目  錄

1．GPS導(dǎo)航簡介

2．伽利略導(dǎo)航簡介

3．Aeroflex GPS測試產(chǎn)品簡介

4．GPSG-1000測試應(yīng)用

1．GPS導(dǎo)航簡介

NAVSTAR (Navigation Satellite Timing And Ranging),，GPS (Global Positioning System) 是以衛(wèi)星為基礎(chǔ)的導(dǎo)航系統(tǒng)，最初用于軍用導(dǎo)航,，由美國國防部建立和控制?，F(xiàn)在部分GPS功能可用于民用。

民用GPS全天候提供精度高于100米的三維定位和精確時間,。GPS通過三角定位方式計算位置,。當已知衛(wèi)星位置、衛(wèi)星至接收機的距離,，多顆衛(wèi)星就可以精確定位接收機,。GPS通過測算時間來計算距離,。

GPS系統(tǒng)由三部分組成

空間部分

控制部分

用戶部分

空間部分

空間由空間飛行器（SV）或衛(wèi)星組成,，通常有24顆衛(wèi)星和備用衛(wèi)星,。每顆衛(wèi)星在20200公里高空12小時軌道上，每天以同樣的地面軌跡運行,。任何地點均可以看到5到12顆衛(wèi)星,。

6條軌道平面均勻地分布在地球周圍，相互夾角60度,，與赤道夾角55度,。平面命名為A到F。每個軌道平面有四顆衛(wèi)星,，空間位置不是平均分布,，臨近衛(wèi)星位置從31.13度至119.98度。每個平面上均有不同的衛(wèi)星角度間隔,。一個計算機模型計算衛(wèi)星空間位置,，以便在某一衛(wèi)星故障時依然能夠保持理想的衛(wèi)星幾何分布。

GPS SV 框圖

GPS SV信號數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

每一GPS衛(wèi)星發(fā)射具有獨特編碼簽名的相同載波信號,。此簽名由1023位偽隨機噪聲（PRN）編碼構(gòu)成,，以1 ms周期重復(fù)發(fā)射。PRN碼與50bit/s的導(dǎo)航數(shù)據(jù)異或計算,。合成的編碼以BPSK方式調(diào)制1575.42MHz載波,。最終產(chǎn)生擴頻信號。

控制部分

在全球分布有6個未命名的監(jiān)測站,。每一監(jiān)測站連續(xù)監(jiān)測和接收GPS衛(wèi)星發(fā)出的信息,，并傳送軌道和時鐘信息至主控制站。五個控制站（除Hawaii外）可向GPS衛(wèi)星上載信息,。Colorado Springs被用于主控制站（MCS）,。MCS從其它監(jiān)測站連續(xù)接收GPS衛(wèi)星、軌道和時鐘信息,。MCS對數(shù)據(jù)進行必要的精確修正,，并通過地面天線向GPS衛(wèi)星發(fā)送歷書（ephemeris）信息。

GPS控制部分的作用：

通過非經(jīng)常的,、指令控制的小動作運動,，使衛(wèi)星保持正確的運行軌道

修正和調(diào)整衛(wèi)星時鐘和數(shù)據(jù)

跟蹤GPS衛(wèi)星，生成并上載導(dǎo)航數(shù)據(jù)至每顆衛(wèi)星

在衛(wèi)星故障時調(diào)制衛(wèi)星位置以減小影響

用戶部分

GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號使GPS接收機可以計算時間和距離,。GPS接收機僅接收信號,，不發(fā)射信號。GPS發(fā)射的信號具有兩個頻率：L1（1575.42MHz）和L2 (1227.6MHz),。L1頻段可用于民用,，L2頻段主要用于軍用。

