Empfindlichkeitsprüfung von Empfängern

Ein wichtiger Faktor bei der GPS-Prüfung ist die Empfindlichkeit des Empfängers. Die Hauptbereiche des Tests sind Erfassungsempfindlichkeit und Nachführempfindlichkeit.

Der von einer Bodenantenne empfangene HF-Leistungspegel liegt, in Abhängigkeit von Umgebungsfaktoren, typischerweise zwischen -125 dBm und -150 dBm. Um in diesem Bereich sehr niedrige HF-Leistungspegel zu erzeugen, müssen externe passive Dämpfungsglieder verwendet werden, um die LabSat-Leistung zu verringern. Auf diese Weise wird der Signalpegel mit minimalem zusätzlichen Rauschen auf den erforderlichen Bereich reduziert.

Die tatsächlichen Dämpfungswerte sollten vom Benutzer entsprechend dem zu prüfenden Gerät ermittelt werden. Als Richtlinie geben zwei in Reihe geschaltete 20-dB-Dämpfungsglieder (insgesamt 40 dB) einen HF-Leistungsbereich von etwa -113 bis -144 dBm an.

Obwohl ein vom Benutzer aufgezeichnetes HF-Signal auf diese Weise zum Testen verwendet werden kann, wird empfohlen, eine computergenerierte Simulationsdatei zu verwenden, die mit der SatGen-Software erstellt wurde. Dies liegt daran, dass eine von SatGen erstellte Datei ein „reines“ GPS-Signal mit einem konstanten Signal-Rausch-Verhältnis enthält.

Ein vom Benutzer aufgezeichnetes Szenario enthält zusätzliches Rauschen, das während der Aufzeichnung vorhanden war, und weist außerdem ständig wechselnde Signal-Rauschpegel auf, die einen Vergleich erschweren.

Die Grafik auf der rechten Seite zeigt Beispiele für die Ausgabe der HF-Leistung mithilfe eines von SatGen erstellten GPS-Signals. Der Bereich von -73 dBm bis -104 dBm entspricht dem Standard-Labsat-Ausgangsbereich. Durch Einstellen der internen Dämpfung während der Wiedergabe kann der HF-Leistungspegel von -73 dBm auf -104 dBm gesenkt werden.

Da der Bereich von -73 bis -104 dBm jedoch über dem Hintergrundgeräuschpegel liegt, ist das GPS-Signal für den GPS-Empfänger immer sichtbar, sodass der gemessene C/N₀-dBHz-Pegel nur eine geringe Korrelation mit der Dämpfung aufweist. Beim Verringern des LabSat-HF-Pegels wird eine gewisse Verringerung des C/N₀ beobachtet, dies ist jedoch keine lineare Verringerung.

Durch Hinzufügen einer externen Dämpfung von 40 dB zum LabSat-Ausgang wird die HF-Leistung auf einen Bereich von etwa -113 dBm bis -144 dBm reduziert. Dieser Bereich entspricht dem von einer GPS-Antenne im Freien wahrgenommenen HF-Pegel und liegt unter dem Pegel des Hintergrundrauschens. Durch Reduzieren des Signals auf diese Weise ist eine Steuerung von C/N₀ mit einer größeren Linearität möglich.

Die folgende Tabelle zeigt C/N₀-Werte, die von einer UBLOX-GPS-Engine mit verschiedenen externen Dämpfungsgliedern am LabSat-Ausgang gemessen wurden. Für jeden externen Dämpfungswert wird der LabSat-HF-Pegel in 5-dB-Schritten geändert. Die Tabelle zeigt, dass sich die Linearität der Rauschunterdrückung verbessert, wenn die externe Dämpfung erhöht wird. Bei einer externen Dämpfung von mehr als 40 dB verringert sich jedoch der nutzbare Schiebebereich.

Testen der Empfängerempfindlichkeit mit LabSat

Der Screenshot zeigt eine Beispielausgabe der UBLOX U-Center-Software. Die GPGSV-NMEA-Nachricht ist eingeschaltet, um den C/N₀-Pegel für jeden Satelliten anzuzeigen. Ein UBLOX TIM-LA-Gerät wurde mit folgendem Setup getestet:

LabSat
Mit SatGen generiertes statisches Szenario
2 x 20 dBm Dämpfer (Minicircuits VAT-20W2)

Im UBLOX-Datenblatt für das TIM-LA wird die Erfassungsempfindlichkeit mit -138 dBm und die Nachführempfindlichkeit mit -146 dBm angegeben. Unter Verwendung des obigen Aufbaus wurden die folgenden Messungen durchgeführt.

Der LabSat-berechnete Wert wurde unter Verwendung einer Basislinienmessung der nicht gedämpften LabSat-Ausgabe unter Verwendung eines Spektrumanalysators erhalten. Der gemessene Wert wurde mit dem externen Dämpfer von 40 dB und dem Schieberegler summiert, um die geschätzte HF-Leistung zu erhalten.

Wie zu sehen ist, ist bei einer relativ groben Kalibrierung unter Verwendung eines Spektrumanalysators eine gute Annäherung an die Empfängerempfindlichkeit möglich. In der Praxis wird empfohlen, dass der Benutzer ein spezielles HF-Leistungsmessgerät verwendet, um einen genaueren Messwert zu erhalten, der die Toleranzen der Kabel- und Dämpferleistung berücksichtigt.