專利名稱：一種評估干擾信號對gps性能影響的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于GPS軟件接收機(jī)評 估干擾(人為干擾(jamming)或干擾(interference))信號對GPS性能影響的 系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
GPS采用直接序列擴(kuò)頻技術(shù)具有一定的抗干擾能力，但是到達(dá)地面的 GPS信號十分微弱，至地面接收處GPS信號功率約一160dBW，由于接收 機(jī)信號解擴(kuò)處理時(shí)，處理增益是在偽碼相關(guān)發(fā)生后才獲得的，以至于接收 機(jī)會(huì)很容易受各種有意、無意的射頻干擾。射頻干擾對碼相關(guān)的影響會(huì)降 低所有GPS信號的載波噪聲密度比(C/NO)。如果C/NO降到GPS接收機(jī)的 跟蹤門限以下，就使GPS接收機(jī)失鎖，失去從GPS信號獲得測量值的能 力。所以GPS接收機(jī)的抗干擾技術(shù)成為GPS系統(tǒng)抗干擾措施的重要組成 部分。
射頻干擾分為窄帶干擾、寬帶干擾和超寬帶干擾。目前已經(jīng)有很多抑 制GPS干擾信號的方法，但是很多方法是在各種GPS硬件接收機(jī)上進(jìn)行 的，需要增加硬件支持的同時(shí)很難改變接收機(jī)各類參數(shù)以適應(yīng)信號處理的 需要，更重要的是硬件和接收機(jī)架構(gòu)的不同，很難確定干擾信號的哪方面 是影響GPS性能的主要因素。
近年來，軟件無線電已作為一種新的技術(shù)被廣泛的應(yīng)用。軟件無線電 方法大大減弱了對硬件的要求。隨著計(jì)算機(jī)的快速發(fā)展，信號處理引起的 計(jì)算負(fù)荷大大減弱，易于研究和開發(fā)新的干擾去除方法。GPS軟件接收機(jī) 只需做較小改動(dòng)就能夠迅速分析、仿真、實(shí)現(xiàn)各類算法，特別是對信號基 帶處理的捕獲、跟蹤和定位，完全是由軟件實(shí)現(xiàn)，能夠做到在完全相同的 情況下分析和比較干擾信號對GPS性能的影響，從而能確定干擾信號的哪 方面是影響GPS性能的主要因素。

發(fā)明內(nèi)容
(一) 要解決的技術(shù)問題
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種基于GPS軟件接收機(jī)評估 干擾信號對GPS性能影響的系統(tǒng)，以確定干擾信號的哪方面是影響GPS 性能的主要因素。
(二) 技術(shù)方案
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種基于GPS軟件接收機(jī)評估干擾信 號對GPS性能影響的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括
GPS天線模塊和射頻模塊子系統(tǒng)，用于接收GPS衛(wèi)星發(fā)射的GPS信 號，將接收的GPS信號由射頻下變頻至中頻，并經(jīng)過采樣后得到數(shù)字中頻 信號輸出給GPS軟件接收機(jī)子系統(tǒng)；
干擾信號仿真子系統(tǒng)，用于產(chǎn)生數(shù)字干擾信號，并將產(chǎn)生的數(shù)字干擾 信號輸出給GPS軟件接收機(jī)子系統(tǒng)；
GPS軟件接收機(jī)子系統(tǒng)，用于對輸入的數(shù)字中頻信號和數(shù)字干擾信號 進(jìn)行信號捕獲、信號跟蹤、位同步和幀同步、偽距計(jì)算，以及衛(wèi)星位置和 用戶位置計(jì)算，并將信號捕獲、信號跟蹤、偽距計(jì)算，以及衛(wèi)星位置和用 戶位置計(jì)算結(jié)果輸出給GPS軟件接收機(jī)評估子系統(tǒng)；
GPS軟件接收機(jī)評估子系統(tǒng)，用于對接收的信號捕獲、信號跟蹤、偽 距計(jì)算，以及衛(wèi)星位置和用戶位置計(jì)算結(jié)果進(jìn)行誤差分析，實(shí)現(xiàn)干擾信號 對GPS性能影響的評估。