GPS現(xiàn)代化

GPS系統(tǒng)現(xiàn)代化進程正在布署,，增加了新的信號,，以提高精度和完整性,。

GPS現(xiàn)化代信號

L2CS

L2CS提供了L2頻率的民用信號。由于硬件結(jié)構(gòu)不同,，它僅在名為Block IIR-M及之后的衛(wèi)星上發(fā)射,。L2CS信號用于增強導(dǎo)航精度、快速跟蹤和抗干擾,。不同于C/A碼,，L2CS包含兩組不同的PRN碼序列：民用中等長度碼（CM碼）和民用長碼（CL碼）。CM碼有10230位長,，20ms重復(fù)一次,。CL碼長度767250位，1500ms重復(fù)一次,。它們的傳輸速率均為5115500位/秒,，兩種編碼總計速率1023000位/秒。CM碼由導(dǎo)航信息CNAV調(diào)制,，CL碼無數(shù)據(jù)調(diào)制,，因此其相關(guān)性可以比L1 C/A碼高24dB，更易于信號跟蹤,。

L5

民用生命安全信號隨GPS IIF（2009）開始發(fā)布,。兩組PRN碼在L5載波上發(fā)射：同相碼（I5）和正交碼（Q5），長度無為10230位,，速率10.23MHz（1ms重復(fù)）,。I5為10位Neuman-Hofman碼以1KHz調(diào)制，Q5為20位Neuman-Hofman以1KHz調(diào)制,。L5加載導(dǎo)航數(shù)據(jù),，Q5無數(shù)據(jù)加載。

改進的信號結(jié)構(gòu)增強系統(tǒng)的性能

比L1和L2更高的發(fā)射功率

寬帶寬提供更高的增益

使用了海事無線電導(dǎo)航服務(wù)頻段（1176.45MHz）

L1C

民用信號,，在L1頻段廣播,。PRN碼長度10230位，速率1.023Mbps,，包括訓(xùn)練載波和數(shù)據(jù)載波,，如L2C。使用BOC調(diào)制方式,。將增強與Galileo L1波段信號協(xié)同工作的能力,。

M碼（軍用）

（略）

2．伽利略導(dǎo)航簡介

Galileo是歐洲全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)，為民用提供高精度,、具有保證的全球定位服務(wù),。標準的雙頻配置，可提供精度達1米的定位。伽利略系統(tǒng)保證在除極端情況外的各種環(huán)境下服務(wù),，使其適用于安全性要求高的應(yīng)用,，如運行的火車、導(dǎo)航車和著陸的飛機,。

首顆試驗衛(wèi)星于2003年發(fā)射,。2005和2008各發(fā)射一顆測試衛(wèi)星,。2010和2011計劃發(fā)射4顆IOV衛(wèi)星,。伽利略全部運行將包括30顆衛(wèi)星（27顆運行+3顆備用），在3個距離地面23222Km的中距軌道運行,，與赤道夾角56度,。

數(shù)量眾多的衛(wèi)星、優(yōu)化的星座位置及3顆備用星,，使得單顆衛(wèi)星故障不會影響用戶使用,。通過使用BOC（二進制偏移載波）技術(shù)，減少了與GPS BPSK信號的相互干擾,。

地面部分：

2個Galileo控制中心,，位于歐洲，功能包括軌道控制,、完整性和任務(wù)控制,、衛(wèi)星控制、服務(wù)產(chǎn)品,、精確時間設(shè)備（PTF）

15個Galileo上行站：位于全球各地,，5個Telemertry、Telelcommand和Tracking站,，9個任務(wù)上行站

30個Galileo監(jiān)測站：位于全球各地,，監(jiān)視衛(wèi)星導(dǎo)航信號服務(wù)質(zhì)量

Galileo服務(wù)包括：

OS（開放服務(wù)）：免費發(fā)射，最大的用戶群,，提供時間和定位（1米精度）

CS（商用服務(wù),，加密）：高數(shù)據(jù)速率，定位精度達厘米,。確保為付費者的服務(wù),。

SoL（生命安全）：開放服務(wù)，用于對精度要求高的應(yīng)用,，提供完整性信息,。

PRS（公共管理服務(wù)，加密）：在危急時刻仍然能提供服務(wù),，主要客戶為政府機構(gòu)

