GPSAGPS及SpirentGSS6700模拟信号发生器介绍课件

GPS/AGPS及SpirentGSS6700

模擬信號發生器介紹AgendaGPSIntroduction

GPStestelementsGSS6700IntroductionWhyusesimulator&WhattotestControlSoftware(SIMREPLAY)IntroductionPositioningApplicationIntroductionGPS定位系统简介GPS:Global

PositioningSystem（全球定位系統）GPS是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统.其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时全天候和全球性的导航服务.并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的经过20余年的研究实验，耗资300亿美元，到1994年3月，全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座己布设完成

GPS構成部分地面監控部分包括:四個監控站一個上行注入站和一個主控站。監控站設有GPS用戶接收機、原子鐘、收集當地氣象資料的感測器和進行資料初步處理的電腦。監控站的主要任務是取得衛星觀測資料並將這些資料傳送至主控站。主控站設在範登堡空軍基地。它對地面監控部實行全面控制。主控站主要任務是收集各監控站對GPS衛星的全部觀測資料，利用這些資料計算每顆GPS衛星的軌道和衛星鐘改正值。上行注入站也設在範登堡空軍基地。它的任務主要是在每顆衛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星。這種注入對每顆GPS衛星每天進行一次，並在衛星離開注入站作用範圍之前進行最後的注入。

GPS構成部分用戶設備部分:用戶設備部分即GPS信號接收機。其主要功能是：能夠捕獲到按一定衛星截止角所選擇的待測衛星，並跟蹤這些衛星的運行。當接收機捕獲到跟蹤的衛星信號後，就可測量出接收天線至衛星的偽距離和距離的變化率,解調出衛星軌道參數等資料。根據這些資料，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緯度、高度、速度、時間等資訊。

衛星定位系統簡介

另四個衛星定位系統分別為：俄羅斯主導GLONASS格洛納斯衛星定位系統中國主導Compass北斗衛星定位系統歐盟主導Galileo伽利略衛星定位系統日本主導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雙模的衛星接收終端上市另三種衛星定位系統由於各種原因衛星覆蓋面積只能實現區域覆蓋,定位系統暫時無法實現全球定位。GPS冷啟動定位TTFF（TimeToFirstFix）1.搜索衛星信號：衛星是在快速運動的，跟地面有嚴重的多普勒效應，衛星信號的頻率不是一個定值而是在一個範圍內變動。GPS接收機需要在一個頻段內完整搜索，尋找可用的衛星信號。這個過程是比較耗時間的。2.跟蹤一顆信號最強的衛星並獲取其發送的星曆：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在頭頂上衛星的分佈情況了。3.知道了衛星大致的位置，就能獲取到他們的相對移動速度，也估算出其他衛星信號的頻率。GPS接收機開始在這些頻率搜索嘗試穩定接收其報文。但未鎖定未定位。這時衛星是沒鎖定的，GPS接收終端需要不停的計算，調整，才能把該收集的資訊收集完。這步是很考驗GPS晶片的優劣的，演算法好壞差很多。4.GPS導航系統衛星不斷地發射導航電文，由於用戶接受機使用的時鐘與衛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即衛星與接收機之間的時間差作為未知數，然後用4個方程將這4個未知數解出來。所以至少要能接收到4個衛星的信號完整資料，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，信號可用持續穩定接收。這就表現為“鎖定”（即可定位導航）GPS冷啟動定位TTFF（TimeToFirstFix）冷启动TTFF首次定位时间TTFF（TimeToFirstFix）用于衡量接收机信号搜索过程的快慢程度。搜索过程，也称“信号捕获”,包括两个范畴。其一是所谓的C/A码范畴，与卫星的PRN码复制相关，其二是多普勒范畴与载波相关。在执行搜索过程中，针对冷启动的接收机，其PRN码的不确定性可以最多至1023个码片（chips，即GPSC/A码的一个完整代码段的总数）的代码不确定性，以及约+/-11kHz的多普勒不确定性。一些接收机采用的是串行搜索过程，还有一些接收机采用并行（多相关器）过程。更快的设计采用的是匹配滤波器(MatchedFilter)或快速傅立叶变化（FFT）技术。最新的技术采用的是多种代码的混合复制技术，而非分立的代码。冷启动TTFF的定义为:接收机加电至其捕获第一个有效导航数据点之间的时间，但需满足如下条件：

1.时间未知

2.当前历书（Almanac）和星历(ephemeris)未知

3.位置未知

由于该过程具有随机性，需要在不同卫星几何分布（SatallitGeometries）条件下测试若干TTFF值并取其平均值。

GPSColdStart與HotStart啟動區別

GPSHotstart需具備的條件：热启动定义为接收机加电至其第一次捕获有效导航数据点之间的时间，但需满足如下条件：1.时间已知2.历书已知3.星历已知4.位置距上次定位点100公里以内GPS接收机假设你上次使用GPS后没有大距离的移动，就直接根据当时的坐标和星历，到相应的卫星工作频率上搜索卫星，基本定位時間在5sec，如接收機位置没有太大变化，卫星很快就能锁定到.GPSHotstart失效的原因：一，距離上次定位超過4小時由於GPS卫星报文速度慢，为了节省流量和时间，卫星一般都只传四个小时的星历。二，接收機在4小時時間內移動距離超過一千公里以上GPS开机的位置离上次关机的地点很远，那么算出的卫星信号频率跟实际是不同的，使用原來保存的坐標已經找不到原來的衛星,所以不得不重新搜索衛星,重新定位。

