目 錄
1．GPS導航簡介
2．伽利略導航簡介
3．Aeroflex GPS測試產品簡介
4．GPSG-1000測試應用
1．GPS導航簡介
NAVSTAR (Navigation Satellite Timing And Ranging)，GPS (Global Positioning System) 是以衛星為基礎的導航系統，最初用于軍用導航，由美國國防部建立和控制。現在部分GPS功能可用于民用。
民用GPS全天候提供精度高于100米的三維定位和精確時間。GPS通過三角定位方式計算位置。當已知衛星位置、衛星至接收機的距離，多顆衛星就可以精確定位接收機。GPS通過測算時間來計算距離。
GPS系統由三部分組成
空間部分
控制部分
用戶部分
空間部分
空間由空間飛行器（SV）或衛星組成，通常有24顆衛星和備用衛星。每顆衛星在20200公里高空12小時軌道上，每天以同樣的地面軌跡運行。任何地點均可以看到5到12顆衛星。
6條軌道平面均勻地分布在地球周圍，相互夾角60度，與赤道夾角55度。平面命名為A到F。每個軌道平面有四顆衛星，空間位置不是平均分布，臨近衛星位置從31.13度至119.98度。每個平面上均有不同的衛星角度間隔。一個計算機模型計算衛星空間位置，以便在某一衛星故障時依然能夠保持理想的衛星幾何分布。
GPS SV 框圖
GPS SV信號數據結構
每一GPS衛星發射具有獨特編碼簽名的相同載波信號。此簽名由1023位偽隨機噪聲（PRN）編碼構成，以1 ms周期重復發射。PRN碼與50bit/s的導航數據異或計算。合成的編碼以BPSK方式調制1575.42MHz載波。最終產生擴頻信號。
控制部分
在全球分布有6個未命名的監測站。每一監測站連續監測和接收GPS衛星發出的信息，并傳送軌道和時鐘信息至主控制站。五個控制站（除Hawaii外）可向GPS衛星上載信息。Colorado Springs被用于主控制站（MCS）。MCS從其它監測站連續接收GPS衛星、軌道和時鐘信息。MCS對數據進行必要的精確修正，并通過地面天線向GPS衛星發送歷書（ephemeris）信息。
GPS控制部分的作用：
通過非經常的、指令控制的小動作運動，使衛星保持正確的運行軌道
修正和調整衛星時鐘和數據
跟蹤GPS衛星，生成并上載導航數據至每顆衛星
在衛星故障時調制衛星位置以減小影響
用戶部分
GPS衛星發射的信號使GPS接收機可以計算時間和距離。GPS接收機僅接收信號，不發射信號。GPS發射的信號具有兩個頻率：L1（1575.42MHz）和L2 (1227.6MHz)。L1頻段可用于民用，L2頻段主要用于軍用。
GPS現代化
GPS系統現代化進程正在布署，增加了新的信號，以提高精度和完整性。
GPS現化代信號
L2CS
L2CS提供了L2頻率的民用信號。由于硬件結構不同，它僅在名為Block IIR-M及之后的衛星上發射。L2CS信號用于增強導航精度、快速跟蹤和抗干擾。不同于C/A碼，L2CS包含兩組不同的PRN碼序列：民用中等長度碼（CM碼）和民用長碼（CL碼）。CM碼有10230位長，20ms重復一次。CL碼長度767250位，1500ms重復一次。它們的傳輸速率均為5115500位/秒，兩種編碼總計速率1023000位/秒。CM碼由導航信息CNAV調制，CL碼無數據調制，因此其相關性可以比L1 C/A碼高24dB，更易于信號跟蹤。
L5
民用生命安全信號隨GPS IIF（2009）開始發布。兩組PRN碼在L5載波上發射：同相碼（I5）和正交碼（Q5），長度無為10230位，速率10.23MHz（1ms重復）。I5為10位Neuman-Hofman碼以1KHz調制，Q5為20位Neuman-Hofman以1KHz調制。L5加載導航數據，Q5無數據加載。
改進的信號結構增強系統的性能
比L1和L2更高的發射功率
寬帶寬提供更高的增益
使用了海事無線電導航服務頻段（1176.45MHz）
