GPS/AGPS及SpirentGSS6700

模擬信號發(fā)生器介紹AgendaGPSIntroduction

GPStestelementsGSS6700IntroductionWhyusesimulator&WhattotestControlSoftware(SIMREPLAY)IntroductionPositioningApplicationIntroductionGPS定位系統(tǒng)簡介GPS:Global

PositioningSystem（全球定位系統(tǒng)）GPS是20世紀70年代由美國陸海空三軍聯(lián)合研制的新一代空間衛(wèi)星導航定位系統(tǒng).其主要目的是為陸、海、空三大領(lǐng)域提供實時全天候和全球性的導航服務(wù).并用于情報收集、核爆監(jiān)測和應(yīng)急通訊等一些軍事目的經(jīng)過20余年的研究實驗，耗資300億美元，到1994年3月，全球覆蓋率高達98%的24顆GPS衛(wèi)星星座己布設(shè)完成

GPS構(gòu)成部分地面監(jiān)控部分包括:四個監(jiān)控站一個上行注入站和一個主控站。監(jiān)控站設(shè)有GPS用戶接收機、原子鐘、收集當?shù)貧庀筚Y料的感測器和進行資料初步處理的電腦。監(jiān)控站的主要任務(wù)是取得衛(wèi)星觀測資料並將這些資料傳送至主控站。主控站設(shè)在範登堡空軍基地。它對地面監(jiān)控部實行全面控制。主控站主要任務(wù)是收集各監(jiān)控站對GPS衛(wèi)星的全部觀測資料，利用這些資料計算每顆GPS衛(wèi)星的軌道和衛(wèi)星鐘改正值。上行注入站也設(shè)在範登堡空軍基地。它的任務(wù)主要是在每顆衛(wèi)星運行至上空時把這類導航資料及主控站的指令注入到衛(wèi)星。這種注入對每顆GPS衛(wèi)星每天進行一次，並在衛(wèi)星離開注入站作用範圍之前進行最後的注入。

GPS構(gòu)成部分用戶設(shè)備部分:用戶設(shè)備部分即GPS信號接收機。其主要功能是：能夠捕獲到按一定衛(wèi)星截止角所選擇的待測衛(wèi)星，並跟蹤這些衛(wèi)星的運行。當接收機捕獲到跟蹤的衛(wèi)星信號後，就可測量出接收天線至衛(wèi)星的偽距離和距離的變化率,解調(diào)出衛(wèi)星軌道參數(shù)等資料。根據(jù)這些資料，接收機中的微處理電腦就可按定位解算方法進行定位計算，計算出用戶所在地理位置的經(jīng)緯度、高度、速度、時間等資訊。

