPS 接纳机一般为 12 通道，即可一起监测 12 颗卫星，它的首要作业是捕获待测卫星的信号，并盯梢这些卫星的运转，对所接纳到的 GPS 信号进行改换、放大和处理，基带芯片进一步解译出 GPS 卫星所发送的导航数据，以便得到 GPS信号从卫星到接纳机天线的传达时刻，实时地核算出地点的方位和时刻。GPS 接纳机收到 3 颗卫星的信号能够输出 2D (便是 2 维) 数据，只要经纬度，没有高度，假如收到4颗以上的卫星，就输出 3D 数据，能够供给海拔高度。
GPS 接纳机的定位精度是由所运用的扩展码决议的。GPS 体系有两种码，即 C/A 码和P码。C/A 码的差错是 29.3 m 到 2.93 米。一般民用的接纳机运用 C/A 码核算定位。P 码的差错为 2.93 米到 0.293 米是 C/A 码的十分之一。可是P码只能美国军方运用。GPS 体系发送的导航数据速率只要 50 bps，通过扩展码扩展到 1.023 Mcps，然后通过 BPSK 调制到射频，频率为 L1 (1575.42 MHz) 和L2 (1227.6 MHz)，接纳机首要运用L1。
依据 GPS Standard Positioning Service SignalSpecification 规范 (第二版)，GPS 信号格局如图 1 所示，首要包含三个部分: TLM (Telemetry)、HOW (Handover Wo r d ) 和导航数据。导航数据首要有卫星的方位信息 (Ephemeris) 和时钟信息(Almanac)。也便是说，假如 GPS 接纳机要解算出方位信息，GPS 信号中有必要包含这些有用的信息比特。
图一
GPS 信号分为 5 种不同的子帧，每个子帧时刻长度为 6 秒钟，发送 300 比特有用数据，比特率为 50 bps，经
过 (Ranging Code) 的扩展抵达 1.023 MHz 的码片速率 (C/A 码)。GPS 子帧的帧结构分为 3 个部分: TLM、HOW 和导
航数据 (Navigation Data)。
根本的 GPS 接纳机测验
典型的 GPS 接纳机测验包含初次定位时刻 (TTFF)，暖发动初次定位时刻，从头捕获时刻，静态导航精度，接纳
机灵敏度，射频搅扰等，典型的测验衔接如图 2 所示。
图二
初次定位时刻测验
初次定位时刻，即 Time to First Fix (TTFF)，丈量 GPS 接纳机从冷发动到完成 GPS 导航定位所需的时刻。冷发动是指接纳机在不运用当时星历表的情况下开机。一般，将接纳机封闭至少 2 小时后再开机就能够完成冷发动。TTFF 是指 GPS 接纳机发动 (接通电源) 到通过仿真取得第一个有用的 3D 导航数据点之间的时刻距离。
测验办法是首要发动矢量信号源上的 GPS 仿真形式，然后接通 GPS 接纳机。测验至少应搜集 20 个 TTFF的有用采样，然后剖析这些采样的平均值、最小值和最大值，再核算出规范误差。如图 3 所示。
图三
暖发动初次定位时刻
暖发动初次定位时刻丈量 GPS 接纳机从暖发动到完成 GPS 导航定位所需的时刻。这个测验与之前的冷发动TTFF 测验类似。此测验中的接纳机包含一切仿真卫星的当时星历数据。一般，能够通过将之前处于开机状况的接纳机封闭一小段时刻，然后再发动，来完成暖发动。
测验办法是首要发动矢量信号源上的 GPS 仿真。接着发动 GPS 接纳机进行定位。这将保证取得 GPS 接纳机的当时星历数据。然后封闭 GPS接纳机一小段时刻，之后再发动。从发动到完成有用的3D 定位之间的时刻距离便是TTFF。测验至少应搜集 50 个TTFF 的有用采样，然后剖析这些采样的平均值、最小值和最大值，再核算出规范误差。
从头捕获时刻
从头捕获时刻是确认在正常的作业期间一切 GPS 信号呈现时刻短阻断后, 从头取得导航定位所需的时刻。完成阻断信号的办法有很多种，两种最常见的办法是在馈线中刺进一个至少60 dB 的衰减器或许直接断开仿真器到接纳机的馈线来衰减信号。丈量数据与 TTFF 丈量数据类似。
测验办法是首要发动矢量信号源上的GPS 仿真。接着发动GPS 接纳机进行定位。之后断开GPS接纳机输入端的GPS信号(射频电缆)，以仿真信号的时刻短阻断。最终再从头衔接信号。从头捕获时刻是从头衔接GPS信号和第一次从仿真取得有用的导航数据点的时刻距离。测验至少应搜集50个从头捕获的有用采样，然后剖析这些采样的平均值、最小值和最大值，再核算出规范误差。
