GNSS天線性能比較

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。在沒有暗室和專用設(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（以優(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。

 

一般來說是在單個(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“眼球”觀察C/No的條形圖值來完成，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（參見下面關(guān)于NMEA語句信息范例）。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。

 

$ 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

 

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)。