1、GPS測試知識介紹,模塊硬件測試部 沈峰 2008-7-20,GPS測試知識介紹,第一節(jié): GPS信號,第二節(jié): GPS主要測試術(shù)語,第三節(jié): 目前在用測試軟件,GPS信號,載波:頻率為fL1和fL2的射頻正弦信號； 測距碼：每種服務(wù)（即SPS和PPS）對應(yīng)一組稱為偽隨機噪聲（PRN）序列或PRN碼二進制碼。 導(dǎo)航數(shù)據(jù)：二進制碼電文由衛(wèi)星健康狀態(tài)、星歷（衛(wèi)星位置和速度）、鐘偏參數(shù)和歷書（給出星座中所有衛(wèi)星的降低了精度的星歷）等數(shù)據(jù)組成。,GPS信號結(jié)構(gòu):由3個分量組成,GPS信號,基準(zhǔn)頻率 10.23 MHz,x 154,x 120,L1 1575.42 MHz,L2 1227.60 MHz,

2、C/A Code 1.023 MHz,P-Code 10.23 MHz,P-Code 10.23 MHz, 10,50 比特/秒,衛(wèi)星軌道信息,每一顆 GPS 衛(wèi)星發(fā)射一組無線電信號 信號由兩個載波 (L1 與 L2) 及兩個偽隨機碼 (L1 上的 C/A 碼 與同時調(diào)制在 L1 及 L2 上的 P 碼或 Y 碼) ，還有一組衛(wèi)星軌道信息組成,備注: 一種是標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)(SPS: Standard Positioning Service)，另一種是精密定位服務(wù)(PPS: Precision Positioning Service)。 SPS主要面向全世界的民用用戶;PPS主要面向美國及其盟國的

3、軍事部門以及民用的特許用戶。,GPS信號頻率分配:,L1是1563.421587.42MHz; 1575.42MHz,L2是1215.601239.60MHz; 1227.60MHz,L5是1164.451188.45MHz; 1176.45MHz,GPS信號,1164,1593,1559,1610,1260,1215,1188,1216,1240,1256,1300,1563,1587,MHz,Galileo,GLONASS,GLONASS,Galileo,Galileo,Galileo,GPS,GPS,GPS,L5,E5A,L2,E5B,G1,G2,E1,L1,E2,E6,RNSS,RNS

4、S,ARNS,ARNS,說明:GNSS是全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的統(tǒng)稱; RNSS是指無線電衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng); ARNS是指航空無線電導(dǎo)航服務(wù).,GPS導(dǎo)航數(shù)據(jù)信息：,GPS導(dǎo)航電文：分為幀和子幀。子幀1、2、3每0.5分鐘重復(fù)一次；子幀4、5每12.5分鐘重復(fù)一次。子幀1、2、3應(yīng)用于正在傳輸信號的那顆衛(wèi)星；子幀4、5則對應(yīng)于所有衛(wèi)星。 導(dǎo)航電文以50比特/秒的速率發(fā)射，比特持續(xù)時間為20ms，接收整組電文需要12.5分鐘?；镜男l(wèi)星星歷和時鐘參數(shù)每30秒重復(fù)一次。,GPS信號,TLM,HOW,衛(wèi)星的時鐘校正、健康狀態(tài)/精度,TLM,HOW,歷書,TLM,HOW,歷書、電離層模型參數(shù)，dUTC數(shù)據(jù),TL

5、M,HOW,衛(wèi)星的星歷參數(shù),TLM,HOW,衛(wèi)星的星歷參數(shù),1,2,3,4,5,TLM,HOW,衛(wèi)星的時鐘校正、健康狀態(tài)/精度,TLM,HOW,歷書,TLM,HOW,歷書、電離層模型參數(shù)，dUTC數(shù)據(jù),TLM,HOW,衛(wèi)星的星歷參數(shù),TLM,HOW,衛(wèi)星的星歷參數(shù),1,2,3,4,5,TLM,HOW,衛(wèi)星的時鐘校正、健康狀態(tài)/精度,TLM,HOW,歷書,TLM,HOW,歷書、電離層模型參數(shù)，dUTC數(shù)據(jù),TLM,HOW,衛(wèi)星的星歷參數(shù),TLM,HOW,衛(wèi)星的星歷參數(shù),1,2,3,4,5,TLM,HOW,衛(wèi)星的時鐘校正、健康狀態(tài)/精度,TLM,HOW,歷書,TLM,HOW,歷書、電離層模型參數(shù)，

