GPS 设计与分析

东方拓宇 GPS设计与分析 1 GlobalPositioningSystem系统介绍硬件与软件设计要求量产要求问题debugGPSco clock TMS GPS测试介绍如何捉取与分析GPSLogGPSFiledTest参数说明GPSSPMETA测试各项指标的含义以及参考范围 2 GlobalPositioningSystem全球卫星定位系统 是美国国防部研制和维护的中距离圆型轨道卫星导航系统 它可以为地球表面绝大部分地区 98 提供准确的定位 测速和高精度的时间标准 该系统包括太空中的24颗GPS卫星 地面上1个主控站 3个数据注入站和5个监测站及作为用户端的GPS接收机 最少只需其中3颗卫星 就能迅速确定用户端在地球上所处的位置及海拔高度 所能收联接到的卫星数越多 解码出来的位置就越精确 3 4 5 硬件设计要点GPS在无辅助信息的条件下定位 需要捕获到至少四颗卫星 并且完整解调出其时间及星历数据 才能实现定位 不同卫星可以同时进行捕获和解调信息 完整接收每颗卫星的星历至少需要18s 若错过星历子帧的起始或者其间有中断 比如信号变弱导致无法解调 那么都需要在下一帧 30s后 重新接收该不完整的子帧 这时定位时间将大大增加 在窄巷 高架桥下 车里等场景 信号较弱或时强时弱 GPS定位时间一般会比较长也正是这个缘故 GPS硬件性能将决定整机自主定位的定位时间及其弱信号下维持定位的能力 硬件性能的保证至关重要 而且需要在设计之初就考虑进去 针对各个chip的设计细节请参考相应的Designnote 6 7 8 9 10 11 软件设计要点GPS定位过程中 由于卫星的通信速率只有50bps 且解调星历所需的信号强度要求较高 所以很大部分的时间是用于等待接收完整的卫星星历 MTK提供了标准的在线辅助手段 A GPS 和离线辅助手段 Hotstill和EPO Hotstill利用已解调的卫星星历预测其未来7天内的星历 EPO是事先通过网络下载30天内所有卫星星历 而A GPS则是通过移动网络获取相关的辅助数据 A GPS获取到的是当前的星历 它相对离线手段会更精确 但时效短 且与移动网络连网质量和连网速度有关 离线手段不需连网 但精度稍差 同时使能两种手段可以使其相互补充 得到更好的效果 12 13 量产要求为了保证量产手机的GPS性能 量产前需要确保硬件指标满足spec 软件打上最新patch 默认打开EPO及A GPS 如有条件 可做外场对比测试 重要的GPSpatch都会发布到PMS系统上 在PMS系统中查询项目的GPSpatch的步骤如下图所示 14 15 问题类型及相应的处理方法 16 17 18 19 GPSco clock TMS MT6627 MT6625GPSco clock TMS 方案是 MT6166使用TMS crystal thermistor MT6627 MT6625省去TCXO 参考时钟由MT6166提供 使用co clock方案需要注意以下几点 MT6572 MT6582使用MP版本芯片 MT6166使用TMS SW修改成co clock配置 使用前需要进行RF校准和co clock校准 完全遵守TMSlayoutguide 26MHzclock全程保护 常见校准Fail原因 软件修改不完全 从TCXO改成TMS 软件总共有四处地方需要修改 校准步骤不完全 例如做RF co clock校准前没有使用RFtool生成升温参数并填入cfg文件 Database文件与当前load不配套 连续多次进行co clock校准 连续多次校准后 cfg中的升温参数已不适应PCB当前温度状况 导致校准参数C0 C1超出spec 20 GPS测试 干扰测试GPS干扰主要是通过观察接收载噪比 CNR 在待测干扰源有无工作时的变化量来判断的 如果有GPS模拟器 则PC端可以利用MiniGPS实时显示卫星CNR情况 直观地观察干扰源开关的CNR变化 当然 也可利用录制debuglog的方式进行测试 21 22 GPSFieldTestlog捉取 23 24 如何分析GPSLog GPSLog有两种类型的文件 文件内部存储的只是 GP开口的log 那么这种log称为NMEAlog 文件内部除了 GP的log 还有其他的一些log 例如 PMTK的log等等 这种log称为GPSDebugLog NMEA分析方法GPGGA中可以得到UTC时间 经纬度 当前定位状态 使用的卫星数目 HDOP等等 GPGSA中可以得到定位类型 所使用到的卫星ID GPGSV中可以得到可视卫星的数目 然后会一次列举出每科可视卫星的ID 方位角 仰角和信号强度 GPRMC中可以得到UTC时间 定位状态 经纬度 速度 