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GNSS天線性能比較

發布日期:2022-07-22??來源:Tallysman??作者:Tallysman我要投稿我要評論
 背景
天線和GPS接收機中的LNA元件,對接收機最終可用靈敏度至關重要。在沒有暗室和專用設備的情況下,很難對每個天線進行絕對測量,但是有一種簡單的方法來進行比較評估。 C/No是絕對指標,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的噪聲功率的比率。該比率定義了GPS接收機的靈敏度限制。無任什么原因C/No值降低,即帶寬限制或LNA噪聲數值增加,GNSS靈敏度將相應減少。一旦受阻,沒有辦法恢復C/No。即使額外增益也不管用,因為C和No被同樣放大,因此不起作用。 C/No測試就像天線+前端LNA性能的“藥物測試”,不可忽悠!比較天線性能(以優勢評判)的簡單方法是比較標準NMEA $ GPGSV導航電文中特定衛星的C/No值。該導航電文報告每個可視衛星的C/No值,由接收機解調器解算。大多數GNSS芯片制造商提供PC實用程序來顯示每個被跟蹤衛星的C/No值,通常以條形圖表示。這通常需要實用程序用$ GPGSV NMEA命令輸出信息。
 
測試方法
一般來說是在單個接收機上簡單地安裝要進行比較的天線,并且比較最佳的兩個或三個衛星的C / No的報告值。衛星星座在幾分鐘的過程中會改變,報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)報告值與特定衛星相關,b)序列快速,以及c)重復測量幾次。最簡單的情況是GPS L1。由于GPS L1信號相對較窄,天線評估簡化為幾個最佳GPS衛星C/No平均值的比較。對于多星座/多頻天線,情況稍微復雜一些,因為測量必須包括多衛星星座和多信號。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接收機和要評估的天線應當布置成:a)測試天線必須清楚地看到整個天空,具有相對低的天際線b)接收機被設置為輸出NMEA $ GPGSV導航電文(GLONASS為$ GLGSV,Galileo為$ GAGSV,BeiDou為$ GBGSV),c)接收機的串口連接到運行C/No條形圖實用程序的計算機(用于目視檢查)或具有日志記錄的終端實用程序(Hyperterm),d)每個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)可能在接收機處非常快速地切換天線。
 
該方法是將按理想順序連接每條天線不超過30秒,并在該時間期間記錄NMEA數據流。天線更換應該光滑,以便接收機快速重新獲取。終端實用程序可以快速記錄NMEA輸出數據。每條NMEA $ GxGSV導航電文報告天線在最多4個可視衛星的C/No視圖(參見下面關于NMEA語句信息范例)。最佳報告參數是高于48dB的特定衛星的數值。具有低C/No值的衛星不能用于比較,因為低信號電平掩蓋天線性能。快速重復測量有助于克服報告值的變異性并適應衛星星座的連續變化。記錄數據方便以后進行文字整理工作。
 
NMEA $ GPGSV導航電文格式
$ GPGSV導航電文提供了關于跟蹤衛星的詳細信息。
$ GPGSV,x,x,xx,xx,xx,xxx,xx,................xx,xx,xxx,xx * hh
GS =可視SV(衛星)數,PRN號,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
2 =電文數
3 =可視SV(衛星)總數
4 =(第一顆)衛星PRN號
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(不跟蹤時為零)
8-11 =第二顆SV(衛星)的信息,與字段4-7相同,
12-15 =第三顆SV(衛星)的信息,與字段4-7相同,
16-19 =有關第四顆SV(衛星)的信息,與字段4-7相同
20 =校驗和
 
結果解讀
對于多星座接收機,C/No對GLONASS,Galileo和BeiDou具有與GPS L1衛星相同的意義,并且應當將比較GPS-L1與GPS-L1,GLONASS與GLONASS,Galileo與Galileo,和北斗與北斗特定衛星。更好的C/No值減少了GNSS丟星、更好的捕獲和更好的整體準確度,因為GNSS水平精度(HDOP)值變小了。以下給出一些預期值,54dB是驚人的,53dB是優秀的,52dB是好的,49/50dB是“(不理想)可接受的”。這些是數值的小差異;降3dB天線差一半。罕有,但是可能遇到報告的所有C/No值都低于48dB的情況,在這種情況下,等待一個小時左右星座改變可能更好。啟動時捕獲GNSS信號在-143dBm的區域,由于信號易受破壞性干擾和樹冠衰減等因素的影響,衛星C/No值相對容易下降到捕獲閾值以下,因此天線越好,這種情形越少發生,當然,更好的GNSS接收機將跟蹤低電平信號。 在消費產品中,偶爾的瞬時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觀是可以接受的,選擇是平常的。如果要求連續可用性,則將在良好的天線和優秀的天線之間選擇,并且從比較評估競爭者的C/No開始。 對于精確的GNSS應用,唯一的選擇是高質量的雙饋天線,另一個考慮因素是天線通常是更大系統非常明顯的一部分,并且不可避免地代表了用戶設備的質量。在這種情況下,天線外殼的堅固性和外觀也可以是保持最終產品形象的標準。
 
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標簽:??GPS天線;性能比較;挑選
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