L1C
民用信號，在L1頻段廣播。PRN碼長度10230位，速率1.023Mbps，包括訓練載波和數據載波，如L2C。使用BOC調制方式。將增強與Galileo L1波段信號協同工作的能力。
M碼（軍用）
（略）
2．伽利略導航簡介
Galileo是歐洲全球導航衛星系統，為民用提供高精度、具有保證的全球定位服務。標準的雙頻配置，可提供精度達1米的定位。伽利略系統保證在除極端情況外的各種環境下服務，使其適用于安全性要求高的應用，如運行的火車、導航車和著陸的飛機。
首顆試驗衛星于2003年發射。2005和2008各發射一顆測試衛星。2010和2011計劃發射4顆IOV衛星。伽利略全部運行將包括30顆衛星（27顆運行+3顆備用），在3個距離地面23222Km的中距軌道運行，與赤道夾角56度。
數量眾多的衛星、優化的星座位置及3顆備用星，使得單顆衛星故障不會影響用戶使用。通過使用BOC（二進制偏移載波）技術，減少了與GPS BPSK信號的相互干擾。
地面部分：
2個Galileo控制中心，位于歐洲，功能包括軌道控制、完整性和任務控制、衛星控制、服務產品、精確時間設備（PTF）
15個Galileo上行站：位于全球各地，5個Telemertry、Telelcommand和Tracking站，9個任務上行站
30個Galileo監測站：位于全球各地，監視衛星導航信號服務質量
Galileo服務包括：
OS（開放服務）：免費發射，最大的用戶群，提供時間和定位（1米精度）
CS（商用服務，加密）：高數據速率，定位精度達厘米。確保為付費者的服務。
SoL（生命安全）：開放服務，用于對精度要求高的應用，提供完整性信息。
PRS（公共管理服務，加密）：在危急時刻仍然能提供服務，主要客戶為政府機構
SAR（搜救服務）：收集遇險信標位置信息，可發送反饋信息，確認救援正在路上。
Galileo信號
3．Aeroflex GPS測試產品簡介
Aeroflex提供有兩款GPS仿真測試設備：
單星測試設備：GPS-101
6星/12星測試設備：GPSG-1000
GPS-101全球定位模擬器能夠對全球衛星定位(GPS)系統接收機進行精確和可重復的測試。這種測試能力通過模擬一顆全球定位衛星，并生成一個特定的衛星(SV)和導航(NAV)數據碼型來實現。結合遠程載入的GPS星歷信息和RF電平/頻率控制，GPS-101為驗證GPS系統操作完整性提供了一款輕松便攜的測試解決方案。
快速驗證GPS接收機的操作完整性
可選擇衛星（SV）數據和導航（NAV）數據
可調整RF電平，范圍從-85 dBm至-145 dBm，步長為1 dB
多普勒頻移控制使操作人員可以選擇大約4 kHz的載波頻移
使用實時時鐘存儲GPS星歷
直接（或通過天線耦合器）連接接收機
采用電池供電，輕巧便攜
GPSG-1000 是一種可通過軟件升級的單載波、多信道模擬器，便攜式、電池供電，具有6通道和12通道兩種配置。擁有6信道配置的 GPSG-1000 提供三維位置模擬，其中五個信道支持 RAIM 運行，一個信道用于 SBAS、WAAS 或 EGNOS 模擬。12信道配置具有與6信道單元相同的功能，并增加了六個信道。從而可選擇對可見人造衛星（SV）進行任意組合。
模擬 GPS 信號：L1、L1C、L2C、L5
模擬 Galileo 信號：E1、E5、E5a、E5b、E6
同時模擬 GPS/Galileo 信號
模擬 SBAS 衛星
WAAS/EGNOS L1、L5
MSAS
GAGAN
靜態模擬或通過航路點錄入系統模擬多航段動態位置
6或12信道配置，提供升級服務 (支持RAIM)
可編程人造衛星 (SV) 參數和健康狀況
用戶或 UTC 基準時間和日期
直接連接接收機或利用天線耦合器工作
配有直觀用戶界面的超大觸摸屏顯示器
遠程控制接口 USB/LAN
NMEA 0183 數據輸入
來源：C114中國通信網