6、dUTC數(shù)據(jù),TLM,HOW,衛(wèi)星的星歷參數(shù),TLM,HOW,衛(wèi)星的星歷參數(shù),1,2,3,4,5,子幀,幀,6,12,18,24,30,0.5,1.0,12.5,時間（秒）,時間（分鐘）,世界范圍內(nèi)的用戶可視衛(wèi)星數(shù)的直方圖(24顆基線星座,衛(wèi)星仰角大于5),GPS信號,50,0.01,30,10,1,0,概率%,GPS 衛(wèi)星發(fā)射狀況,Navstar 14 (PRN 14): 1989年 2月 14日 Navstar 13 (PRN 2): 1989年 6月 10日 Navstar 16 (PRN 16): 1989年 8月 18日 Navstar 19 (PRN 19): 1989年 10月

7、21日 Navstar 17 (PRN 17): 1989年 12月 11日 Navstar 18 (PRN 18): 1990年 1月 24日 Navstar 20 (PRN 20): 1990年 3月 26日 Navstar 21 (PRN 21): 1990年 8月 2日 Navstar 15 (PRN 15): 1990年 10月 1日 Navstar 23 (PRN 23): 1990年 11月 26日 Navstar 24 (PRN 24): 1991年 7月 4日 Navstar 25 (PRN 25): 1992年 2月 23日 Navstar 28 (PRN 28): 199

8、2年 4月 10日 Navstar 26 (PRN 26): 1992年 7月 7日 Navstar 27 (PRN 27): 1992年 9月 9日,Navstar 32 (PRN 1): 1992年 11月 22日 Navstar 29 (PRN 29): 1992年 12月 18日 Navstar 22 (PRN 22): 1993年 2月 3日 Navstar 31 (PRN 31): 1993年 3月 30日 Navstar 37 (PRN 7): 1993年 5月 13日 Navstar 39 (PRN 9): 1993年 7月 26日 Navstar 35 (PRN 5): 19

9、93年 8月 30日 Navstar 34 (PRN 4): 1993年 11月 Navstar 36 (PRN 6): 1994年 3月 10日 Navstar (PRN 3): 1996年 3月 等等 ,目前在軌衛(wèi)星有31顆，在軌軌道衛(wèi)星編號中缺少PRN1這顆衛(wèi)星編號。另外可能實際測試中還會遇到129、137的衛(wèi)星編號,然而有些GPS Solution對其進行-87,即常會看到42、50的衛(wèi)星編號，這是由于在我們的天空中還存在日本的Multi-Functional Satellite Augmentation System（MSAS）多功能衛(wèi)星增強系統(tǒng)。,GPS 衛(wèi)星發(fā)射狀況,GPS 衛(wèi)星

10、發(fā)射狀況,Sunday, July 08, 2007 10:42 AM PRN : 131 Sunday, July 08, 2007 10:42 AM PRN : 132 Monday, March 17, 2008 11:10 AM PRN : 132 Tuesday, March 18, 2008 11:32 AM PRN : 232,GPS 衛(wèi)星發(fā)射狀況,WAAS ,全名為 Wide Area Augmentation System，即廣域增強系統(tǒng)。WAAS是美國聯(lián)邦航空局（FAA）及美國交通部為提升飛行精確度而發(fā)展出來的，因為目前單獨使用 GPS 并無法達到聯(lián)邦航空局針對精確飛行導(dǎo)航

11、所設(shè)定的要求。 EGNOS ,即European Geostationary Navigation Overlay Service （歐洲靜地星導(dǎo)航重疊服務(wù)） .歐洲GNSS的目標(biāo)是分二步走,GNSS1和GNSS2，首先發(fā)展一個民間GNSS1，其主要內(nèi)容是對現(xiàn)有GPS和GLONASS的星基進行增強，即利用靜止衛(wèi)星，面向歐洲范圍內(nèi)的導(dǎo)航提供服務(wù);然后再進一步建成GNSS2，也就是通常說的伽利略計劃，從區(qū)域性漸進地擴展成全球系統(tǒng)。 日本的 Multi-Functional Satellite Augmentation System（MSAS）多功能衛(wèi)星增強系統(tǒng) .,AOR-E (EGNOS/PRN

