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GNSS天線性能比較

發(fā)布日期:2022-07-22??來(lái)源:Tallysman??作者:Tallysman我要投稿我要評(píng)論
 背景
天線和GPS接收機(jī)中的LNA元件,對(duì)接收機(jī)最終可用靈敏度至關(guān)重要。在沒(méi)有暗室和專(zhuān)用設(shè)備的情況下,很難對(duì)每個(gè)天線進(jìn)行絕對(duì)測(cè)量,但是有一種簡(jiǎn)單的方法來(lái)進(jìn)行比較評(píng)估。 C/No是絕對(duì)指標(biāo),主要是天線加前端性能。 C/No是1Hz帶寬中載波功率與混合信號(hào)的噪聲功率的比率。該比率定義了GPS接收機(jī)的靈敏度限制。無(wú)任什么原因C/No值降低,即帶寬限制或LNA噪聲數(shù)值增加,GNSS靈敏度將相應(yīng)減少。一旦受阻,沒(méi)有辦法恢復(fù)C/No。即使額外增益也不管用,因?yàn)镃和No被同樣放大,因此不起作用。 C/No測(cè)試就像天線+前端LNA性能的“藥物測(cè)試”,不可忽悠!比較天線性能(以?xún)?yōu)勢(shì)評(píng)判)的簡(jiǎn)單方法是比較標(biāo)準(zhǔn)NMEA $ GPGSV導(dǎo)航電文中特定衛(wèi)星的C/No值。該導(dǎo)航電文報(bào)告每個(gè)可視衛(wèi)星的C/No值,由接收機(jī)解調(diào)器解算。大多數(shù)GNSS芯片制造商提供PC實(shí)用程序來(lái)顯示每個(gè)被跟蹤衛(wèi)星的C/No值,通常以條形圖表示。這通常需要實(shí)用程序用$ GPGSV NMEA命令輸出信息。
 
測(cè)試方法
一般來(lái)說(shuō)是在單個(gè)接收機(jī)上簡(jiǎn)單地安裝要進(jìn)行比較的天線,并且比較最佳的兩個(gè)或三個(gè)衛(wèi)星的C / No的報(bào)告值。衛(wèi)星星座在幾分鐘的過(guò)程中會(huì)改變,報(bào)告值將由于星座變化而變化,并且由于天線不同而不同。重要的是:a)報(bào)告值與特定衛(wèi)星相關(guān),b)序列快速,以及c)重復(fù)測(cè)量幾次。最簡(jiǎn)單的情況是GPS L1。由于GPS L1信號(hào)相對(duì)較窄,天線評(píng)估簡(jiǎn)化為幾個(gè)最佳GPS衛(wèi)星C/No平均值的比較。對(duì)于多星座/多頻天線,情況稍微復(fù)雜一些,因?yàn)闇y(cè)量必須包括多衛(wèi)星星座和多信號(hào)。這可以通過(guò)“眼球”觀察C/No的條形圖值來(lái)完成,但更好的方法是使用記錄終端軟件捕獲NMEA輸出。
 
GNSS接收機(jī)和要評(píng)估的天線應(yīng)當(dāng)布置成:a)測(cè)試天線必須清楚地看到整個(gè)天空,具有相對(duì)低的天際線b)接收機(jī)被設(shè)置為輸出NMEA $ GPGSV導(dǎo)航電文(GLONASS為$ GLGSV,Galileo為$ GAGSV,BeiDou為$ GBGSV),c)接收機(jī)的串口連接到運(yùn)行C/No條形圖實(shí)用程序的計(jì)算機(jī)(用于目視檢查)或具有日志記錄的終端實(shí)用程序(Hyperterm),d)每個(gè)天線放置在臨近相同的接地平面(100mm,圓形或正方形是理想的)上,e)被測(cè)天線彼此相隔不要小于0.5米(以確保沒(méi)有耦合),以及f)可能在接收機(jī)處非??焖俚厍袚Q天線。
 
