“探秘IC实验室”之GNSS测试

2021-04-06 16:04:15 SC 43

当你驱车导航前往陌生的环境、当你想搜索找到最近的咖啡厅、当你在家里想点一杯奶茶……你早已在不知不觉中享受到了卫星定位带来的极大便利。那么你是否对卫星定位有所了解?为什么有时候定位会出现偏差?在产品上市前,如何确保它的定位功能的质量?让我们走进紫光展锐全球创新测试中心的GNSS实验室,一起去探究关于卫星定位的秘密吧......


一、GNSS简介及分类


GNSS的全称是全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System),它泛指所有的卫星导航系统,包括美国的GPS、俄罗斯的Glonass、欧洲的Galileo、中国的北斗卫星导航系统,以及相关的增强系统(Satellite-Based Augmentation System)、区域系统QZSS(Quasi-Zenith Satellite System)和以后要建设的其他卫星导航系统。


图1:GNSS系统分类


要实现卫星定位,必须在设备中内置GNSS模块,负责接收卫星信号,经过处理之后得到定位结果。这些数据被操作系统或者APP调用,即可起到精准定位的作用。可见,真正定位的实现是通过GNSS模块实现的。能否搜到并使用北斗卫星,取决于GNSS模块是否支持,而相关的APP只是通过指定的接口从GNSS模块获取位置。


二、GNSS定位技术有哪些常见性能指标?


TTFF(Time to First Fix):从启动定位设备到首次正常定位所需的时间;


Position Accuracy :定位精度;


Speed Error :测速精度;


跟踪灵敏度:用户设备在正常定位后,能够继续保持对导航信号的跟踪和定位所需的最低信号电平,这个主要是GNSS模块持续跟踪能力的指标;


捕获灵敏度:用户设备在指定条件下,能够捕获导航信号并正常定位所需的最低信号电平,这个主要是设备进入隧道以后,再次回到露天区域能否定位的能力。


三、GNSS定位的误差是由什么造成的?


GNSS定位误差来源主要有:GNSS卫星、卫星信号的传播过程、以及地面接收设备本身的性能,其中多路径效应是城市使用定位业务偏差大的主要来源。


多路径效应:理想状态下,卫星信号将沿最短路径直接达到接收机天线。而如果天线附近有反射物,接收机天线几乎同时收到卫星的直接信号与反射信号,两种信号的叠加将使观测值产生附加时延量,使得定位设备所接收到的卫星信号还包含各种反射和折射信号的影响,这就是所谓的多路径效应。


常见多径场景举例:


场景一:陆家嘴金融中心


此类区域高楼林立,多径效应明显,在极端情况下偏差可在百米以上。(绿色为理想轨迹,红色为偏差轨迹)


图2:实测陆家嘴金融中心路段轨迹


场景二:延安高架下


此类区域因高架等建筑物遮挡严重,可能导致GPS信号消失。(绿色为理想轨迹,红色为偏差轨迹)


图3:实测延安高架路段轨迹


场景三:密林中低速骑行


此类场景也属于遮挡严重的区域,对慢速骑行或者步行场景会有比较多的影响。(绿色为理想轨迹,红色为偏差轨迹)


图4:实测密林骑行轨迹


四、关于GNSS测试


基于全球大部分国家展开定位测试,采集全球卫星信息以及典型路线进行实验室仿真模拟。


一致性测试系统:


该系统支持各类室内和室外位置测试场景,涉及协议一致性验证(主要为运营商认证)、性能验证等,支持2G/3G/4G网络模拟。认证内容包含国际标准OMA(SUPL1.0,SUPL2.0)、3GPP(AGPS协议)及运营商定制用例。


图5:一致性测试系统


(注:由上至下是由思博伦CS8移动设备测试仪、GSS6700 Multi-GNSS模拟器、SR8068测试配置单元和SR3420无线网络仿真器组成)


性能测试系统:


该系统通过还原回放各类GNSS场景路线进行版本迭代验证。同时辅以星群模拟器验证强、中、弱信号的TTFF、定位精度、定位速度测试及灵敏度性能。


图6:性能测试系统(注:右侧为思博伦GSS6425 RPS记录与回放系统)


各类定位服务大大改变了我们的生活。无论身处何地,都不会因迷失方向而茫然无措。技术的发展拓宽了我们对生活的想象,对产品的精益求精则是一切得以实现的基础。