12、 120) IOR-W (EGNOS/PRN 126) ARTEMIS (EGNOS/PRN 124) ANIK F1R (WAAS/PRN 138) GALAXY 15 (WAAS/PRN 135) MTSAT-1R (MSAS/PRN 129) MTSAT-2 (MSAS/PRN 137),(一). NEMA (二). 靈敏度 (三). TTFF (四). 定位精度,GPS測試術(shù)語,NEMA-0813,NMEA - National Marine Electronics Association (美國)國家海洋電子協(xié)會 NEMA-0813是由美國國家海洋電子協(xié)會指定的海用電子設(shè)備接口標(biāo)準(zhǔn)及

13、數(shù)據(jù)格式,許多GPS接收機采用這種標(biāo)準(zhǔn)作為數(shù)據(jù)輸入輸出格式.,什么是NEMA?,NEMA-0813,$GPGGA,031249.000,3110.6697,N,12124.7333,E,1,10,0.9,49.4,M,8.0,M,0000*55 $GPGSA,A,3,21,22,12,14,24,09,15,05,30,18,1.8,0.9,1.5*37 $GPRMC,031249.000,A,3110.6697,N,12124.7333,E,0.09,135.21,230608,A*6C $GPGGA,031250.000,3110.6698,N,12124.7333,E,1,10,0.9,

14、48.5,M,8.0,M,0000*52 $GPGSA,A,3,21,22,12,14,24,09,15,05,30,18,1.8,0.9,1.5*37 $GPRMC,031250.000,A,3110.6698,N,12124.7333,E,0.11,104.96,230608,A*6C $GPGGA,031251.000,3110.6698,N,12124.7334,E,1,10,0.9,47.6,M,8.0,M,0000*58 $GPGSA,A,3,21,22,12,14,24,09,15,05,30,18,1.8,0.9,1.5*37 $GPGSV,3,1,11,18,84,030,3

15、5,09,58,035,42,22,45,319,41,12,36,125,37*74 $GPGSV,3,2,11,05,36,147,37,21,33,209,39,14,25,289,21,30,21,168,34*76 $GPGSV,3,3,11,15,17,074,34,24,08,175,24,26,03,078,15*48 $GPRMC,031251.000,A,3110.6698,N,12124.7334,E,0.11,107.31,230608,A*64 $GPGGA,031252.000,3110.6699,N,12124.7334,E,1,10,0.9,46.8,M,8.0

16、,M,0000*55 $GPGSA,A,3,21,22,12,14,24,09,15,05,30,18,1.8,0.9,1.5*37 $GPRMC,031252.000,A,3110.6699,N,12124.7334,E,0.12,116.84,230608,A*6B $GPGGA,031253.000,3110.6700,N,12124.7335,E,1,09,1.1,46.1,M,8.0,M,0000*5C $GPGSA,A,3,21,22,12,24,09,15,05,30,18,2.1,1.1,1.7*33 $GPRMC,031253.000,A,3110.6700,N,12124.

17、7335,E,0.10,125.55,230608,A*64 $GPGGA,031254.000,3110.6700,N,12124.7335,E,1,09,1.1,45.5,M,8.0,M,0000*5C,NEMA-0813,NEMA-0813部分數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)格式:,NEMA-0813,GGA語句. Global Positioning Systems Fix Data ,GPS固定數(shù)據(jù) 這是一幀GPS接收機時間、位置和定位描述的主要數(shù)據(jù),也是用途最廣的數(shù)據(jù). $GPGGA,063608.000,3112.2493,N,12124.4675,E,2,8,0.96,17.8,M,8.0,M,000

18、0,0000*5C,NEMA-0813部分常用數(shù)據(jù)的格式:,HDOP值:是指水平（即二維）坐標(biāo)的精度強弱度,為緯度和經(jīng)度等誤差平方和的開根號值。 天線高程:接收機天線所在的海平面高度. 大地水準(zhǔn)面:一個特殊的重力等位面，可以認為是平均海水面其在大陸下的延伸，該面處處與重力方向垂直。,NEMA-0813,GLL語句. Geographic PositionLatitude/Longitude 描述當(dāng)前經(jīng)緯度位置的地理坐標(biāo)，定位的UTC和狀態(tài)。 $GPGLL,3112.2493,N,12124.4675,E,063608.000,A,D*5E,NEMA-0813部分常用數(shù)據(jù)的格式:,NEMA-08