衛(wèi)星定位系統(tǒng)簡介

另四個衛(wèi)星定位系統(tǒng)分別為：俄羅斯主導GLONASS格洛納斯衛(wèi)星定位系統(tǒng)中國主導Compass北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)歐盟主導Galileo伽利略衛(wèi)星定位系統(tǒng)日本主導QZSS俄羅斯主導GLONASS基本上已在全球完成覆蓋部署,從明年開始將會有大量的GLONASS及GLONASS/GPS雙模的衛(wèi)星接收終端上市另三種衛(wèi)星定位系統(tǒng)由於各種原因衛(wèi)星覆蓋面積只能實現(xiàn)區(qū)域覆蓋,定位系統(tǒng)暫時無法實現(xiàn)全球定位。GPS冷啟動定位TTFF（TimeToFirstFix）1.搜索衛(wèi)星信號：衛(wèi)星是在快速運動的，跟地面有嚴重的多普勒效應(yīng)，衛(wèi)星信號的頻率不是一個定值而是在一個範圍內(nèi)變動。GPS接收機需要在一個頻段內(nèi)完整搜索，尋找可用的衛(wèi)星信號。這個過程是比較耗時間的。2.跟蹤一顆信號最強的衛(wèi)星並獲取其發(fā)送的星曆：星曆完整接收分成三個幀，前後最短需要30秒，最慢50秒。獲取到星曆，GPS接收機就大概能知道現(xiàn)在頭頂上衛(wèi)星的分佈情況了。3.知道了衛(wèi)星大致的位置，就能獲取到他們的相對移動速度，也估算出其他衛(wèi)星信號的頻率。GPS接收機開始在這些頻率搜索嘗試穩(wěn)定接收其報文。但未鎖定未定位。這時衛(wèi)星是沒鎖定的，GPS接收終端需要不停的計算，調(diào)整，才能把該收集的資訊收集完。這步是很考驗GPS晶片的優(yōu)劣的，演算法好壞差很多。4.GPS導航系統(tǒng)衛(wèi)星不斷地發(fā)射導航電文，由於用戶接受機使用的時鐘與衛(wèi)星星載時鐘不可能總是同步，所以除了用戶的三維座標x、y、z外，還要引進一個Δt即衛(wèi)星與接收機之間的時間差作為未知數(shù)，然後用4個方程將這4個未知數(shù)解出來。所以至少要能接收到4個衛(wèi)星的信號完整資料，GPS晶片就可以算出GPS接收機準確的地理座標了。有了準確座標，參照星曆，衛(wèi)星的相對位置以及移動速度都能準確的算出來。於是GPS接收機也能預測GPS信號的頻率變化走向，信號可用持續(xù)穩(wěn)定接收。這就表現(xiàn)為“鎖定”（即可定位導航）GPS冷啟動定位TTFF（TimeToFirstFix）冷啟動TTFF首次定位時間TTFF（TimeToFirstFix）用于衡量接收機信號搜索過程的快慢程度。搜索過程，也稱“信號捕獲”,包括兩個范疇。其一是所謂的C/A碼范疇，與衛(wèi)星的PRN碼復制相關(guān)，其二是多普勒范疇與載波相關(guān)。在執(zhí)行搜索過程中，針對冷啟動的接收機，其PRN碼的不確定性可以最多至1023個碼片（chips，即GPSC/A碼的一個完整代碼段的總數(shù)）的代碼不確定性，以及約+/-11kHz的多普勒不確定性。一些接收機采用的是串行搜索過程，還有一些接收機采用并行（多相關(guān)器）過程。更快的設(shè)計采用的是匹配濾波器(MatchedFilter)或快速傅立葉變化（FFT）技術(shù)。最新的技術(shù)采用的是多種代碼的混合復制技術(shù)，而非分立的代碼。冷啟動TTFF的定義為:接收機加電至其捕獲第一個有效導航數(shù)據(jù)點之間的時間，但需滿足如下條件：

1.時間未知

2.當前歷書（Almanac）和星歷(ephemeris)未知

3.位置未知

由于該過程具有隨機性，需要在不同衛(wèi)星幾何分布（SatallitGeometries）條件下測試若干TTFF值并取其平均值。

GPSColdStart與HotStart啟動區(qū)別

GPSHotstart需具備的條件：熱啟動定義為接收機加電至其第一次捕獲有效導航數(shù)據(jù)點之間的時間，但需滿足如下條件：1.時間已知2.歷書已知3.星歷已知4.位置距上次定位點100公里以內(nèi)GPS接收機假設(shè)你上次使用GPS后沒有大距離的移動，就直接根據(jù)當時的坐標和星歷，到相應(yīng)的衛(wèi)星工作頻率上搜索衛(wèi)星，基本定位時間在5sec，如接收機位置沒有太大變化，衛(wèi)星很快就能鎖定到.GPSHotstart失效的原因：一，距離上次定位超過4小時由於GPS衛(wèi)星報文速度慢，為了節(jié)省流量和時間，衛(wèi)星一般都只傳四個小時的星歷。二，接收機在4小時時間內(nèi)移動距離超過一千公里以上GPS開機的位置離上次關(guān)機的地點很遠，那么算出的衛(wèi)星信號頻率跟實際是不同的，使用原來保存的坐標已經(jīng)找不到原來的衛(wèi)星,所以不得不重新搜索衛(wèi)星,重新定位。

GPSColdStart與HotStart啟動區(qū)別

但應(yīng)該注意這些數(shù)據(jù)都不是長期有效的，不能隨時隨地幫GPS實現(xiàn)快速定位。

一種情況是時間過期。這GPS內(nèi)存儲的星歷時效一般不超過4小時。也就是說，如果你關(guān)了GPS超過四小時，即使沒有大距離移動，仍然在原來的城市里，而GPS內(nèi)的保留星歷依然會因超時而失效。此時頭頂?shù)男l(wèi)星已經(jīng)不是星歷里記錄的那幾顆了，必須再次一顆一顆的去計算衛(wèi)星軌道。當然，此時“最后一次定位的經(jīng)緯度”是有效的，有一個參考值，鎖定衛(wèi)星的速度還是比冷起稍微快一點.

