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GNSS天线性能比较

发布日期:2022-07-22  来源:Tallysman  作者:Tallysman我要投稿我要评论
 背景
天线和GPS接收机中的LNA元件,对接收机最终可用灵敏度至关重要。在没有暗室和专用设备的情况下,很难对每个天线进行绝对测量,但是有一种简单的方法来进行比较评估。 C/No是绝对指标,主要是天线加前端性能。 C/No是1Hz带宽中载波功率与混合信号的噪声功率的比率。该比率定义了GPS接收机的灵敏度限制。无任什么原因C/No值降低,即带宽限制或LNA噪声数值增加,GNSS灵敏度将相应减少。一旦受阻,没有办法恢复C/No。即使额外增益也不管用,因为C和No被同样放大,因此不起作用。 C/No测试就像天线+前端LNA性能的“药物测试”,不可忽悠!比较天线性能(以优势评判)的简单方法是比较标准NMEA $ GPGSV导航电文中特定卫星的C/No值。该导航电文报告每个可视卫星的C/No值,由接收机解调器解算。大多数GNSS芯片制造商提供PC实用程序来显示每个被跟踪卫星的C/No值,通常以条形图表示。这通常需要实用程序用$ GPGSV NMEA命令输出信息。
 
测试方法
一般来说是在单个接收机上简单地安装要进行比较的天线,并且比较最佳的两个或三个卫星的C / No的报告值。卫星星座在几分钟的过程中会改变,报告值将由于星座变化而变化,并且由于天线不同而不同。重要的是:a)报告值与特定卫星相关,b)序列快速,以及c)重复测量几次。最简单的情况是GPS L1。由于GPS L1信号相对较窄,天线评估简化为几个最佳GPS卫星C/No平均值的比较。对于多星座/多频天线,情况稍微复杂一些,因为测量必须包括多卫星星座和多信号。这可以通过“眼球”观察C/No的条形图值来完成,但更好的方法是使用记录终端软件捕获NMEA输出。
 
GNSS接收机和要评估的天线应当布置成:a)测试天线必须清楚地看到整个天空,具有相对低的天际线b)接收机被设置为输出NMEA $ GPGSV导航电文(GLONASS为$ GLGSV,Galileo为$ GAGSV,BeiDou为$ GBGSV),c)接收机的串口连接到运行C/No条形图实用程序的计算机(用于目视检查)或具有日志记录的终端实用程序(Hyperterm),d)每个天线放置在临近相同的接地平面(100mm,圆形或正方形是理想的)上,e)被测天线彼此相隔不要小于0.5米(以确保没有耦合),以及f)可能在接收机处非常快速地切换天线。
 
该方法是将按理想顺序连接每条天线不超过30秒,并在该时间期间记录NMEA数据流。天线更换应该光滑,以便接收机快速重新获取。终端实用程序可以快速记录NMEA输出数据。每条NMEA $ GxGSV导航电文报告天线在最多4个可视卫星的C/No视图(参见下面关于NMEA语句信息范例)。最佳报告参数是高于48dB的特定卫星的数值。具有低C/No值的卫星不能用于比较,因为低信号电平掩盖天线性能。快速重复测量有助于克服报告值的变异性并适应卫星星座的连续变化。记录数据方便以后进行文字整理工作。
 
NMEA $ GPGSV导航电文格式
$ GPGSV导航电文提供了关于跟踪卫星的详细信息。
$ GPGSV,x,x,xx,xx,xx,xxx,xx,................xx,xx,xxx,xx * hh
GS =可视SV(卫星)数,PRN号,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 =此周期中此类型的电文总数
2 =电文数
3 =可视SV(卫星)总数
4 =(第一颗)卫星PRN号
5 =以度为单位的仰角,最大值为90°
6 =与真北的方位角,000°到359°,
7 = SNR(信噪比),00-99 dB(不跟踪时为零)
8-11 =第二颗SV(卫星)的信息,与字段4-7相同,
12-15 =第三颗SV(卫星)的信息,与字段4-7相同,
16-19 =有关第四颗SV(卫星)的信息,与字段4-7相同
20 =校验和
 
结果解读
对于多星座接收机,C/No对GLONASS,Galileo和BeiDou具有与GPS L1卫星相同的意义,并且应当将比较GPS-L1与GPS-L1,GLONASS与GLONASS,Galileo与Galileo,和北斗与北斗特定卫星。更好的C/No值减少了GNSS丢星、更好的捕获和更好的整体准确度,因为GNSS水平精度(HDOP)值变小了。以下给出一些预期值,54dB是惊人的,53dB是优秀的,52dB是好的,49/50dB是“(不理想)可接受的”。这些是数值的小差异;降3dB天线差一半。罕有,但是可能遇到报告的所有C/No值都低于48dB的情况,在这种情况下,等待一个小时左右星座改变可能更好。启动时捕获GNSS信号在-143dBm的区域,由于信号易受破坏性干扰和树冠衰减等因素的影响,卫星C/No值相对容易下降到捕获阈值以下,因此天线越好,这种情形越少发生,当然,更好的GNSS接收机将跟踪低电平信号。 在消费产品中,偶尔的瞬时GNSS丢失可能是可以接受的。这种情况,如果低成本亚洲天线的消费观是可以接受的,选择是平常的。如果要求连续可用性,则将在良好的天线和优秀的天线之间选择,并且从比较评估竞争者的C/No开始。 对于精确的GNSS应用,唯一的选择是高质量的双馈天线,另一个考虑因素是天线通常是更大系统非常明显的一部分,并且不可避免地代表了用户设备的质量。在这种情况下,天线外壳的坚固性和外观也可以是保持最终产品形象的标准。
 
 
本文链接:https://www.81uav.cn/tech/202207/22/1104.html
标签:  GPS天线;性能比较;挑选
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