静态导航精度
静态导航精度是确认接纳机定位仿真方位的精度。在此项测验中，静态 (非移动) 场景用作 GPS 仿真信号。测验办法是首要发动矢量信号源上的 GPS 仿真。接着发动 GPS 接纳机进行定位。典型的 GPS 测评软件供给方位确认信息。这些数据 (一般为经度、纬度和高度信息) 能够转换成地心固地笛卡尔坐标 (ECEF)，用于测评仿真方位与 GPS 接纳机核算的置。参见图 3 的典型定位信息。
接纳机灵敏度
接纳机灵敏度首要确认 GPS 接纳机在最低极限信噪比条件下的作业才能，有 2 种测验办法，分别是单星法和定位法
单星法能够丈量 GPS 接纳机获取 GPS 卫星信号的准确的功率电平，测验办法是首要发动矢量信号源上的GPS 仿真，设置可视卫星的数量应为 1。设置矢量信号源的功率电平准确反映出单个卫星信号的总功率，以便GPS 接纳机能够辨认单一 GPS 卫星信号。然后下降 GPS卫星信号的功率电平，直到 GPS 接纳机无法盯梢这颗卫星。搜集此刻功率电平缓相应的 GPS 接纳机 C/No比 数据。单星法测验速度快，装备简洁，测验本钱较低，除了研制测验外，更多地运用在出产测验中定位法测验 GPS 接纳机灵敏度测验是在丢掉 3D 定位时，丈量功率电平缓 C/No 比电平。这需求仿真至少 4 颗卫星的 GPS 信号。在此项测验中，首要发动矢量信号源上的 GPS 仿真。接着发动 GPS 接纳机进行定位。然后下降矢量信号源 GPS 信号的功率电平，直到丢掉 3D 定位。再次记录下功率电平缓相应 GPS 接纳机 C/No 比数据。
射频搅扰
射频搅扰是确认 GPS 接纳机在输入端接纳到搅扰信号时坚持正常作业的才能。在此项测验中，搅扰信号功率电平以 1 dB 的起伏递加，直到 GPS 接纳机的功用呈现显着衰减。这种搅扰一般是由于一颗呈抛物线运动的卫星所形成。搅扰信号功率电平缓慢添加，直到 GPS 接纳机丢掉其 3D 导航定位。参见图 4 的测验设置。
图四
针对车载 GPS 接纳机的首要测验
由于轿车移动的特色，针对车载 GPS 接纳机应该添加移动场景定位测验和多径式微场景定位测验
移动场景定位测验
移动场景定位测验是确认 GPS 接纳机在必定移动速度和移动轨道条件下定位的才能。在此项测验中，动态移动场景用作 GPS 仿真信号。
测验办法是首要发动矢量信号源上的 GPS 仿真，发动动态移动场景，设置必定的移动轨道，接连运转仿真。接着发动 GPS 接纳机进行定位。典型的 GPS 测评软件供给方位确认信息。这些数据 (一般为经度、纬度和高度信息) 能够转换成地心固地笛卡尔坐标 (ECEF)，用于测评仿真方位与 GPS 接纳机核算的方位的误差，一起丈量移动速度的精度，还能够通过地图检查移动轨道是否正确。参见图的典型移动轨道信息。
图五
多径式微场景定位测验
多径式微场景定位测验是确认 GPS 接纳机在多径式微条件下的作业才能。由于轿车移动在改换的环境中，大多数场景中存在多径传达，其间主途径是卫星直线传达的信号，称为 LOS 信号，即 Line of Sight，其他接纳信号则是同一信号通过折射或反射等作用后的信号，比方建筑物或山的影响。多径传达引起问题首要是由于不同途径的无线电信号抵达接纳机的时刻不同，由于各途径阅历的长度不同，长的途径时刻延迟大。多径传达会形成时延分散，严峻时会下降 GPS 接纳机的定位精度，影响初次确定时刻 TTFF，从头确定时刻等这项测验要求矢量信号源的 GPS 仿真通道数大于需求模仿的卫星数量，并运用多个仿真通道模仿卫星信号的多径传达效应，如图6所示。
图六
车载 GPS 接纳机测验计划
N5106A 装备 N 7 1 0 9 A 能够彻底掩盖以上的车载 GPS 接纳机测验要求。除了要求的测验功用外，还供给下列灵敏的功用:
● 模仿静态和动态 GPS 接纳环境
● 模仿多径传达效应
● 调整卫星可见性，能够部分或完好封闭卫星信号
● 能够实时敞开和封闭单个卫星信号
● 能够实时调整单个卫星信号的功率电平
● Ionospheric and tropospheric modeling capability
● 能够调整卫星信号播映起始点时刻
● 能够发生需求方位的静态或动态移动场景文件
● 能够在移动场景文件输入 NMEA 形式
● 供给修改卫星传达通道功用
● 能够在改动功率，时延或多普勒频移条件下测验 GPS盯梢才能
● 支撑 A-GPS 测验
● 支撑发生其他各种规范无线通信信号
图七
