接收器灵敏度测试

GPS 测试的一项重要因素是接收器的灵敏度。

测试的主要方面是捕获灵敏度和跟踪灵敏度。通常,依据环境因素,现场天线接收到的 RF 功率级别将介于 -125 dBm 和 -150 dBm 之间。若要生成该范围内极低的 RF 功率级别,需要使用外置无源衰减器以降低 LabSat 输出。如此一来,信号级别降低至所需的范围,仅有最少的附加噪音。

实际衰减值应由用户确定以适合所测试设备,但作为指南,两个串联 20 dB 衰减器(共 40 dB)将提供约 -113 至 -144 dBm 的 RF 功率范围。

尽管用户录制的 RF 信号可以这种方式用于测试,但建议的做法是使用由 SatGen 软件创建且由计算机生成的模拟文件。这是因为 SatGen 创建的文件将包含具有恒定信噪比的“纯粹”GPS 信号。

用户录制的场景会包含录制期间存在的额外噪音,还会包含不断变化的信噪比等级,这使比较变得难于进行。

右侧的图形显示使用 SatGen 所创建 GPS 信号的 RF 功率等级输出示例。-73 dBm 至 -104 dBm 的范围对应于标准 Labsat 输出范围。通过在回放期间调整内部衰减,RF 功率输出等级可从 -73dBm 降低至 -104dBm。

然而,由于 -73 至 -104 dBm 的范围高于背景噪音等级,GPS 信号对于 GPS 接收器始终可见,因此测得的 C/NO dBHz 等级与衰减几乎无关联。一定程度的 C/NO 降低在降低 LabSat RF 等级时会被观测到,但它不是线性降低。

添加 40 dB 外部衰减至 LabSat 输出会将 RF 功率降低至大约 -113 dBm 至 -144 dBm 的范围。该范围与 GPS 天线在户外看到的 RF 等级一致,但低于背景噪音等级。通过以这种方式降低信号等级,就可实现对于 C/NO 更线性化的控制。

下表显示 UBLOX GPS 引擎使用各种外置衰减器对 LabSat 输出测得的 C/No 值。对于每个外置衰减器值,LabSat RF 等级按照 5 dB 的步阶变化。该表格表明,信噪比控制的线性度随着外部衰减的提高而增强。然而,由于外部衰减远高于 40 dB,可用的滑尺范围会减小。

使用 LabSat 测试接收器的灵敏度

该截图显示 UBLOX U-Center 软件的示例输出。GPGSV NMEA 信息会开启以显示每颗卫星的 C/NO 等级。UBLOX TIM-LA 设备使用下列设置进行测试:

  • LabSat
  • 使用 SatGen 生成的静态场景
  • 2 x 20 dBm 衰减器 (Minicircuits VAT-20W2)

UBLOX 数据表对于 TIM-LA 引用 -138 dBm 的获取灵敏度和 -146 dBm 的跟踪灵敏度。使用以上设置,进行下列测量。

LabSat 计算得到的值使用以频谱分析仪得到的无衰减 LabSat 输出基线测量获取。测量值与 40 dB 外部衰减器相加,滑尺值表示预计的 RF 功率。

从中可以看出,凭借使用频谱分析仪得到的相对简单校准,可得到接收器灵敏度的极接近值。在实践中,建议用户使用专用 RF 功率仪表获取更精确的读数,以说明线缆和衰减器性能容差。

  UBLOX 数据表 常规模式 LabSat 计算所得
获取 -138 dBM -138 dBM
跟踪 -146 dBM -147 dBM

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