該方法是將按理想順序連接每條天線不超過(guò)30秒,并在該時(shí)間期間記錄NMEA數(shù)據(jù)流。天線更換應(yīng)該光滑,以便接收機(jī)快速重新獲取。終端實(shí)用程序可以快速記錄NMEA輸出數(shù)據(jù)。每條NMEA $ GxGSV導(dǎo)航電文報(bào)告天線在最多4個(gè)可視衛(wèi)星的C/No視圖(參見(jiàn)下面關(guān)于NMEA語(yǔ)句信息范例)。最佳報(bào)告參數(shù)是高于48dB的特定衛(wèi)星的數(shù)值。具有低C/No值的衛(wèi)星不能用于比較,因?yàn)榈托盘?hào)電平掩蓋天線性能??焖僦貜?fù)測(cè)量有助于克服報(bào)告值的變異性并適應(yīng)衛(wèi)星星座的連續(xù)變化。記錄數(shù)據(jù)方便以后進(jìn)行文字整理工作。
 
NMEA $ GPGSV導(dǎo)航電文格式
$ GPGSV導(dǎo)航電文提供了關(guān)于跟蹤衛(wèi)星的詳細(xì)信息。
$ GPGSV,x,x,xx,xx,xx,xxx,xx,................xx,xx,xxx,xx * hh
GS =可視SV(衛(wèi)星)數(shù),PRN號(hào),仰角,方位角和SNR值。
$ GPGSV,3,1,11,03,12,174,,06,20,159,13,14,315,14,02,139,* 7C
1 =此周期中此類(lèi)型的電文總數(shù)
2 =電文數(shù)
3 =可視SV(衛(wèi)星)總數(shù)
4 =(第一顆)衛(wèi)星PRN號(hào)
5 =以度為單位的仰角,最大值為90°
6 =與真北的方位角,000°到359°,
7 = SNR(信噪比),00-99 dB(不跟蹤時(shí)為零)
8-11 =第二顆SV(衛(wèi)星)的信息,與字段4-7相同,
12-15 =第三顆SV(衛(wèi)星)的信息,與字段4-7相同,
16-19 =有關(guān)第四顆SV(衛(wèi)星)的信息,與字段4-7相同
20 =校驗(yàn)和
 
結(jié)果解讀
對(duì)于多星座接收機(jī),C/No對(duì)GLONASS,Galileo和BeiDou具有與GPS L1衛(wèi)星相同的意義,并且應(yīng)當(dāng)將比較GPS-L1與GPS-L1,GLONASS與GLONASS,Galileo與Galileo,和北斗與北斗特定衛(wèi)星。更好的C/No值減少了GNSS丟星、更好的捕獲和更好的整體準(zhǔn)確度,因?yàn)镚NSS水平精度(HDOP)值變小了。以下給出一些預(yù)期值,54dB是驚人的,53dB是優(yōu)秀的,52dB是好的,49/50dB是“(不理想)可接受的”。這些是數(shù)值的小差異;降3dB天線差一半。罕有,但是可能遇到報(bào)告的所有C/No值都低于48dB的情況,在這種情況下,等待一個(gè)小時(shí)左右星座改變可能更好。啟動(dòng)時(shí)捕獲GNSS信號(hào)在-143dBm的區(qū)域,由于信號(hào)易受破壞性干擾和樹(shù)冠衰減等因素的影響,衛(wèi)星C/No值相對(duì)容易下降到捕獲閾值以下,因此天線越好,這種情形越少發(fā)生,當(dāng)然,更好的GNSS接收機(jī)將跟蹤低電平信號(hào)。 在消費(fèi)產(chǎn)品中,偶爾的瞬時(shí)GNSS丟失可能是可以接受的。這種情況,如果低成本亞洲天線的消費(fèi)觀是可以接受的,選擇是平常的。如果要求連續(xù)可用性,則將在良好的天線和優(yōu)秀的天線之間選擇,并且從比較評(píng)估競(jìng)爭(zhēng)者的C/No開(kāi)始。 對(duì)于精確的GNSS應(yīng)用,唯一的選擇是高質(zhì)量的雙饋天線,另一個(gè)考慮因素是天線通常是更大系統(tǒng)非常明顯的一部分,并且不可避免地代表了用戶(hù)設(shè)備的質(zhì)量。在這種情況下,天線外殼的堅(jiān)固性和外觀也可以是保持最終產(chǎn)品形象的標(biāo)準(zhǔn)。
 
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標(biāo)簽:??GPS天線;性能比較;挑選
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