GPSColdStart與HotStart啟動區別

但应该注意这些数据都不是长期有效的，不能随时随地帮GPS实现快速定位。

一种情况是时间过期。这GPS内存储的星历时效一般不超过4小时。也就是说，如果你关了GPS超过四小时，即使没有大距离移动，仍然在原来的城市里，而GPS内的保留星历依然会因超时而失效。此时头顶的卫星已经不是星历里记录的那几颗了，必须再次一颗一颗的去计算卫星轨道。当然，此时“最后一次定位的经纬度”是有效的，有一个参考值，锁定卫星的速度还是比冷起稍微快一点.

另一种情况是星历预测锁定卫星信号的功能失效

比如你出差了。四个小时内，关着GPS坐飞机从上海到了深圳。这时候，GPS芯片里存放的数据就不论是否超过4个小时都完全失效。因为，你所处的位置已经不是GPS内存中记录的那个经纬度了，内存中的星历，是上海上空的星历。跟深圳头顶上的卫星无关。此时若要锁定GPS卫星，缓慢就跟冷起无异。輔助全球衛星定位系統即AGPS簡介AGPS(AssistedGlobalPositioningSystem)輔助全球衛星定位系統GPS使用24個GPS衛星所形成的網絡來三角定位接受器的位置，並提供經緯度座標。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星或軌道所經過的地方。在濃密的樹下或是室內會出現信號衰減而無法準確定位。輔助全球衛星定位系統,是使用協助服務的技術，用來減少定位所需的時間。在蜂巢式(手機)網路上使用定位服務已越來越普遍。AGPS是结合GSM/GPRS与传统卫星定位，利用基地台代送辅助卫星信息，以缩减GPS芯片获取卫星信号的延迟时间，受遮盖的室内也能借基地台讯号弥补，减轻GPS芯片对卫星的依赖度。和纯GPS、基地台三角定位比较，AGPS能提供范围更广、更省电、速度更快的定位服务，理想误差范围在10公尺以内，日本和美國都已经成熟运用AGPS于LBS服务（LocationBasedService，适地性服务）

轉接GPS信號需要材料介紹AgendaGPSIntroductionGPStestelementsGSS6700IntroductionWhyusesimulator&WhattotestControlSoftware(SIMREPLAY)IntroductionPositioningApplicationIntroductionSpirentGPS模擬系統簡介KONEX

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

SpirentGSS6700是一个强大的、灵活的Multi-GNSS开发、集成和验证测试平台。（也是目前工厂端所使用的GPS信号发生器）GSS6700支持GPS/SBAS,GLONASS和GalileoL1信号的任意组合，并提供精确的、可重复的组合multi-GNSS信号。GSS6700可被配置成单星座或多星座的最多12个通道，例如：:

1.只有GPS

2.只有GLONASS（格洛纳斯）

3.只有Galileo

（伽利略）4.GPS

和GLONASS

GPS和Galileo

5.GPS，GLONASS和Galileo每星座12个模拟通道，支持高达36个通道

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电源开关GSS6700測試示意圖GSS6700仿真測試冷啟動TTFF利用仿真器执行冷启动TTFF测试非常简便。

首先是仿真一个静态位置，对卫星功率水平进行设置，使得进入接收机天线的功率水平大概为-120dBm。在运行该场景（并将接收机连接至仿真器）后，功率便施加在接收机上。当接收机捕获第一个定位后，停止该场景，退回（如可行）并将场景时间前进至少8个小时，确保仿真的可视卫星星群的几何分布的改变。将仿真位置改变数千公里也可以达到同样的效果。清除接收机的所有导航数据和时间信息，并切断电源。重新运行修改后的场景并重新向接收机加电。按要求的次数重复该过程，得出TTFF结果的平均值。如果不能确定接收机的存储器是否已完全清除，您可以为场景选择一个完全不同的地点和/或时间（相隔数年）。通过这种方法，即使接收机保留了部分过去的导航数据，这些数据也不会发挥作用。GSS6700仿真測試溫啟動TTFF温启动TTFF:

1.温启动的定义,为接收机加电至其捕获第一个有效导航数据点之

间的时间，但需满足如下条件：

1.时间已知

2.历书已知

3.无星历（或数据存在时间超过4个小时）

4.位置距上次定位点100公里以内仿真器测试温启动TTFF

:

1.在仿真器测试中，您可以使用与冷启动TTFF相同的场景，此时

参数（例如清除星历，但不清除历书）都已通过接收机进行設定。

2.如果无法清除星历，必须首先允许接收机从完整导航消息中收集历

书（该过程耗时约12.5分钟）.将场景前进4个小时（使星历化）.

