GPS测试详解

GPS是一种很常见的全球定位系统，一般民用GPS使用的是GPS系统的L1载波,频率为1575.42MHz。那么一般GPS卫星在离地面1万2千公里的高空上，24颗卫星以12小时的周期环绕地球运行,使得在任意时刻,在地面上的任意一点都可以同时观测到4颗以上的卫星。这样GPS可以有效的进行2D（平面地图）3D（立体地图）定位。

那么GPS性能到底如何其实是看它接收信号的能力，也就是它的定位时间的精确度，搜索卫星的数量越多、时间越短定位就越准。所以在行业内对GPS有个完整的测试流程。

对于GPS，测试包括定位精度，冷启动热启动温启动的TTFF，跟踪时间和捕获时间。此外还有A-GPS性能测试。但是这多是对于芯片处理运算能力的标准，对于单纯的射频链路，主要的就是信噪比C/N0，N0为噪声功率谱密度。这个也就是对于接收机的NF的测试。以往做过的项目是以-130dBm为参考值，按常温下热噪声是-174dBm/HZ，那输入SNR应该是44dB,现在手机GPS方案一般都是滤波器+LNA+滤波器的方案，按正常项目，前一个滤波器的插损应该是0.8dB左右，LNA的噪声系数1左右。LNA的增益一般在10以上，所以后面的滤波器贡献的NF就比较小了，所以算下来整个射频通路的NF大概是2dB左右，所以输出SNR应该是在41-42dB（这个需要用专门的软件来读）.此外如果没有GPS卫星信号发生器，可以输入1575.42MHz的单点频信号进行测试，原理同上，不过要根据频谱分析仪的RBW设置适当调整要求值。由于一般频谱分析仪的噪底都在145dBm/Hz，所以输入信号就要设置的高一点，比如-80至-100dBm左右，也不要太高，毕竟要考虑到接收机的压缩特性。此外输出的不是比噪声功率谱密度而是比噪声了，所以结果要考虑到RBW的设置，比如输入-100，RBW设置为1K，NF是2，那么输出的SNR为-100dBm-(-174dBm/Hz+10LOG1000)-2=42.这里大家区分开C/N0和S/N，否则看到输入不同的功率结果却一样肯定会比较迷糊。

GPS测试项如下：

GPS首次定位时间（第一次启动时2D定位与3D定位时间）

射频信号干扰

冷启动与暖启动定位时间

接收机重新捕获GPS信号时间

静止定位精度

接收机灵敏度

动态定位时间

在测试当中GPS首次定位时间是检测它性能的首要条件，主要检测在正常无干扰信号条件下，GPS的定位时间与搜索卫星的数量。

下面我将介绍一下GPS的首次定位时间测试。

进行测试所用到的设备包括：信号源（E4438C）、干扰源（E8572D）、功率分配器、衰减器、射频线。

注意：当我门测试的时候必须要再屏蔽室中搭建测试环境，否则GPS接收的信号就不是信号源所给出的信号，测试出来的结果就不是真正所要的结果。

具体测试操作步骤：

GPS首次定位时间

打开信号源E4438C，进入Mode选件然后点击屏幕最后一个按键翻页，进入第二页后 选择GPS选项。

当进入GPS选件后屏幕会有两行显示，这时我们选择RealTimeMSGPS选项。

进入下图1界面的时候我门需要设置最大卫星颗数，然后进入Scenario选项。

再进入GotoRow选项选择需要的地图，找到“selectScenario”选件点击这个选项，就已经进入到所需要的地图当中了。

选定了地图后在屏幕界面右上方会有一个RealTimeMSGPSOff/ON的选项，这个选项是打开或者关闭GPS信号的选件，我们按下按钮选择打开GPS信号。（按下选件按钮的时候注意，按一下等待几秒钟看看信号是否打开，如果没有重复操作）

进入E4438C中的Amplitude选件设置信号强度，信号强度不要设置太大，因为GPS接收的信号本来就很小（信号大约在-100dBm左右），输出信号过大会导致GPS不能定位。

启动GPS定位软件，按照下面的表格填依次测试GPS2D定位时间、GPS3D的定位时间。（不同信号强度测试的时候必须重新启动GPS）

信号强度(dBm)

GPS2D定位时间

GPS3D的定位时间

备注

-128

120秒

10分

-105

85秒

7分

-99

76秒

6分

表1

射频干扰测试

搭建测试示意图如下图2

按照图2示意图搭建系统，

首先让GPS进入搜索状态，打开GPS信号源。

确认GPS有效3D定位记录下此时信号强度。

在模拟信号不变的情况下，将干扰信号设置为相同频率与功率，然后逐渐以1dBm的幅度增加干扰信号。

检测干扰信号的强度在多大时候GPS丢失导航定位。

记录下干扰信号源的信号强度。

在这里我们只简单介绍了GPS产品部分的测试，如果想了解更多的测试信息可联系就近的摩尔实验室（MORLAB）。