SAR（搜救服務(wù)）：收集遇險信標位置信息,，可發(fā)送反饋信息，確認救援正在路上。

Galileo信號

3．Aeroflex GPS測試產(chǎn)品簡介

Aeroflex提供有兩款GPS仿真測試設(shè)備：

單星測試設(shè)備：GPS-101

6星/12星測試設(shè)備：GPSG-1000

GPS-101全球定位模擬器能夠?qū)θ蛐l(wèi)星定位(GPS)系統(tǒng)接收機進行精確和可重復(fù)的測試,。這種測試能力通過模擬一顆全球定位衛(wèi)星,，并生成一個特定的衛(wèi)星(SV)和導(dǎo)航(NAV)數(shù)據(jù)碼型來實現(xiàn)。結(jié)合遠程載入的GPS星歷信息和RF電平/頻率控制,，GPS-101為驗證GPS系統(tǒng)操作完整性提供了一款輕松便攜的測試解決方案,。

快速驗證GPS接收機的操作完整性

可選擇衛(wèi)星（SV）數(shù)據(jù)和導(dǎo)航（NAV）數(shù)據(jù)

可調(diào)整RF電平，范圍從-85 dBm至-145 dBm,，步長為1 dB

多普勒頻移控制使操作人員可以選擇大約4 kHz的載波頻移

使用實時時鐘存儲GPS星歷

直接（或通過天線耦合器）連接接收機

采用電池供電,，輕巧便攜

GPSG-1000 是一種可通過軟件升級的單載波、多信道模擬器,，便攜式,、電池供電，具有6通道和12通道兩種配置,。擁有6信道配置的 GPSG-1000 提供三維位置模擬,，其中五個信道支持 RAIM 運行，一個信道用于 SBAS,、WAAS 或 EGNOS 模擬,。12信道配置具有與6信道單元相同的功能，并增加了六個信道,。從而可選擇對可見人造衛(wèi)星（SV）進行任意組合,。

模擬 GPS 信號：L1、L1C,、L2C,、L5

模擬 Galileo 信號：E1、E5,、E5a,、E5b、E6

同時模擬 GPS/Galileo 信號

模擬 SBAS 衛(wèi)星

WAAS/EGNOS L1,、L5

MSAS

GAGAN

靜態(tài)模擬或通過航路點錄入系統(tǒng)模擬多航段動態(tài)位置

6或12信道配置,，提供升級服務(wù) (支持RAIM)

可編程人造衛(wèi)星 (SV) 參數(shù)和健康狀況

用戶或 UTC 基準時間和日期

直接連接接收機或利用天線耦合器工作

配有直觀用戶界面的超大觸摸屏顯示器

遠程控制接口 USB/LAN

NMEA 0183 數(shù)據(jù)輸入

   來源：C114中國通信網(wǎng)

4．GPSG-1000測試應(yīng)用

4．1 連接方式

電纜直接連接：GPSG-1000內(nèi)部具有隔直模塊，不需外置

耦合器連接：GPSG-1000標配的耦合器具有屏蔽功能,，不需要屏蔽室

4．2 GPS接收機通訊

一些GPS接收機具有維護界面,，可提供NMEA-183語句，用戶可以看到SV的參數(shù),。使用GSA語句可以檢測GPS接收機是否定位從而進行TTFF（首次定位時間）測試,。

4．3 靈敏度測試

4．3．1 跟蹤靈敏度：接收機能夠收到單顆星的最小接收電平

將GPSG-1000與接收機耦合，從SV列表中選擇仰角接近90度的衛(wèi)星,，設(shè)置為ON,，其它衛(wèi)星設(shè)置為OFF,。改變電平，使接收機C/N值達到特別設(shè)定值,，此時電平為跟蹤靈敏度,。