19、13,GSA語句. DOP and Active Satellites GPS星座幾何精度因子. $GPGSA,A,3,24,09,22,21,15,05,18,26,1.28,0.96,0.84*0A,NEMA-0813部分常用數(shù)據(jù)的格式:,說明: GDOP (幾何), 包含緯度、經(jīng)度、高程及時間 PDOP (點位) 包含緯度、經(jīng)度及高程 HDOP (平面) 包含緯度及經(jīng)度 VDOP (高程) 僅包含高程,NEMA-0813,GSV語句Satellites in view 可視衛(wèi)星狀態(tài) $GPGSV,3,1,11,18,78,359,24,09,66,036,42,22,38,318,28,

20、21,38,213,25*7A $GPGSV,3,2,11,12,31,134,39,05,29,154,47,14,22,283,23,15,21,068,47*7F $GPGSV,3,3, 11,30,16,170,34,24,14,177,34,26,08,072,30*43,NEMA-0813部分常用數(shù)據(jù)的格式:,NEMA-0813,RMC語句.Recommended Minimum Specific GNSS Data 時間,日期,位置信息,運動和速率數(shù)據(jù). $GPRMC,070715.000,A,3112.5794,N,12129.8774,E,215.87,321.73,2304

21、08,A*53,NEMA-0813部分常用數(shù)據(jù)的格式:,NEMA-0813,VTG語句. Course Over Ground And Ground Speed 方向(相對于正北)和速度. $GPVTG,T,M,0.002,N,0.004,K,A*25,NEMA-0813部分常用數(shù)據(jù)的格式:,NEMA-0813,ZDA語句. Time And Data 時間和日期 $GPZDA,133903.00,09,11,2006,00,00*60,NEMA-0813部分常用數(shù)據(jù)的格式:,靈敏度,GPS靈敏度 GPS靈敏度是指：GPS接收機可以正常工作所需要的輸入最小信號強度，一般用dBm表示，是一個臨界

22、值。 分類 【捕獲】 ： 用戶設(shè)備對接收到的GPS衛(wèi)星信號完成碼識別、碼同步和載波相位同步的處理過程；捕獲靈敏度：使GPS接收機能夠可以正常捕獲到衛(wèi)星信號并定位的所需要的最小輸入信號電平值。 【重捕獲 】： GPS接收機因信號遮擋等原因短時間失鎖后重新捕獲信號的過程，一般很快便能完成；重捕獲靈敏度：使GPS接收機能夠可以正常重新捕獲到衛(wèi)星信號并定位的所需要的最小輸入信號電平值。 【跟蹤】： 對捕獲到的GPS衛(wèi)星信號繼續(xù)保持碼同步和載波相位同步的過程；跟蹤靈敏度：使GPS接收機能夠可以正常保持跟蹤衛(wèi)星信號并定位的所需要的最小輸入信號電平值。,GPS靈敏度的定義及分類:,靈敏度,知名GPS接收芯片

23、靈敏度性能:,另外有些芯片具有輔助捕獲靈敏度，這里不作介紹。,TTFF,TTFF的定義 Time To First Fix,首次定位時間。 TTFF的分類 【冷啟動】：GPS接收機在不知道星歷、歷書、時間和位置的情況下開機，需要較長時間才能正常定位。以下幾種情況開機均屬冷啟動。初次使用時；電池耗盡導(dǎo)致星歷信息丟失時；關(guān)機狀態(tài)下將接收機移動1000公里以上距離。 【溫啟動】：GPS接收機在不知道星歷，但存有歷書、時間和位置的情況下開機，達到正常定位的時間比冷啟動短。距離上次定位的時間超過兩個小時的啟動。 【熱啟動】：GPS接收機在存有星歷、歷書、時間和位置的情況下開機，達到正常定位的時間比溫啟動