上述方案中，所述GPS天線模塊和射頻模塊子系統(tǒng)至少包括GPS天 線、射頻前端和數(shù)字采集卡，GPS天線接收GPS衛(wèi)星發(fā)射的GPS信號， 并將接收的GPS信號經(jīng)過低噪聲放大和帶通濾波處理后輸出給射頻前端; GPS信號進(jìn)入射頻前端后被下變頻至低中頻，經(jīng)數(shù)字采集卡采樣后輸出數(shù) 字中頻信號至GPS軟件接收機(jī)子系統(tǒng)。
上述方案中，所述干擾信號仿真子系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)中的Matlab軟件實(shí) 現(xiàn)，用于生成各種情況下的數(shù)字干擾信號，至少包括窄帶數(shù)字干擾信號、 寬帶數(shù)字干擾信號和超寬帶數(shù)字干擾信號。上述方案中，所述GPS軟件接收機(jī)子系統(tǒng)對輸入的數(shù)字中頻信號和數(shù)
字干擾信號進(jìn)行信號捕獲，是GPS信號處理的第一步，用于獲得衛(wèi)星信號 的大致載波頻率和C/A碼的碼相位，為后續(xù)的信號跟蹤提供初始條件；且 該信號捕獲是粗同步，用于將接收的信號和本地信號相位差縮小到偽碼的 一個(gè)碼片或更小范圍內(nèi)。
上述方案中，所述GPS軟件接收機(jī)子系統(tǒng)對輸入的數(shù)字中頻信號和數(shù) 字干擾信號進(jìn)行信號跟蹤，是在信號捕獲完成后進(jìn)行的，用于獲得導(dǎo)航數(shù) 據(jù)；該信號跟蹤過程將捕獲得到的大致載波頻率和C/A碼的碼相位作為初 始條件，包括兩個(gè)環(huán)路跟蹤C(jī)/A碼的碼環(huán)路和跟蹤載波頻率的載波環(huán)路, 碼環(huán)路跟蹤采用延遲鎖定環(huán)路DLL，載波環(huán)路跟蹤采用Costas鎖相環(huán)， 且這兩個(gè)環(huán)路耦合在一起；跟蹤結(jié)果的輸出為lms的相關(guān)積分累加；該信 號跟蹤過程是精細(xì)同步，本地參考信號精確跟蹤接收信號的相位變化。
上述方案中，所述GPS軟件接收機(jī)子系統(tǒng)對輸入的數(shù)字中頻信號和數(shù) 字干擾信號進(jìn)行位同步和幀同步，用于將信號跟蹤的結(jié)果轉(zhuǎn)化為導(dǎo)航電 文；信號跟蹤的結(jié)果轉(zhuǎn)化為導(dǎo)航電文后，進(jìn)行奇偶校驗(yàn)，該奇偶校驗(yàn)分為 兩個(gè)校驗(yàn)第一校驗(yàn)是每個(gè)子幀的第25 30bit為奇偶校驗(yàn)位，滿足奇偶 校驗(yàn)算法；第二校驗(yàn)是在每個(gè)子幀第2個(gè)字碼HOW中，第29 30bit為 奇偶檢驗(yàn)碼00;通過位同步、幀同步和奇偶校驗(yàn)驗(yàn)證后，在每個(gè)子幀第2 個(gè)字碼HOW中，第20 22 bit為子幀序號；根據(jù)子幀序號和導(dǎo)航電文的 格式，可計(jì)算導(dǎo)航電文包含的所有衛(wèi)星星歷、衛(wèi)星時(shí)鐘改正參數(shù)以及時(shí)間 信息，以及計(jì)算任意時(shí)元的衛(wèi)星位置。
上述方案中，所述GPS軟件接收機(jī)子系統(tǒng)對輸入的數(shù)字中頻信號和數(shù) 字干擾信號進(jìn)行偽距計(jì)算的過程如下除去衛(wèi)星星鐘誤差，GPS衛(wèi)星在同 一時(shí)刻發(fā)送相同的子幀，接收機(jī)在不同的時(shí)刻收到相同的子幀，相同子幀 到達(dá)接收機(jī)天線的時(shí)延差代表衛(wèi)星到接收機(jī)的距離；每個(gè)子幀重復(fù)時(shí)間為 30s，而上述的時(shí)延差最大為19ms，只要時(shí)延差在19ms以內(nèi)，可認(rèn)為相 同子幀是在不同衛(wèi)星的同一時(shí)刻發(fā)送的；因?yàn)檐浖邮諜C(jī)中對采集數(shù)據(jù)進(jìn) 行事后處理，沒有本地參考時(shí)間，采樣頻率信息就成為唯一可用的時(shí)間信 息，可將各衛(wèi)星的子幀起點(diǎn)對應(yīng)的采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)的間隔作為衛(wèi)星子幀起點(diǎn)到 達(dá)天線的時(shí)延差；GPS衛(wèi)星信號到達(dá)地面接收機(jī)的傳播時(shí)間一般為67 86ms，可以人為設(shè)置一常量假設(shè)68ms加上時(shí)延差作為信號的傳播時(shí)間， 所述偽距就等于該傳播時(shí)間乘以光速。
