目 錄
1．GPS導航簡介
2．伽利略導航簡介
3．Aeroflex GPS測試產(chǎn)品簡介
4．GPSG-1000測試應用
1．GPS導航簡介
NAVSTAR (Navigation Satellite Timing And Ranging),，GPS (Global Positioning System) 是以衛(wèi)星為基礎的導航系統(tǒng)，最初用于軍用導航,，由美國國防部建立和控制?，F(xiàn)在部分GPS功能可用于民用。
民用GPS全天候提供精度高于100米的三維定位和精確時間。GPS通過三角定位方式計算位置,。當已知衛(wèi)星位置,、衛(wèi)星至接收機的距離，多顆衛(wèi)星就可以精確定位接收機,。GPS通過測算時間來計算距離,。
GPS系統(tǒng)由三部分組成
空間部分
控制部分
用戶部分
空間部分
空間由空間飛行器（SV）或衛(wèi)星組成，通常有24顆衛(wèi)星和備用衛(wèi)星,。每顆衛(wèi)星在20200公里高空12小時軌道上,，每天以同樣的地面軌跡運行。任何地點均可以看到5到12顆衛(wèi)星,。
6條軌道平面均勻地分布在地球周圍,，相互夾角60度，與赤道夾角55度,。平面命名為A到F,。每個軌道平面有四顆衛(wèi)星，空間位置不是平均分布,，臨近衛(wèi)星位置從31.13度至119.98度,。每個平面上均有不同的衛(wèi)星角度間隔。一個計算機模型計算衛(wèi)星空間位置,，以便在某一衛(wèi)星故障時依然能夠保持理想的衛(wèi)星幾何分布,。
GPS SV 框圖
GPS SV信號數(shù)據(jù)結構
每一GPS衛(wèi)星發(fā)射具有獨特編碼簽名的相同載波信號。此簽名由1023位偽隨機噪聲（PRN）編碼構成,，以1 ms周期重復發(fā)射。PRN碼與50bit/s的導航數(shù)據(jù)異或計算,。合成的編碼以BPSK方式調(diào)制1575.42MHz載波,。最終產(chǎn)生擴頻信號。
控制部分
在全球分布有6個未命名的監(jiān)測站,。每一監(jiān)測站連續(xù)監(jiān)測和接收GPS衛(wèi)星發(fā)出的信息,，并傳送軌道和時鐘信息至主控制站。五個控制站（除Hawaii外）可向GPS衛(wèi)星上載信息,。Colorado Springs被用于主控制站（MCS）,。MCS從其它監(jiān)測站連續(xù)接收GPS衛(wèi)星、軌道和時鐘信息,。MCS對數(shù)據(jù)進行必要的精確修正,，并通過地面天線向GPS衛(wèi)星發(fā)送歷書（ephemeris）信息。
GPS控制部分的作用：
通過非經(jīng)常的,、指令控制的小動作運動,，使衛(wèi)星保持正確的運行軌道
修正和調(diào)整衛(wèi)星時鐘和數(shù)據(jù)
跟蹤GPS衛(wèi)星，生成并上載導航數(shù)據(jù)至每顆衛(wèi)星
在衛(wèi)星故障時調(diào)制衛(wèi)星位置以減小影響
用戶部分
GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號使GPS接收機可以計算時間和距離。GPS接收機僅接收信號,，不發(fā)射信號,。GPS發(fā)射的信號具有兩個頻率：L1（1575.42MHz）和L2 (1227.6MHz)。L1頻段可用于民用,，L2頻段主要用于軍用,。
GPS現(xiàn)代化
GPS系統(tǒng)現(xiàn)代化進程正在布署，增加了新的信號,，以提高精度和完整性,。
GPS現(xiàn)化代信號
L2CS
L2CS提供了L2頻率的民用信號。由于硬件結構不同,，它僅在名為Block IIR-M及之后的衛(wèi)星上發(fā)射,。L2CS信號用于增強導航精度、快速跟蹤和抗干擾,。不同于C/A碼,，L2CS包含兩組不同的PRN碼序列：民用中等長度碼（CM碼）和民用長碼（CL碼）。CM碼有10230位長,，20ms重復一次,。CL碼長度767250位，1500ms重復一次,。它們的傳輸速率均為5115500位/秒,，兩種編碼總計速率1023000位/秒。CM碼由導航信息CNAV調(diào)制,，CL碼無數(shù)據(jù)調(diào)制,，因此其相關性可以比L1 C/A碼高24dB，更易于信號跟蹤,。
L5
民用生命安全信號隨GPS IIF（2009）開始發(fā)布,。兩組PRN碼在L5載波上發(fā)射：同相碼（I5）和正交碼（Q5），長度無為10230位,，速率10.23MHz（1ms重復）,。I5為10位Neuman-Hofman碼以1KHz調(diào)制，Q5為20位Neuman-Hofman以1KHz調(diào)制,。L5加載導航數(shù)據(jù),，Q5無數(shù)據(jù)加載。
