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GPS信号测试的基本要求

GPS 模块性能的评价指标主要是接收灵敏度、定位时间、位置精度、功耗、时间精度等。模块开机定位时间在不同的启动模式下有很大不同。一般来说,冷启动时间是指模块内部没有保存任何有助于定位的数据的情况,一般在1 分钟以内;暖启动时间是指模块内部有较新的卫星星历(不超过2 小时),但时间偏差大,一般标称在45 秒内;热启动时间是指关机不超过20 分钟,并且RTC 时间误差很小时的情况,一般标称在10 秒以内。定位精度可在静态与动态情况下进行考察,且动态定位效果优于静态定位。GPS 模块的定位精度取决于很多方面,比如来自于GPS 系统的卫星钟差及轨道差,可见GPS 卫星数量及集合分布、太阳辐射、大气层、多径效应等。另外,同一个GPS 模块,还会因为天线及馈线质量、天线位置和方向、测试时间段、开放天空范围及方向、天气、PCB 设计等原因产生不同的定位误差。GPS 模块在实际应用中经常作为时间基准,辅以模块内的RTO,可获得非常高精度的时间参考,为产品的设计提供了很大的方便。

GPS 常见的天线是陶瓷平板天线,成本低,外部加有源放大电路,接收信号方向单一,增益比较高,所以采用最多。缺点是体积大,容易受温度影响产生频率漂移,如果把陶瓷面积做小,会影响接收增益,如果做薄则会影响接收天线接收带宽,还会受有源放大部分影响。目前多使用的尺寸是25*25*4mm,陶瓷片天线在实际使用时垂直向上放置时效果最好。GPS 天线的信号传输线同样非常重要,包括外部馈线与PCB 走线。只有在阻抗匹配时输出功率才可能最大,因此整个传输线要保证50 欧姆的高频阻抗。

GPS信号测试的基本要求    

GPS 有两个射频波段:1575.42MHz(L1 波段)、1227.6MHz(L2 波段),商用GPS 在L1 波段,接收机接收到最小信号功耗为-133dBm 到-130dBm,测量的频谱分析仪的可用频率要高出5 倍卫星信号频率以上,才能满足最基本的谐波失真测量。所有测量系统中的同轴线、接头、负载等所有器件的阻抗特性都要是50欧姆,才能匹配良好。

a、 增益测量

GPS 射频前端的增益是指输入到ADC 的信号与GPS 天线接收到的信号相比的放大程度。GPS 接收机射频前端的增益一般都在110dB 左右,增益一般用SA 来测量。LNA、Fixer 等器件的增益可用矢量网络分析仪来测量S21 得到,注意确保50 欧姆匹配。两个系统性能参数体现了接收机的线性度:三阶交调点和1dB 压缩点。三阶交调特性会将邻道信号的交调项混到有用信号中,造成信号质量的退化,因此主要从1dB压缩特性来考虑系统的线性度。实际工作中的放大器其输出功率无法随着输入功率的增加而一直维持线性比例放大,最终总会达到饱和,当放大器的增益较线性的理想值减小1dB 时的输入功率称之为输入1dB 压缩点。测量时用信号发生器做功率扫描,从而找到1 dB 压缩点。

b、 噪声系数

GPS 接收机前端内部本身也会产生噪声,用噪声系统来表示,其值越小越好。GPS 接收机前级所用的LNA 的噪声系统尤其重要,如果噪声系统太大,将会影响到GPS 接收机的西灵敏度。

c、 本振到射频间的隔离度

重点考察3 方面的隔离度:信号与本振间的隔离度、信号与中频间的隔离度、本振与中频间的隔离度。

d、 本振相位噪声

本振信号的相位噪声太大会降低GPS 射频前端信噪比,从而影响GPS 接收灵敏度。

附注:提高GPS 系统接收灵敏度关键是前置LNA,格外关注LNA 低噪声系数、高增益特性、线性度、合理的带外抑制、低功耗、产品可靠性等方面的性能

序号测试项目
1冷启动到首次定位时间(TIFF)
2热启动到首次定位时间
3超热启动到首次定位时间
4重新捕获时间
5静止导航精度、动态导航精度
6接收机灵敏度
7干扰测试
8多径测试
9天线测试


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