另一種情況是星歷預測鎖定衛(wèi)星信號的功能失效

比如你出差了。四個小時內(nèi)，關(guān)著GPS坐飛機從上海到了深圳。這時候，GPS芯片里存放的數(shù)據(jù)就不論是否超過4個小時都完全失效。因為，你所處的位置已經(jīng)不是GPS內(nèi)存中記錄的那個經(jīng)緯度了，內(nèi)存中的星歷，是上海上空的星歷。跟深圳頭頂上的衛(wèi)星無關(guān)。此時若要鎖定GPS衛(wèi)星，緩慢就跟冷起無異。輔助全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)即AGPS簡介AGPS(AssistedGlobalPositioningSystem)輔助全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS使用24個GPS衛(wèi)星所形成的網(wǎng)絡(luò)來三角定位接受器的位置，並提供經(jīng)緯度座標。雖然GPS提供絕佳的位置的精確度，但定位的位置需要在可看見人造衛(wèi)星或軌道所經(jīng)過的地方。在濃密的樹下或是室內(nèi)會出現(xiàn)信號衰減而無法準確定位。輔助全球衛(wèi)星定位系統(tǒng),是使用協(xié)助服務(wù)的技術(shù)，用來減少定位所需的時間。在蜂巢式(手機)網(wǎng)路上使用定位服務(wù)已越來越普遍。AGPS是結(jié)合GSM/GPRS與傳統(tǒng)衛(wèi)星定位，利用基地臺代送輔助衛(wèi)星信息，以縮減GPS芯片獲取衛(wèi)星信號的延遲時間，受遮蓋的室內(nèi)也能借基地臺訊號彌補，減輕GPS芯片對衛(wèi)星的依賴度。和純GPS、基地臺三角定位比較，AGPS能提供范圍更廣、更省電、速度更快的定位服務(wù)，理想誤差范圍在10公尺以內(nèi)，日本和美國都已經(jīng)成熟運用AGPS于LBS服務(wù)（LocationBasedService，適地性服務(wù)）

轉(zhuǎn)接GPS信號需要材料介紹AgendaGPSIntroductionGPStestelementsGSS6700IntroductionWhyusesimulator&WhattotestControlSoftware(SIMREPLAY)IntroductionPositioningApplicationIntroductionSpirentGPS模擬系統(tǒng)簡介KONEX

公司自1996年即和英國SPIRENTCOMMINICATION(UK)公司作技術(shù)授杈和系統(tǒng)整合的合作方式,提供用戶有關(guān)GPS/SBAS/GLONASS衛(wèi)星導航信號L1/L2/L5模擬測試系統(tǒng)設(shè)備，適合航汰.軍事.通信.船泊.運輸…各種有關(guān)衛(wèi)星導航信號模擬測試應(yīng)用.SPIRENT公司目前是全球最大也是技術(shù)最先進的GPS/GLONASS衛(wèi)星導航信號模擬測試系統(tǒng)設(shè)備生産商,全球主要的航汰.軍事.衛(wèi)星通信公司,有關(guān)衛(wèi)星導航信號模擬測試應(yīng)用大都使用SPIRENT公司産品.英國SPIRENT公司員工有5000人,是全球最大的GPS/GLONASSSIMULATOR測試系統(tǒng)生産公司,2002年年營業(yè)額超過7億美金,産品行銷全球50餘個國家.提供用戶有關(guān)GPS/SBAS/GLONASS衛(wèi)星導航信號L1/L2/L5模擬測試系統(tǒng)設(shè)備,適合航汰.軍事.通信.船泊.運輸…各種有關(guān)衛(wèi)星導航信號模擬測試應(yīng)用SPIRENTGSS6700Multi-GNSS星群模擬系統(tǒng)

SpirentGSS6700是一個強大的、靈活的Multi-GNSS開發(fā)、集成和驗證測試平臺。（也是目前工廠端所使用的GPS信號發(fā)生器）GSS6700支持GPS/SBAS,GLONASS和GalileoL1信號的任意組合，并提供精確的、可重復的組合multi-GNSS信號。GSS6700可被配置成單星座或多星座的最多12個通道，例如：:

1.只有GPS

2.只有GLONASS（格洛納斯）

3.只有Galileo

（伽利略）4.GPS

和GLONASS

GPS和Galileo

5.GPS，GLONASS和Galileo每星座12個模擬通道，支持高達36個通道

GSS6700FrontPanelPrimaryRFOutput主射頻輸出端口默認輸出為-130dbmActiveIndicator激活指示燈PowerIndicator電源指示燈HealthIndicator工作正常指示燈GSS6700RearPanelMon/CalPort高功率輸出端口TrigInExtRefIn10MHzOutExpansionPort1PPSIn/OutUSBPort連接到PC電源開關(guān)GSS6700測試示意圖GSS6700仿真測試冷啟動TTFF利用仿真器執(zhí)行冷啟動TTFF測試非常簡便。