改進的信號結構增強系統(tǒng)的性能
比L1和L2更高的發(fā)射功率
寬帶寬提供更高的增益
使用了海事無線電導航服務頻段（1176.45MHz）
L1C
民用信號,，在L1頻段廣播,。PRN碼長度10230位，速率1.023Mbps,，包括訓練載波和數(shù)據(jù)載波,，如L2C。使用BOC調(diào)制方式。將增強與Galileo L1波段信號協(xié)同工作的能力,。
M碼（軍用）
（略）
2．伽利略導航簡介
Galileo是歐洲全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng),，為民用提供高精度、具有保證的全球定位服務,。標準的雙頻配置,，可提供精度達1米的定位。伽利略系統(tǒng)保證在除極端情況外的各種環(huán)境下服務,，使其適用于安全性要求高的應用,，如運行的火車、導航車和著陸的飛機,。
首顆試驗衛(wèi)星于2003年發(fā)射,。2005和2008各發(fā)射一顆測試衛(wèi)星。2010和2011計劃發(fā)射4顆IOV衛(wèi)星,。伽利略全部運行將包括30顆衛(wèi)星（27顆運行+3顆備用）,，在3個距離地面23222Km的中距軌道運行，與赤道夾角56度,。
數(shù)量眾多的衛(wèi)星,、優(yōu)化的星座位置及3顆備用星，使得單顆衛(wèi)星故障不會影響用戶使用,。通過使用BOC（二進制偏移載波）技術,，減少了與GPS BPSK信號的相互干擾。
地面部分：
2個Galileo控制中心,，位于歐洲,，功能包括軌道控制、完整性和任務控制,、衛(wèi)星控制,、服務產(chǎn)品、精確時間設備（PTF）
15個Galileo上行站：位于全球各地,，5個Telemertry、Telelcommand和Tracking站,，9個任務上行站
30個Galileo監(jiān)測站：位于全球各地,，監(jiān)視衛(wèi)星導航信號服務質(zhì)量
Galileo服務包括：
OS（開放服務）：免費發(fā)射，最大的用戶群,，提供時間和定位（1米精度）
CS（商用服務,，加密）：高數(shù)據(jù)速率，定位精度達厘米,。確保為付費者的服務,。
SoL（生命安全）：開放服務，用于對精度要求高的應用，提供完整性信息,。
PRS（公共管理服務,，加密）：在危急時刻仍然能提供服務，主要客戶為政府機構
SAR（搜救服務）：收集遇險信標位置信息,，可發(fā)送反饋信息,，確認救援正在路上。
Galileo信號
3．Aeroflex GPS測試產(chǎn)品簡介
Aeroflex提供有兩款GPS仿真測試設備：
單星測試設備：GPS-101
6星/12星測試設備：GPSG-1000
GPS-101全球定位模擬器能夠?qū)θ蛐l(wèi)星定位(GPS)系統(tǒng)接收機進行精確和可重復的測試,。這種測試能力通過模擬一顆全球定位衛(wèi)星,，并生成一個特定的衛(wèi)星(SV)和導航(NAV)數(shù)據(jù)碼型來實現(xiàn)。結合遠程載入的GPS星歷信息和RF電平/頻率控制,，GPS-101為驗證GPS系統(tǒng)操作完整性提供了一款輕松便攜的測試解決方案,。
快速驗證GPS接收機的操作完整性
可選擇衛(wèi)星（SV）數(shù)據(jù)和導航（NAV）數(shù)據(jù)
可調(diào)整RF電平，范圍從-85 dBm至-145 dBm,，步長為1 dB
多普勒頻移控制使操作人員可以選擇大約4 kHz的載波頻移
使用實時時鐘存儲GPS星歷
直接（或通過天線耦合器）連接接收機
采用電池供電,，輕巧便攜
GPSG-1000 是一種可通過軟件升級的單載波、多信道模擬器,，便攜式,、電池供電，具有6通道和12通道兩種配置,。擁有6信道配置的 GPSG-1000 提供三維位置模擬,，其中五個信道支持 RAIM 運行，一個信道用于 SBAS,、WAAS 或 EGNOS 模擬,。12信道配置具有與6信道單元相同的功能，并增加了六個信道,。從而可選擇對可見人造衛(wèi)星（SV）進行任意組合,。
模擬 GPS 信號：L1、L1C,、L2C,、L5
模擬 Galileo 信號：E1、E5,、E5a,、E5b、E6
同時模擬 GPS/Galileo 信號
模擬 SBAS 衛(wèi)星
WAAS/EGNOS L1,、L5
MSAS
GAGAN
靜態(tài)模擬或通過航路點錄入系統(tǒng)模擬多航段動態(tài)位置
6或12信道配置,，提供升級服務 (支持RAIM)
可編程人造衛(wèi)星 (SV) 參數(shù)和健康狀況
用戶或 UTC 基準時間和日期
直接連接接收機或利用天線耦合器工作
配有直觀用戶界面的超大觸摸屏顯示器
遠程控制接口 USB/LAN