4．GPSG-1000測試應用
4．1 連接方式
電纜直接連接：GPSG-1000內部具有隔直模塊，不需外置
耦合器連接：GPSG-1000標配的耦合器具有屏蔽功能，不需要屏蔽室
4．2 GPS接收機通訊
一些GPS接收機具有維護界面，可提供NMEA-183語句，用戶可以看到SV的參數。使用GSA語句可以檢測GPS接收機是否定位從而進行TTFF（首次定位時間）測試。
4．3 靈敏度測試
4．3．1 跟蹤靈敏度：接收機能夠收到單顆星的最小接收電平
將GPSG-1000與接收機耦合，從SV列表中選擇仰角接近90度的衛星，設置為ON，其它衛星設置為OFF。改變電平，使接收機C/N值達到特別設定值，此時電平為跟蹤靈敏度。
4．3．2 捕獲靈敏度：接收機能夠進行靜止定位的最小接收電平
將GPSG-1000與接收機耦合，將SV列表中的衛星全部設置為ON。逐漸改變電平，使接收機實現定位，此時電平為捕獲靈敏度。
4．4 初次定位時間（TTFF）和定位精度測試
根據接收機保存的星歷、歷書和位置信息的狀態不同，GPS信號強度不同，初次定位時間也不同，測試分為冷啟動、溫啟動和熱啟動。
4．4．1 冷啟動
GPS接收機沒有保存有效的星歷、歷書和位置信息，需要依次通過GPS衛星信號下載星歷、歷書和位置信息。這需要幾分鐘時間。
4．4．2 溫啟動
GPS接收機保存有近1周內的星歷信息，但沒有有效的歷書信息。如果接收機的時間誤差在20秒以內，位置誤差在100公里以內，溫啟動時間通常在60秒以內，有時會是非常短的時間。
注：歷書4小更新一次。如果GPS接收機沒有溫啟動功能，可以使其歷書過期進行測試。
4．4．3 熱啟動
GPS接收機保存有最新的星歷和歷書信息，關機時間小于2小時，位置移動小于100米，則熱啟動時間通常會在0.5秒至20秒。
4．4．4 TTFF測量精度
由于衛星每12小時圍繞地球一周，衛星的位置和角度在不斷變化，TTFF與衛星分布、角度、信號強度都有關系，因此需要設置不同的UTC時間測試，以驗證不同環境下性能。
4．4．5 位置精度
同樣，GPS衛星的空間分布、角度和強度也會影響到位置精度，測試位置精度時，也需要在不同UTC時間下進行，從而得到更準確的測試結果。
4．5 接收機自體完好性監控（RAIM）測試與SV幾何分布
具有RAIM功能的接收機需要至少5顆衛星，通過比較不同衛星組合方式測定的位置，判斷定位的可靠性并適時發出警告。
GPSG-1000可以提供6顆或12顆衛星信號，用戶可以通過以下方式改變SV幾何分布，降低定位精度，從而啟動接收機RAIM警告功能：
選擇低仰角衛星，其它衛星設置為非健康狀態BAD
選擇衛星使其在一個小范圍內，夾角小，其它衛星設置為BAD狀態
設置極點位置：GPS衛星的軌道產生了6個極點區域，這些區域上空衛星稀少，可視衛星的仰角低，定位精度差
4．6 輔助GPS（A-GPS）測試
手機內置的GPS接收機可由基站向其傳送星歷、歷書和其它輔助數據，使其更加快速地定位。
GPSG-1000的A-GPS選件可用于與aeroflex 4400或其它CDMA/GSM手機測試儀協同工作，對內置GPS接收功能手機進行A-GPS協議的全面測試。
GPSG-1000要由用戶產生62.5分鐘的場景，或5個導航信息。這些數據文件由實時仿真軟件產生，通過遠程控制由網口傳送。GPSG-1000可以存儲場景和相應的文件。這些文件包括：
Acquisition: 時間標記數據
Processed Navigation Data: 帶時間標記的星歷和歷書數據，使用工程單位
Raw Navigation Data: (5 messages) 用于靈敏度協助
4400使用這三個帶有時間標記的文件，產生協助數據，并傳送給被測手機。4400通過網口控制GPSG-1000仿真，并通過硬件觸發仿真。GPSG-1000的外部10MHz時鐘由4400提供，使得射頻信號與4400內部用于仿真的數據同步。