首先是仿真一個靜態(tài)位置，對衛(wèi)星功率水平進行設(shè)置，使得進入接收機天線的功率水平大概為-120dBm。在運行該場景（并將接收機連接至仿真器）后，功率便施加在接收機上。當接收機捕獲第一個定位后，停止該場景，退回（如可行）并將場景時間前進至少8個小時，確保仿真的可視衛(wèi)星星群的幾何分布的改變。將仿真位置改變數(shù)千公里也可以達到同樣的效果。清除接收機的所有導航數(shù)據(jù)和時間信息，并切斷電源。重新運行修改后的場景并重新向接收機加電。按要求的次數(shù)重復該過程，得出TTFF結(jié)果的平均值。如果不能確定接收機的存儲器是否已完全清除，您可以為場景選擇一個完全不同的地點和/或時間（相隔數(shù)年）。通過這種方法，即使接收機保留了部分過去的導航數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)也不會發(fā)揮作用。GSS6700仿真測試溫啟動TTFF溫啟動TTFF:

1.溫啟動的定義,為接收機加電至其捕獲第一個有效導航數(shù)據(jù)點之

間的時間，但需滿足如下條件：

1.時間已知

2.歷書已知

3.無星歷（或數(shù)據(jù)存在時間超過4個小時）

4.位置距上次定位點100公里以內(nèi)仿真器測試溫啟動TTFF

:

1.在仿真器測試中，您可以使用與冷啟動TTFF相同的場景，此時

參數(shù)（例如清除星歷，但不清除歷書）都已通過接收機進行設(shè)定。

2.如果無法清除星歷，必須首先允許接收機從完整導航消息中收集歷

書（該過程耗時約12.5分鐘）.將場景前進4個小時（使星歷化）.

并設(shè)置接收機的匹配時間。GPS仿真器測試捕獲靈敏度：GPS仿真器模擬信號干擾仿真器測試模擬信號干擾：1.在仿真器測試中，您可以通過禁用大氣效應(yīng)及刻意不在仿真

中包括任何星歷誤差、時鐘誤差、多普勒效應(yīng)或EMI/RFI

來消除UERE和某些UEE誤差。這在使用真實衛(wèi)星信號時是無

法實現(xiàn)的。

2.因此，除使用GNSS仿真器外，我們不可能用其它方法從物理

上測量接收機的絕對導航精度。為測量靜態(tài)導航精度，需

要定義一個場景及其靜態(tài)位置（0度經(jīng)緯度和0高度通常都是

好的位置，因為任何變化都會以非零數(shù)字顯示出來）。該場

景應(yīng)當至少運行24個小時，而且功率水平一定不能超過

-160dBw（最低射頻信號接收強度）。

3.某些接收機有一種模式，可以在探測到速度低于某個臨界值時固定位

置。這種所謂的“靜態(tài)模式”在車載接收機上非常有用，可以在車輛靜

止時避免顯示“抖動”。然而，在執(zhí)行靜態(tài)位置精度測試時，該模式必

須禁用，避免干擾結(jié)果。AgendaGPSIntroductionGPStestelementsGSS6700IntroductionWhyusesimulator&WhattotestControlSoftware(SIMREPLAY)IntroductionPositioningApplicationIntroductionTroubleShootingGSS6700配套Sim軟件簡介GSS6700可與一系列軟件的功能進行搭配以適應(yīng)不同的測試要求。

SimGEN是思博倫十分靈活的模擬器軟件套裝，SimGEN提供了一個完整而靈活的場景創(chuàng)建能力，包括星座、傳播、地形遮蔽、天線模式、多路徑、車輛軌跡和一系列錯誤模型的控制。SimREPLAY支持模擬器重放預先定義好的場景，并且是進行重復對比測量的理想解決方案。用于SimREPLAYTM的場景可以從多種來源獲得，其中包括在線場景生成工具，而且只是客戶與思博倫訂立了保證或支持合同，都可以免費獲得這些工具。SimREPLAYplus使用戶能夠遠程定義車輛運動軌跡，并且添加了對時間、日期和位置進行編輯的能力。SimREPLAYplus使用戶可以在本地生成場景，其所具備的特性與受支持的SimREPLAYTM用戶所獲得的在線工具不相上下。GSS6700配套Sim軟件簡介特性：1.多達36個通道，每個星座12個獨立通道