UTC日期 GPACCURACY是MTK加入的获取定位精度的语句 缺少哪些辅助资讯如果产看是否触发AGPS 需要从GPSdebugLog中分析 搜索PMTK730这个语句 因为辅助数据主要是看时间 位置 星历这三个 PMTK730 0 0 0 1 0 1 1 0 从这个语句中的一个1表示缺少星历 第二个1表示缺少位置 第三个1表示缺少时间 PMTK710表示获取星历辅助数据 PMTK712表示获取时间辅助资讯 PMTK713表示缺少位置辅助资讯 25 查看卫星分布如何通过看GPGSV里的卫星的方位角和仰角可以判断卫星的位置 通过判断GPGSA里的卫星可以知道当前定位使用了哪些卫星 这样就可以知道当前使用定位计算的这些卫星的卫星分布如何 信号强度如何 通过GPGGA里的HDOP来判断当前卫星的分布如何 这个值越小越好 卫星分布越好 越有可能产生的定位精度越高 所以HDOP是定位精度的充分但非必要条件 当前有哪些星历被保存通过搜索GPSDebugLog文件中PMTKEPH 该关键词会告诉你当前有哪些卫星是已经解析下来辅助资讯的 例如PMTKEPH 3 12 15 18表示有3颗卫星已经解析下来了星历数据 他们的卫星ID是12 15 18 如何判断GPS已经正常工作GPS工作起来首先会在GPSdebugLog中打印出来PMTK010的字样 所以通过判断这个可以知道GPS是否有正常工作起来 26 星历数据是来自EPO HotStill还是实时解算如果知道当前使用到的卫星星历数据是来自实时接收解算下来的星历 还是EPP 或者是HotStill 同样也是通过判断PMTKEPH 如果该关键字后面跟着的卫星ID是正整数 那么是实时接收解算下来的星历 如果是浮点数 而且是负数 但是小数点后都是0 表示的是EPO 如果是浮点数 而且是负数 但是小数点后的是非0 表示的是Hotstill 判断AGPS EPO HotStill是否工作从GPSDebuglog中搜索到wk epo表示EPO有工作 从GPSdebuglog中搜索到wkbee表示Hotstill有工作 从GPSDebuglog中搜索到wkssi表示AGPS有工作 H W C FGPSStart通过从打开GPS的第一条GPGGA语句来确认是什么启动方式 如果该语句中的时间是235944 那么表示没有时间辅助资讯 这是完全冷启动 如果有时间信息 但是位置是8960 0000 N 0000 0000 E 这表示是冷启动 如果既有时间也有位置 可以看第一条PMTKEPH中是几颗有卫星的星历 如果一颗没有 那么这是暖启动 如果发现也有位置 时间 而且至少4颗以上的星历 那么这是热启动 27 DESCRIPTION GPS搜星慢 信号弱 定位慢 定位漂移问题 SOLUTION 若客户有遇到该类GPSPerformanceissue 请到DCC上下载以下文档 参考文档进行检查 MTK GPS Phone SQC Test 20120220 Sim pdf 若确定跟测试环境无关 仍有问题的话 请提交eservice 并附上复现问题的gpsdebuglogandmobilelog 抓取gpsdebuglogandmobilelog的方法请到DCC上下载以下文档 GPS Logs SOP pptx 28 GPSFiledTest参数说明CEP和RMS是GPS的定位精度单位 也是个概率单位 就拿5MCEP说吧 意思是以5M为半径画圆 有50 的点能打在圆内 也就是说 GPS定位在5M精度的概率是50 相应的RMS 66 7 2DRMS 95 当然很多商家愿意给出CEP 因为单位大了 前面的数就小了 好看 水平精度以圆概率误差 CEP 意味着50 的结果在给出的圆直径内 50 的结果在圆外 RMS是1sigma或1倍标准差 如果结果是无偏的 概率为67 2dRMS是2sigma或2倍标准差 概率为95 他们的相互转换可以按照下面的规则 CEP乘以1 2能转换为RMS CEP乘以2 4能转换为2drms 29 GPSSPMETA测试各项指标的含义以及参考范围PhaseRatio测试信号锁定的能力 检验TCXO的品质 以 130dBm的信号强度而言 PhaseRatio须在0 85以上TCXOOffset测试TCXO的品质 在 130dBm信号强度 以0 5ppm的16 368MHzTCXO而言Offset需在 40 92Hz之內 CNRMean测试信号强度和稳定性 以 130dBm的信号强度而言 CNR须在40dB HzTCXODrift测试TCXO的品质 在 130dBm信号强度 以0 5ppm的16 368MHzTCXO而言 Drift为0 8184Hz 0 05ppm 30 Update测试NME