4．3．2 捕獲靈敏度：接收機能夠進行靜止定位的最小接收電平

將GPSG-1000與接收機耦合，將SV列表中的衛(wèi)星全部設(shè)置為ON,。逐漸改變電平,，使接收機實現(xiàn)定位，此時電平為捕獲靈敏度,。

4．4 初次定位時間（TTFF）和定位精度測試

根據(jù)接收機保存的星歷,、歷書和位置信息的狀態(tài)不同，GPS信號強度不同,，初次定位時間也不同,，測試分為冷啟動,、溫啟動和熱啟動,。

4．4．1 冷啟動

GPS接收機沒有保存有效的星歷、歷書和位置信息,，需要依次通過GPS衛(wèi)星信號下載星歷,、歷書和位置信息。這需要幾分鐘時間,。

4．4．2 溫啟動

GPS接收機保存有近1周內(nèi)的星歷信息,，但沒有有效的歷書信息。如果接收機的時間誤差在20秒以內(nèi),，位置誤差在100公里以內(nèi),，溫啟動時間通常在60秒以內(nèi)，有時會是非常短的時間,。
注：歷書4小更新一次,。如果GPS接收機沒有溫啟動功能，可以使其歷書過期進行測試,。

4．4．3 熱啟動

GPS接收機保存有最新的星歷和歷書信息,，關(guān)機時間小于2小時，位置移動小于100米,，則熱啟動時間通常會在0.5秒至20秒,。

4．4．4 TTFF測量精度

由于衛(wèi)星每12小時圍繞地球一周，衛(wèi)星的位置和角度在不斷變化,，TTFF與衛(wèi)星分布,、角度、信號強度都有關(guān)系,，因此需要設(shè)置不同的UTC時間測試,，以驗證不同環(huán)境下性能。

4．4．5 位置精度

同樣，GPS衛(wèi)星的空間分布,、角度和強度也會影響到位置精度,，測試位置精度時，也需要在不同UTC時間下進行,，從而得到更準確的測試結(jié)果,。

4．5 接收機自體完好性監(jiān)控（RAIM）測試與SV幾何分布

具有RAIM功能的接收機需要至少5顆衛(wèi)星，通過比較不同衛(wèi)星組合方式測定的位置,，判斷定位的可靠性并適時發(fā)出警告,。

GPSG-1000可以提供6顆或12顆衛(wèi)星信號，用戶可以通過以下方式改變SV幾何分布,，降低定位精度,，從而啟動接收機RAIM警告功能：

選擇低仰角衛(wèi)星，其它衛(wèi)星設(shè)置為非健康狀態(tài)BAD

選擇衛(wèi)星使其在一個小范圍內(nèi),，夾角小,，其它衛(wèi)星設(shè)置為BAD狀態(tài)

設(shè)置極點位置：GPS衛(wèi)星的軌道產(chǎn)生了6個極點區(qū)域，這些區(qū)域上空衛(wèi)星稀少,，可視衛(wèi)星的仰角低,，定位精度差

4．6 輔助GPS（A-GPS）測試

手機內(nèi)置的GPS接收機可由基站向其傳送星歷、歷書和其它輔助數(shù)據(jù),，使其更加快速地定位,。

GPSG-1000的A-GPS選件可用于與aeroflex 4400或其它CDMA/GSM手機測試儀協(xié)同工作，對內(nèi)置GPS接收功能手機進行A-GPS協(xié)議的全面測試,。

GPSG-1000要由用戶產(chǎn)生62.5分鐘的場景,，或5個導(dǎo)航信息。這些數(shù)據(jù)文件由實時仿真軟件產(chǎn)生,，通過遠程控制由網(wǎng)口傳送,。GPSG-1000可以存儲場景和相應(yīng)的文件。這些文件包括：

Acquisition: 時間標記數(shù)據(jù)

Processed Navigation Data: 帶時間標記的星歷和歷書數(shù)據(jù),，使用工程單位

Raw Navigation Data: (5 messages) 用于靈敏度協(xié)助

4400使用這三個帶有時間標記的文件,，產(chǎn)生協(xié)助數(shù)據(jù)，并傳送給被測手機,。4400通過網(wǎng)口控制GPSG-1000仿真,，并通過硬件觸發(fā)仿真。GPSG-1000的外部10MHz時鐘由4400提供,，使得射頻信號與4400內(nèi)部用于仿真的數(shù)據(jù)同步,。