2.級別領(lǐng)先的精度，保真度和可靠性3.儲存和比較DUT數(shù)據(jù)4.接收天線模式建模5.從記錄的NMEA數(shù)據(jù)中導入運動數(shù)據(jù)（需要SimGEN或SimREPLAYplus）6.可供選擇的場景創(chuàng)建和模擬控制軟件7.SimREPLAY：交互式運行中的控制與輔助數(shù)據(jù)提取8.SimREPLAYplus：導入遠程軌跡、編輯時間、日期和位置9.SimGEN：廣泛的星座、廣播和可靈活采集數(shù)據(jù)的車輛模型SimREPLAYforWindowsSpirent模擬衛(wèi)星導航控制軟件，SimREPLAYForWindows

運行界面WhatdoesSimREPLAYdo?SimREPLAY可以做什麼？1.加載和回放已經(jīng)生成存在的場景方案2.是場景模擬重複測量的理想解決方案3.將個人場景設(shè)定另存為源文件,供其它設(shè)備調(diào)用。4.通過USB連接方式控制GSS6700信號仿真器。SimREPLAYMainWindowScenarioTreeWindowSimulationData

WindowsMessage

WindowToolbarSimREPLAY加載預設(shè)場景步驟1.在運行主界面點擊菜單欄FileOpen選擇後綴名為：*.scan_replay的預設(shè)場景文件，點擊Open打開場景文件（如何創(chuàng)建及生成場景文件後面有詳細介紹）SimREPLAY加載預設(shè)場景步驟2.在菜單欄上選擇ViewPowerAdjustment3.在出現(xiàn)的界面：

<1>.選擇Allchannels

<2>.再選擇Relative(相對值)<3>.調(diào)整滑桿至14(根據(jù)接受終端機接收到的信號強度調(diào)整輸出功率目前Plant5BCasing設(shè)定為14)

<

4>.然後選擇Absolute(絕對值）默認值無需更改4.在如右圖點擊

三角圖標（Run)

確認在軟件右下角的Redaytorun是否已變?yōu)榫G色。SimREPLAY及GSS6700及可開始模擬運行預設(shè)的場景環(huán)境SimREPLAYDisplays–GroundTrackShowsSatelliteandVehiclePositionsSelectwhichsatellitetypestoview(basedonantennasignalselections)SimREPLAYDisplays–SkyPlotLookfromapointinspacedownatthevehicleViewedfromthispointSimREPLAYDisplays–SkyPlotShowsbestDOPvalueforselectedSV’s.CanchangethetypeofDOPbeingdisplayed:-SimREPLAYDisplays–PowerLevelsShowsdBpowerfromreferencelevelMulti-frequencyselection,asapplicableLeft-clicktoviewsignalcomponentsDouble-clicktoopenpowerslidercontrolSimREPLAYToolbarStatusBarAmber–NoHardwareModeRewindRunScenarioTurboModeon/offTurboModeSpeedStopScenarioSimulationTimeToolbarMenuBarHeaderContextSensitiveHelp!SimREPLAYToolbarDate/TimePseudoRangeRampNMEALoggingScenarioTreeSimREPLAYToolbarPowerLevelsGroundTrackVehicleDynamics(dials)PositionDetailsSkyPlotSatelliteSignalDataPowerAdjustmentControlRxAntennaPatternAgendaGPSIntroductionGPStestelementsGSS6700IntroductionWhyusesimulator&WhattotestControlSoftware(SIMREPLAY)IntroductionScenarioApplicationIntroduction如何創(chuàng)建模擬場景？？？GSS6700隨機光盤附帶的免費軟件SIMREPLAY(或可在Spirent官網(wǎng)下載)不具備本地生成場景的功能,SimREPLAYPlus具備本地生成場景的功能.但是是收費的。那如果沒有購買SimREPLAYPlus要怎麼創(chuàng)建場景呢？？？

<1>.聯(lián)繫所購買的Spirent設(shè)備的供應(yīng)商,與Spirent售后聯(lián)系將設(shè)備編號等信息發(fā)送給Spirent存檔且開通售后技術(shù)支持等相關(guān)服務(wù)。

<2>.Spirent完成信息審核登記後,會發(fā)鏈接地址.根據(jù)Spirent提供的連接在Spirent官網(wǎng)完成