并设置接收机的匹配时间。GPS仿真器测试捕获灵敏度：GPS仿真器模擬信號干擾仿真器测试模擬信號干擾：1.在仿真器测试中，您可以通过禁用大气效应及刻意不在仿真

中包括任何星历误差、时钟误差、多普勒效應或EMI/RFI

来消除UERE和某些UEE误差。这在使用真实卫星信号时是无

法实现的。

2.因此，除使用GNSS仿真器外，我们不可能用其它方法从物理

上测量接收机的绝对导航精度。为测量静态导航精度，需

要定义一个场景及其静态位置（0度经纬度和0高度通常都是

好的位置，因为任何变化都会以非零数字显示出来）。该场

景应当至少运行24个小时，而且功率水平一定不能超过

-160dBw（最低射频信号接收强度）。

3.某些接收机有一种模式，可以在探测到速度低于某个临界值时固定位

置。这种所谓的“静态模式”在车载接收机上非常有用，可以在车辆静

止时避免显示“抖动”。然而，在执行静态位置精度测试时，该模式必

须禁用，避免干扰结果。AgendaGPSIntroductionGPStestelementsGSS6700IntroductionWhyusesimulator&WhattotestControlSoftware(SIMREPLAY)IntroductionPositioningApplicationIntroductionTroubleShootingGSS6700配套Sim軟件簡介GSS6700可与一系列软件的功能进行搭配以适应不同的测试要求。

SimGEN是思博伦十分灵活的模拟器软件套装，SimGEN提供了一个完整而灵活的场景创建能力，包括星座、传播、地形遮蔽、天线模式、多路径、车辆轨迹和一系列错误模型的控制。SimREPLAY支持模拟器重放预先定义好的场景，并且是进行重复对比测量的理想解决方案。用于SimREPLAYTM的场景可以从多种来源获得，其中包括在线场景生成工具，而且只是客户与思博伦订立了保证或支持合同，都可以免费获得这些工具。SimREPLAYplus使用户能够远程定义车辆运动轨迹，并且添加了对时间、日期和位置进行编辑的能力。SimREPLAYplus使用户可以在本地生成场景，其所具备的特性与受支持的SimREPLAYTM用户所获得的在线工具不相上下。GSS6700配套Sim軟件簡介特性：1.多达36个通道，每个星座12个独立通道

2.级别领先的精度，保真度和可靠性3.储存和比较DUT数据4.接收天线模式建模5.从记录的NMEA数据中导入运动数据（需要SimGEN或SimREPLAYplus）6.可供选择的场景创建和模拟控制软件7.SimREPLAY：交互式运行中的控制与辅助数据提取8.SimREPLAYplus：导入远程轨迹、编辑时间、日期和位置9.SimGEN：广泛的星座、广播和可灵活采集数据的车辆模型SimREPLAYforWindowsSpirent模擬衛星導航控制軟件，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.將個人場景設定另存為源文件,供其它設備調用。4.通過USB連接方式控制GSS6700信號仿真器。SimREPLAYMainWindowScenarioTreeWindowSimulationData

WindowsMessage

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

<1>.選擇Allchannels

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

<

4>.然後選擇Absolute(絕對值）默认值无需更改4.在如右圖點擊

三角圖標（Run)

確認在軟件右下角的Redaytorun是否已變為綠色。SimREPLAY及GSS6700及可開始模擬運行預設的場景環境SimREPLAYDisplays–GroundTrackShowsSatelliteandVehiclePositionsSelectwhichsatellitetypestoview(basedonantennasignalselections)SimREPLAYDisplays–SkyPlotLookfromapointinspacedownatthevehicleViewedfromthispointSimREPLAYDisplays–SkyPlotShowsbestDOPvalueforselectedSV’s.CanchangethetypeofDOPbeingdisplayed:-SimREPLAYDisplays–PowerLevelsShowsdBpowerfromreferencelevelMulti-frequencyselection,asapplicableLeft-clicktoviewsignalcomponentsDouble-clicktoopenpowerslidercontrolSimREPLAYToolbarStatusBarAmber–NoHardwareModeRewindRunScenarioTurboModeon/offTurboModeSpeedStopScenarioSimulationTimeToolbarMenuBarHeaderContextSensitiveHelp!SimREPLAYToolbarDate/TimePseudoRangeRampNMEALoggingScenarioTreeSimREPLAYToolbarPowerLevelsGroundTrackVehicleDynamics(dials)PositionDetailsSkyPlotSatelliteSignalDataPowerAdjustmentControlRxAntennaPatternAgendaGPSIntroductionGPStestelementsGSS6700IntroductionWhyusesimulator&WhattotestControlSoftware(SIMREPLAY)IntroductionScenarioApplicationIntroduction如何創建模擬場景？？？GSS6700隨機光盤附帶的免費軟件SIMREPLAY(或可在Spirent官網下載)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要怎麼創建場景呢？？？

<1>.聯繫所購買的Spirent设备的供应商,与Spirent售后联系将设备编号等信息发送给Spirent存档且開通售后技術支持等相关服務。

<2>.Spirent完成信息審核登記後,會發鏈接地址.根據Spirent提供的連接在Spirent官網完成