中国现在拥有私车的人是越来越多,车主和他们的家庭活动范围因此也得到了很大的延伸。当他们周末出门渡假时车载GPS导航将是很有用的一个工具,而车载GPS导航系统测试也已经成为业界工程师们的热点话题。
车载GPS导航系统基本上分成二种,一种是简单的带天线的GPS接收器加上映射软件和数字地图,这种系统可以从电子用品商店买到。另外一种就象CD播放器那样嵌入在车内,是利用功能更强、具有多种传感器输入的GPS接收器形成的GPS/惯性导航系统。其中陀螺传感器、里程表、车轮断续器等传感器可以改善在车辆通过遂道或经过高耸建筑物等GPS信号发生中断情况时的导航精度。
完成第一种导航系统的测试只需要少量的工作。每个GPS接收器都经过出厂测试,因此当这些GPS接收器进入商店出售时没有必要再次测试它的GPS性能。唯一需要测试的是实际的经纬度位置数据能否通过映射软件正确映射到数字地图上。
一般有二种测试方法。一种是对车载导航系统进行上路测试,将被测导航系统置于车内,边开车边观察是否在大多数时间内可以将GPS数据正确映射进数字地图中。该类型的车内导航系统比较适合路上大部分时间GPS接收状态良好的地区使用,比如美国或欧洲的大多数国家,但不太适合象上海和香港这样的城市,因为有许多高耸建筑物会阻挡GPS信号。另外一种测试方法是使用GPS星座仿真器。这种方法可以为工程师节省大量时间和精力,他们完全可以在室内轻松完成测试任务。
对于第二种车载GPS/惯性集成式导航系统,工程师所面临的测试挑战主要表现为:
* 地理障碍
* 不同传感器的正确选择
* 不同GPS接收环境
* GPS数据和惯性传感器之间的数据同步
* 测试时的车辆控制
* 人力资源
* 时间约束
* 系统性能分析
图1描述了仿真器与汽车包功能的协作机制。
城市内的高耸建筑物会阻挡GPS信号,而惯性传感器则可以改善此种情况下的导航精度。人工进行这种集成式导航系统的测试所需要的路试工作量非常巨大。甚至有些时候由于地理障碍而使测试无法进行。另外,工程师们也不可能为了测试而走遍整个中国,这样做肯定是不现实的。
众所周知,对于集成式导航系统来说选择正确的陀螺传感器非常重要。陀螺传感器的价格越高质量就越好,但在实际应用中希望能以合理的价格获得可接受的性能。带传感器仿真功能的GPS星座仿真器是测试工程师为系统找到正确陀螺仪类型或模型的理想工具。
不同GPS接收状态是测试工程师所面临的另一项挑战。在大多数时间内GPS接收器可以获得良好稳定的信号。但是,当出现GPS信号不稳定、信号中数据丢失或信号微弱等实际情况时导航系统会做何反应呢？人们在路上做现场人工测试时这些情况并不是总能发生的,因此需要对这种情况进行模拟仿真。导航实验室公司(NavLabs)的LabPro GPS仿真器正是克服这一挑战的理想工具。
NavLabs是提供LabPro GPS仿真器的一家公司,它已经为不同国家的许多客户提供过解决方案,比如蜂窝制造商、NASA、GPS接收器制造商、军队等。Frank Bletzacker博士是LabPro GPS仿真器的策划设计师,他以前曾在喷气推进实验室任职。仿真器使用的许多新算法都是Bletzacker博士发明的,这些算法精度非常高,伪距误差可以控制在市场上其它任何产品均无法达到的+/-1cm范围内。
与GPS星座信号产生不同,LabPro具有不同的传感器功能。LabPro的汽车包功能可以帮助汽车制造商高效地测试他们的集成式车内/惯性导航系统,从而加速对GPS接收器和惯性传感器之间数据同步问题的处理,或者至少为工程师整合系统提供可控制性更强的环境。有多种传感器用于实际情形的仿真,如陀螺传感器、速度传感器和加速传感器。测试工程师利用这些传感器可以在室内完成高精度的测试评估工作。
图2:汽车速度传感器模型。
如图1所示,汽车包具有以下一些特点:
* 正比于汽车转向度(rate-of-turn)的5V模拟输出；
* 正比于汽车速度的CMOS电平脉冲速率输出；
* 串行数据消息:通过PC COM通信口以串行格式提供车轮速度、转向度和其它导航数据 ；
* 模拟加速计输出:提供2个通道的0-5V加速计输出；
* 提供用户可编程车轮分离模型,支持用于推断转向度的差分车轮断续 。
车轮速度传感器可以支持不同的数据格式,如适合Rockwell(Conexant)公司Zodiac 12通道Dead reckoning接收器使用的Zodiac 1370串行车轮速度格式以及各种SirfDrive格式。通过传感器控制可以仿真各种事件,如滑动、滑行、侧移和跳跃。在现实世界中,测试工程师不是特技演员,要开车做到这些仿真情形是很难的,而且相当危险。相应的控制面板如图2所示。
LabPro是一个全集成的GPS星座仿真器,不仅适合汽车导航系统的测试使用,也适合其它一些应用场合,如GPS接收器研究和开发、航空电子设备测试床及某些宇宙飞行器的研究。LabMate是LabPro的简化版本,特别适用于GPS接收器的量产测试以及对车辆陆地操纵的研究。由于产品的全数字化设计,LabMate可以轻松升级到LabPro。即使是将来GPS系统具备了新的功能,所有的NavLabs产品也可以得到相应的平滑升级。GPS导航数据记录器是NavLabs公司的最新产品,是汽车制造商测试GPS/惯性集成式导航系统的又一款理想工具。详细情况请联系:frankb@。
作者:Kent Fung
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