我没钱,但我想要个实验室—GNSS测试

2021-07-12 11:50:11 25

相信很多系统上都用得到卫星定位和导航,大到汽车,小到手环。我们常用的卫星定位系统,在国际上统称为GNSS(global navigation satellite system),主要分这么几大类:

一般而言,上表中前四名是现在GNSS系统主流系统,芯片厂商也是支持的。这里提一句我国的北斗系统,早期的北斗需要地面站辅助,而且是双向通信——这就需要终端具备发射功能(实在是很令人吐血);现在的北斗已经实现了终端单向接收,而且后来居上超过了欧洲的伽利略系统(欧洲不提也罢,好不容易达成欧盟了现在又开始闹分裂,不成气候)。

那么我们接下来说说,如果你的系统上有GNSS功能,那么需要搭建一个怎样的实验室,需要哪些设备?

第一步:整体规划

开始规划实验室的时候,我们一般先想到的是“什么制式”。

就制式而言,上表中最后一个印度的NAVIC暂时可以不列入考虑(以三哥嘴炮水平和他们航母出海就着火的履历,我们不认为他家这个可以在近年实现),所以我们可以把目光集中在前四家上。

GNSS的RF性能测试,多数时候是针对集成芯片的,即系统是一套SoC,不存在独立的RF Front-end。

第二步:细分仪表需求

信号源:

首先测试GNSS接收机是需要信号源的,而且信号源需要能产生满足标准的调制信号。

所有的测试解决方案都有“穷人版”和“富人版”,下面就来举个例子:


“穷人版”:Keysight N5182B矢量信号源 + Signal Studio。详见

http://literature.cdn.keysight.com/litweb/pdf/5990-9363EN.pdf?id=1958894

N5182B本来属于性价比高的信号源(Keysight的MXG系列,相比ESG和PSG都能便宜不少的,当然以前我测过它的噪底,比那俩贵货还是不如,一分钱一分货,够用就好),加上Signal Studio,配上一台电脑就可以产生GNSS信号。

这个配置最主要的是用电脑软件替代了专门的基带信号发生器,这是省钱的关键——要知道多数仪表公司的基带信号发生器其实就是一台带有信号输出功能的电脑而已。


“富人版”:Spirent GS6700。详见http://www.spirent.cn/-/media/Datasheets/Positioning/Brochures/GSS6700_Product_Brochure.pdf

思博伦是老牌GPS仪表厂商,他家的GNSS解决方案一直是“one-box”类型的,集成度高,功能全面,界面丰富。而且在认证测试中,他家的设备还是首选。

唯一的问题:贵。

频谱仪:

这里的频谱仪主要目的是分析TCXO。一般来说GNSS系统都有一个精度要求很高的频率源,晶振以TCXO为主流。

对于一般性的应用,普通频谱仪看看晶振的性能是没有问题的。用频谱仪可以检查时钟系统的杂散,尤其某些时候用来检查不明来源的干扰。

当然如果深究频率源的性能,那就得要用上信号源分析仪了。信号源分析仪的价格比一般频谱仪要贵,能够测试频率源相噪、时钟jitter(从频域测量)。

示波器:

示波器是实验室里的多面手,一般的数字系统测试都用得上。我们这里提一句对于时钟jitter的测试:上面讲过如果有信号源分析仪的话可以在频域测量jitter,但是一般数字工程师还是喜欢用示波器在时域上进行测量,这样更直观,当然对示波器的档次要求也更高。

其实这是个仁者见仁的问题:假如你遇到一个R&S的工程师,他肯定告诉你信号源分析仪更靠谱;而一个Tek的工程师,则会推荐他家的实时频谱仪(相当于可以从时域上测试频谱性能的高级示波器)。

GPIB-USB:

很多年前这绝对是个宝贝,无论是仪表控制还是数据传输。GPIB最开始叫HPIB,顾名思义是HP发明的标准;但是后来兼容性更好的却是NI的GPIB卡,Agilent(HP的血脉)反而经常有兼容性问题。

现在的大趋势是用LAN口控制仪表,使用方便,而且不用花钱买GPIB卡不是?当然很多自动化软件的默认接口依然是GPIB,兼容性也是最好,绝对符合“即插即用”的需求。

滤波器:

大多数情况下,如果只是要测试GNSS接收机性能,滤波器并不是必需的。

矢量网络分析仪:

VNA其实是绝大多数射频实验室的必需品,且不说很多时候我们要用它来测试系统的增益、插损以及端口反射系数,至少实验室的线缆校准是少不了它的。

屏蔽箱

这其实是测试GNSS接收机时很重要的一件东西,因为一般的GNSS系统对灵敏度要求都很高,所以常常我们要在静态测试中测到-130dBm的信号(2.046MHz带宽,如此计算的话是被淹没在自然噪底之下的,但是GPS是CDMA系统,有扩频增益),系统对外界干扰会非常敏感——就好比在闹哄哄的街头,你很容易听到城管的大喇叭,但是自己的电话铃声未必听得见。

外场测试:

外场测试对GNSS系统而言是研发人员检验系统的重要手段,因为其制式的单一性和纯粹性(不像蜂窝系统还存在不同制式、不同小区的问题),最简单的就是看搜星的结果。

第三步:量力而为

以上描述的是常见仪表的配置需求,如果要选取一个“最小子集”或者“初始化配置”的话,“信号源+屏蔽箱+矢量网络分析仪”应该是可以让实验室开始测试GNSS系统的最小配置。