GPS系统设计和测试时的常见问题与解决办法

　　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。