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感測器/MEMS  

車載GPS接收器測試工具指南

上網時間: 2005年11月02日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:接收器  導航  數位地圖  感測器  慣性 

家庭房車已經成為現代人生活中的必要工具,人們的家庭活動範圍因此也得到了很大的延伸。當他們周末出門渡假時車載GPS導航將是很有用的一個工具,而車載GPS導航系統測試也已經成為業界工程師們的焦點話題。

車載GPS導航系統基本上分成二種,一種是簡單的具備天線的GPS接收器加上映射軟體和數位地圖,這種系統可以從電子用品商店買到。另外一種就象CD播放器那樣嵌入在車內,是利用功能更強、具有多種感測器輸入的GPS接收器形成的GPS/慣性導航系統。其中陀螺感測器、里程表、車輪斷續器等感測器可以改善在車輛通過隧道或經過高聳建築物等GPS訊號發生中斷情況時的導航精密度。

完成第一種導航系統的測試只需要少量的工作。每個GPS接收器都經過出廠測試,因此當這些GPS接收器進入商店出售時沒有必要再次測試它的GPS性能。唯一需要測試的是實際的經緯度位置數據能否通過映射軟體正確映射到數位地圖上。

一般有二種測試方法。一種是對車載導航系統進行上路測試,將被測導航系統置於車內,邊開車邊觀察是否在大多數時間內可以將GPS數據正確映射進數位地圖中。該類型的車內導航系統比較適合路上大部份時間GPS接收狀態良好的地區使用,比如美國或歐洲的大多數國家,但不太適合象上海和香港這樣的城市,因為有許多高聳建築物會阻擋GPS訊號。另外一種測試方法是使用GPS星座模擬器。這種方法可以為工程師節省大量時間和精力,他們完全可以在室內輕鬆完成測試任務。

圖1描述了模擬器與汽車包功能的合作機制。

對於第二種車載GPS/慣性整合式導航系統,工程師所面臨的測試挑戰主要表現為:


* 地理障礙


* 不同感測器的正確選擇


* 不同GPS接收環境


* GPS數據和慣性感測器之間的數據同步


* 測試時的車輛控制


* 人力資源


* 時間約束


* 系統性能分析

城市內的高聳建築物會阻擋GPS訊號,而慣性感測器則可以改善此種情況下的導航精密度。人工進行這種整合式導航系統的測試所需要的路試工作量非常巨大。甚至有些時候由於地理障礙而使測試無法進行。另外,工程師們也不可能為了測試而走遍整個國家,這樣做肯定是不現實的。

眾所周知,對於整合式導航系統來說選擇正確的陀螺感測器非常重要。陀螺感測器的價格越高品質就越好,但在實際應用中希望能以合理的價格獲得可接受的性能。帶感測器模擬功能的GPS星座模擬器是測試工程師為系統找到正確陀螺儀類型或模型的理想工具。

不同GPS接收狀態是測試工程師所面臨的另一項挑戰。在大多數時間內GPS接收器可以獲得良好穩定的訊號。但是,當出現GPS訊號不穩定、訊號中數據丟失或訊號微弱等實際情況時導航系統會做何反應呢?人們在路上做現場人工測試時這些情況並不是總能發生的,因此需要對這種情況進行模擬。導航實驗室公司(NavLabs)的LabPro GPS模擬器正是克服這一挑戰的理想工具。

NavLabs是提供LabPro GPS模擬器的一家公司,它已經為不同國家的許多客戶提供過解決方案,比如蜂巢式製造商、NASA、GPS接收器製造商、軍隊等。Frank Bletzacker博士是LabPro GPS模擬器的策劃設計師,他以前曾在噴氣推進實驗室任職。模擬器使用的許多新演算法都是Bletzacker博士發明的,這些演算法精密度非常高,偽距誤差可以控制在市場上其它任何產品均無法達到的+/-1cm範圍內。

與GPS星座訊號產生不同,LabPro具有不同的感測器功能。LabPro的汽車包功能可以幫助汽車製造商高效地測試他們的整合式車內/慣性導航系統,因而加速對GPS接收器和慣性感測器之間數據同步問題的處理,或者至少為工程師整合系統提供可控制性更強的環境。有多種感測器用於實際情形的模擬,如陀螺感測器、速度感測器和加速感測器。測試工程師利用這些感測器可以在室內完成高精密度的測試評估工作。

如圖1所示,汽車包具有以下一些特點:

圖2:汽車速度感測器模型。


* 正比於汽車轉速(rate-of-turn)的5V模擬輸出;


* 正比於汽車速度的CMOS電平脈衝速率輸出;


* 串列數據消息:透過PC COM通訊埠以串列格式提供車輪速度、轉速和其它導航數據 ;


* 模擬加速計輸出:提供2個通道的0-5V加速計輸出;


* 提供用戶可程式車輪分離模型,支援用於推斷轉速的差分車輪斷續 。

車輪速度感測器可以支援不同的數據格式,如適合Rockwell(Conexant)公司Zodiac 12通道Dead reckoning接收器使用的Zodiac 1370串列車輪速度格式以及各種SirfDrive格式。通過感測器控制可以模擬各種事件,如滑動、滑行、側移和跳躍。在現實世界中,測試工程師不是特技演員,要開車做到這些模擬情形是很難的,而且相當危險。相應的控制面板如圖2所示。

LabPro是一個全整合的GPS星座模擬器,不僅適合汽車導航系統的測試使用,也適合其它一些應用場合,如GPS接收器研究和開發、航空電子設備測試床及某些航太飛行器的研究。LabMate是LabPro的簡化版本,特別適用於GPS接收器的量產測試以及對車輛陸地操縱的研究。由於產品的全數位化設計,LabMate可以輕鬆升級到LabPro。即使是將來GPS系統具備了新的功能,所有的NavLabs產品也可以得到相應的平滑升級。GPS導航數據記錄器是NavLabs公司的最新產品,是汽車製造商測試GPS/慣性整合式導航系統的又一款理想工具。

作者:Kent Fung


kent.fung@aeroflex.com


Aeroflex公司





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