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GPS系统设计和测试时的常见问题与解决办法

  发表时间:2012-4-25 5:30:02  点击:5408 [返回]
今天在汽车和各类便携式设备中集成GPS功能已变得非常流行,那么工程师在GPS系统的设计和测试时会碰到哪些常见问题呢?碰到后又该如何解决呢?在本刊网站的GPS设计论坛上,SiRF的技术专家赵斌就工程师提出的各种GPS系统的常见设计问题畅谈了他的解决之道,现予以汇总以快读者。

1. 由于建筑物的遮挡,集成GPS功能的便携设备在楼宇中或者密集街道上识别原本微弱的GPS信号会存在一些问题,目前有哪些主要的技术措施来解决这个问题?

在城市峡谷中,既有强信号也有弱信号,弱信号大部分是多径信号。因此高灵敏度的接收机需要有特殊的算法,能够处理多径下的信号。这样就可以解决城市中导航的问题。

2. 当在手机中集成GPS时,请问如果确保手机和GPS的射频部分不相互干扰,两者的天线又该如何设计?

良好的屏蔽、布线和元器件的选择是非常重要的。GPS手机在设计时首先要考虑的是GPS部分的设计,因为它的信号在整个手机系统里是最弱的。天线部分我们建议使用单独的GPS天线,这样可以保证GPS有比较好的接收效果。

3. 我们在使用RF器件进行设计时,16.368MHz的晶体匹配很困难,我们从厂商定制的晶体都难以达到要求。请问专家有什么建议?是不是需要使用温补型晶体?

建议使用温补晶体。具体的选择要求,需要根据厂商的要求来进行。你可以参照厂商的参考设计和设计文档选择合适的产品。Kyocera和Rakon都有很多产品可以选择。TCXO是GPS产品设计的关键所在,高质量TCXO和好的设计,可以保证GPS在苛刻环境下的定位能力。

4. 手机空间有限,要再增加支持GPS功能对射频电路的布局布线要求很高,对此有什么技巧和经验可以分享?

GPS布线的设计非常关键,不同厂商有不同的要求,一定要遵照厂商的设计要求进行。这里只谈一些要考虑的基本的原则:a. PCB层数和板材的要求;b. 如果可能的话所有元件都采用表面封装形式;c. 连接器应防止接到对噪声较为敏感的地方,推荐用小型的连接器,并且注意接地和屏蔽;d. 所有射频线应尽量最短并且避免交叉,这一点非常重要;e. 所有电源注意滤波;f. 做好射频和基带的屏蔽,屏蔽罩需要焊接到板上;g. TCXO部分要非常好的屏蔽,包括热屏蔽或者远离可能引起较大温度变化的元器件。这一点也非常重要。

5. 在手机中实现GPS应采用软件还是硬件方法,它们在技术和成本方面各有什么优劣势?哪种实现方式更有前途?

软件GPS具有较低的成本,但是运行时需要消耗较多的主机资源,性能上目前和硬件GPS还略有差距。未来的2~3年内,硬件GPS应该还是市场主流。我们预期SiRFsoft之类的纯软件GPS将在某些领域流行,在这些领域中位置识别非常重要,而且主机也有足够的吞吐能力及资源。

6. 从GPS模组通过串口以NMEA读出的经纬度坐标是总在跳变的,尤其是系统静止的时候这种跳变更加剧烈。众所周知,经纬度的微小变化就会导致几十米至几百米的差距,那么软件方面是否应该做一些滤波来抑制这种跳变呢?有哪些常用的滤波算法呢?

这种跳变是需要进行抑制的。可以在导航软件上或者GPS接收器上软件实现。一般是根据跳变的范围和当时的速度进行设置,如果静止的情况下,可以锁定当时的输出。另外,也可以结合地图进行一些匹配。

7. 现在有没有测试GPS产品的方案,例如怎样确保国产的产品在欧洲和美洲可以正常工作?

仅仅就GPS接收器的性能而言,如果在国内做过充分的测试,无论在美国还是欧洲,肯定可以正常工作的。当然北欧有些地方GPS的覆盖不好,也许会有些差别。另外,可能使用环境上会有些差别,比如冬天室外的温度,这些情况可以通过其他方式来模拟。而且通过实际的定位测试,或者购买GPS信号发生器,都可以完善的测试GPS。

8. 目前市面上有很多GPS模块、GPS产品,那么该如何测试、量化比较、评价他们的性能呢?

量化测试一般只能靠仪器测试,需要用专门的GPS信号发生器,通过输入不同强度的信号,来观察灵敏度和首次定位时间(TTFF)等静态指标。有些高级的信号发生器,可以模拟不同的场景,这样就可以进行动态性能的测试。

9. 现在支持A-GPS定位技术的芯片有哪几种?

SiRF第三代芯片全部支持A-GPS。对于A-GPS和StandaloneGPS,硬件架构完全一样,只需要软件升级即可。

10. 在常温时测量冷启动时间在40秒左右,在高温80℃时测量则为100秒左右,请问是哪些原因导致了80℃时冷启动时间较长?

你可以检查一下使用的TCXO是否允许工作在80℃。如果TCXO的频率漂移比较大,定位时间就会很长。另外,你的温度是如何测量的?如果外部温度达到80℃,TCXO的内部温度应该还要更高。

11. 目前我们公司准备在已有设备中增加GPS功能,但对GPS OEM模块的性能、成本并不满意,请问如果从芯片级开发,需要多少设备、人员和时间?

这个问题的确很难有一个准确的回答。GPS开发需要的设备除了一般的射频仪器比如频谱仪、矢量分析仪、噪声仪等,还需要专门的GPS信号发生器。如果有经验丰富的开发人员,选择成熟的解决方案,应该不是太大的问题。

 

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