24、短。距離上次定位的時間小于兩個小時的啟動。 注釋:【星歷】 (Ephemeris):精確描述天體（如GPS衛(wèi)星）位置的以時間為變量的函數(shù)的一組參數(shù)。目前，GPS星歷有“廣播星歷”和后處理的“精密星歷”。 【歷書】 (Almanac):歷書中含有衛(wèi)星軌道參數(shù)、開普勒元素、衛(wèi)星鐘差、電離層延遲參數(shù)、衛(wèi)星健康狀態(tài)等信息，與衛(wèi)星星歷的內(nèi)容大體相同，不過較為粗略，GPS接收機利用此信息捕獲衛(wèi)星。,TTFF的定義和分類,定位精度,GPS接收機定位精度介紹:,定位精度可在靜態(tài)與動態(tài)情況下進行考察，且動態(tài)定位效果優(yōu)于靜態(tài)定位。GPS所標(biāo)稱的定位參數(shù)是指在完全開放的天空下，衛(wèi)星信號優(yōu)良的情況下測得。 常見的水平

25、定位精度描述方式有兩種：(以SIRF3為例) 一是 CEP，即圓概率誤差，意指測出的點有50%的概率位于一個以真實坐標(biāo)為圓心，以2.5m 為半徑的圓內(nèi)； 二是2DRMS，即2倍水平均方根誤差，意指測出的點有約95%的概率位于一個以真實坐標(biāo)為圓心，以6.0m 為半徑的圓內(nèi)。 2DRMS=2.4*CEP,定位精度,GPS接收機定位精度誤差:,GPS接收機的定位精度取決于很多方面，比如來自于GPS系統(tǒng)的衛(wèi)星鐘差及軌道差、可見GPS衛(wèi)星數(shù)量及幾何分布、太陽輻射、大氣層、多徑效應(yīng)等。另外，同一個GPS接收機，還會因為天線及饋線質(zhì)量、天線位置和方向、測試時間段、開放天空范圍及方向、天氣、PCB設(shè)計等原因產(chǎn)

26、生不同的定位誤差。即使是同一個廠家同一個型號的不同GPS接收機使用天線分集器同時進行測試時，靜態(tài)漂移量也會有差別。,對定位精度要求較高時需要注意: GPS 需要良好的對天通視 接收天線的觀測視野中不應(yīng)該存在障礙物,GPS信號源控制軟件 TTFF測試軟件 靜態(tài)精度測試軟件 靜態(tài)漂移測試軟件 開闊天空收星性能測試軟件 GPS場測測試軟件,目前在用測試軟件,目前在用測試軟件,GPS信號源控制軟件 目前我們simcom擁有一臺SPIRENT的GSS6100單通道GPS信號源，通過GPIB cable或USB cable與PC相連接. PC使用 控制軟件,控制GPS信號源信號強度的輸出.(-127dBm

27、),lenovo,GSS6100,然后UTC通過串口線將數(shù)據(jù)反饋給PC,PC讀出UTC上的C/N0值.,Simcom固定資產(chǎn),目前在用測試軟件,GPS信號源控制軟件,目前在用測試軟件,TTFF測試軟件:,選擇com口和波特率,確定后單擊連接按鈕,收星定位后,單擊接收機初始化按鈕,彈出左圖對話框,目前在用測試軟件,TTFF測試軟件:,目前在用測試軟件,TTFF測試軟件:,目前在用測試軟件,靜態(tài)精度測試軟件:,目前在用測試軟件,靜態(tài)精度測試軟件:,目前在用測試軟件,靜態(tài)精度測試軟件:,目前在用測試軟件,靜態(tài)精度測試軟件:,目前在用測試軟件,靜態(tài)精度測試軟件:,目前在用測試軟件,靜態(tài)漂移測試軟件:,目前在用測試軟件,靜態(tài)漂移測試軟件:,我們一般先將之前保存的NEMA語句更改成TXT文件格式,然后在這里選擇NEMA Log Files(*.txt ; *.nema),靜態(tài)漂移測試軟件:,目前在用測試軟件,開闊天空收星性能測試軟件:,目前在用測試軟件,選擇開闊的區(qū)域，天上無云，衛(wèi)星信號較佳時. 盡量避免多徑效應(yīng)、大氣層、衛(wèi)星信號本身等影響，這樣就盡可能的認為減小測試誤差.,目前在