NMEA 0183 數(shù)據(jù)輸入
來源：C114中國通信網(wǎng)
4．GPSG-1000測試應用
4．1 連接方式
電纜直接連接：GPSG-1000內(nèi)部具有隔直模塊，不需外置
耦合器連接：GPSG-1000標配的耦合器具有屏蔽功能,，不需要屏蔽室
4．2 GPS接收機通訊
一些GPS接收機具有維護界面,，可提供NMEA-183語句,，用戶可以看到SV的參數(shù)。使用GSA語句可以檢測GPS接收機是否定位從而進行TTFF（首次定位時間）測試,。
4．3 靈敏度測試
4．3．1 跟蹤靈敏度：接收機能夠收到單顆星的最小接收電平
將GPSG-1000與接收機耦合,，從SV列表中選擇仰角接近90度的衛(wèi)星，設置為ON,，其它衛(wèi)星設置為OFF,。改變電平，使接收機C/N值達到特別設定值,，此時電平為跟蹤靈敏度,。
4．3．2 捕獲靈敏度：接收機能夠進行靜止定位的最小接收電平
將GPSG-1000與接收機耦合，將SV列表中的衛(wèi)星全部設置為ON,。逐漸改變電平,，使接收機實現(xiàn)定位，此時電平為捕獲靈敏度,。
4．4 初次定位時間（TTFF）和定位精度測試
根據(jù)接收機保存的星歷,、歷書和位置信息的狀態(tài)不同，GPS信號強度不同,，初次定位時間也不同,，測試分為冷啟動、溫啟動和熱啟動,。
4．4．1 冷啟動
GPS接收機沒有保存有效的星歷,、歷書和位置信息，需要依次通過GPS衛(wèi)星信號下載星歷,、歷書和位置信息,。這需要幾分鐘時間。
4．4．2 溫啟動
GPS接收機保存有近1周內(nèi)的星歷信息,，但沒有有效的歷書信息,。如果接收機的時間誤差在20秒以內(nèi)，位置誤差在100公里以內(nèi),，溫啟動時間通常在60秒以內(nèi),，有時會是非常短的時間。
注：歷書4小更新一次,。如果GPS接收機沒有溫啟動功能,，可以使其歷書過期進行測試。
4．4．3 熱啟動
GPS接收機保存有最新的星歷和歷書信息,，關機時間小于2小時，位置移動小于100米,，則熱啟動時間通常會在0.5秒至20秒,。
4．4．4 TTFF測量精度
由于衛(wèi)星每12小時圍繞地球一周,，衛(wèi)星的位置和角度在不斷變化，TTFF與衛(wèi)星分布,、角度,、信號強度都有關系，因此需要設置不同的UTC時間測試,，以驗證不同環(huán)境下性能,。
4．4．5 位置精度
同樣，GPS衛(wèi)星的空間分布,、角度和強度也會影響到位置精度,，測試位置精度時，也需要在不同UTC時間下進行,，從而得到更準確的測試結果,。
4．5 接收機自體完好性監(jiān)控（RAIM）測試與SV幾何分布
具有RAIM功能的接收機需要至少5顆衛(wèi)星，通過比較不同衛(wèi)星組合方式測定的位置,，判斷定位的可靠性并適時發(fā)出警告,。
GPSG-1000可以提供6顆或12顆衛(wèi)星信號，用戶可以通過以下方式改變SV幾何分布,，降低定位精度,，從而啟動接收機RAIM警告功能：
選擇低仰角衛(wèi)星，其它衛(wèi)星設置為非健康狀態(tài)BAD
選擇衛(wèi)星使其在一個小范圍內(nèi),，夾角小,，其它衛(wèi)星設置為BAD狀態(tài)
設置極點位置：GPS衛(wèi)星的軌道產(chǎn)生了6個極點區(qū)域，這些區(qū)域上空衛(wèi)星稀少,，可視衛(wèi)星的仰角低,，定位精度差
4．6 輔助GPS（A-GPS）測試
手機內(nèi)置的GPS接收機可由基站向其傳送星歷、歷書和其它輔助數(shù)據(jù),，使其更加快速地定位,。
GPSG-1000的A-GPS選件可用于與aeroflex 4400或其它CDMA/GSM手機測試儀協(xié)同工作，對內(nèi)置GPS接收功能手機進行A-GPS協(xié)議的全面測試,。
GPSG-1000要由用戶產(chǎn)生62.5分鐘的場景,，或5個導航信息。這些數(shù)據(jù)文件由實時仿真軟件產(chǎn)生,，通過遠程控制由網(wǎng)口傳送,。GPSG-1000可以存儲場景和相應的文件。這些文件包括：
Acquisition: 時間標記數(shù)據(jù)
Processed Navigation Data: 帶時間標記的星歷和歷書數(shù)據(jù),，使用工程單位
Raw Navigation Data: (5 messages) 用于靈敏度協(xié)助
4400使用這三個帶有時間標記的文件,，產(chǎn)生協(xié)助數(shù)據(jù)，并傳送給被測手機,。4400通過網(wǎng)口控制GPSG-1000仿真,，并通過硬件觸發(fā)仿真,。GPSG-1000的外部10MHz時鐘由4400提供，使得射頻信號與4400內(nèi)部用于仿真的數(shù)據(jù)同步,。