上述方案中，所述GPS軟件接收機(jī)子系統(tǒng)對輸入的數(shù)字中頻信號和數(shù) 字干擾信號進(jìn)行衛(wèi)星位置和用戶位置計(jì)算的過程如下利用地心慣性坐標(biāo) 系ECI測量和確定GPS衛(wèi)星的軌道，利用地心地固坐標(biāo)系ECEF計(jì)算GPS 接收機(jī)的位置；導(dǎo)航電文中的衛(wèi)星星歷的數(shù)值是ECI下的，為了計(jì)算GPS 接收機(jī)的位置，將衛(wèi)星星歷從ECI變換到ECEF坐標(biāo)系；而時(shí)間在ECEF 中是變化的，為了確定用戶的位置要給出一個(gè)GPS時(shí)間、根據(jù)GPS時(shí) 間^和衛(wèi)星星歷，在ECI坐標(biāo)系下求得衛(wèi)星的位置，然后利用坐標(biāo)系變換 求得衛(wèi)星在ECEF坐標(biāo)系下的位置，最后根據(jù)接收機(jī)到四顆衛(wèi)星的偽距和
四顆衛(wèi)星的位置列方程組求得接收機(jī)的位置。
上述方案中，所述GPS軟件接收機(jī)評估子系統(tǒng)至少包括以下三部分內(nèi)
容的評估捕獲誤差分析評估、跟蹤誤差分析評估和偽距定位誤差分析評估。
上述方案中，所述GPS軟件接收機(jī)評估子系統(tǒng)利用Matlab軟件生成 的各種窄帶干擾信號、寬帶干擾信號和超寬帶干擾信號分別與GPS信號疊 加進(jìn)入GPS軟件接收機(jī)中進(jìn)行信號捕獲、信號跟蹤和偽距定位計(jì)算過程， 將該過程中的捕獲情況、跟蹤情況和偽距定位情況與沒有各種干擾情況下 的捕獲情況、跟蹤情況和偽距定位情況進(jìn)行比較分析，得到定性和定量結(jié) 果；對于同一種類型的干擾，也可從干擾信號的幅度、頻率以及帶寬情況 下進(jìn)行對比，得到定性和定量的結(jié)果。
(三)有益效果
本發(fā)明提供的這種基于GPS軟件接收機(jī)評估干擾信號對GPS性能影 響的系統(tǒng)，各子系統(tǒng)模塊之間的接口定義明確，只要滿足接口要求，模塊 內(nèi)部的實(shí)現(xiàn)就可以有多種實(shí)現(xiàn)方式，也不會(huì)影響系統(tǒng)中其它的模塊。這樣 會(huì)使得在對軟件設(shè)計(jì)改動(dòng)很少的情況下，就可以對各種不同類型的天線結(jié) 構(gòu)、信號形式、處理方式和分析方法進(jìn)行試驗(yàn)，進(jìn)而能夠確定干擾信號的 哪方面是影響GPS性能的主要因素。


圖1是本發(fā)明提供的基于GPS軟件接收機(jī)評估干擾信號對GPS性能 影響的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明提供的基于GPS軟件接收機(jī)評估干擾信號對GPS性能 影響的系統(tǒng)的功能示意圖。
具體實(shí)施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí) 施例，并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
本發(fā)明提供的這種基于GPS軟件接收機(jī)評估干擾信號對GPS性能影 響的系統(tǒng)，包括GPS天線模塊和射頻模塊子系統(tǒng)、干擾信號仿真子系統(tǒng)、 GPS軟件接收機(jī)子系統(tǒng)和GPS軟件接收機(jī)評估子系統(tǒng)。
在結(jié)構(gòu)上，如圖1所示，本發(fā)明可以分為輸入、處理和分析三大部分， 其中輸入部分包括GPS天線模塊和射頻模塊子系統(tǒng)，以及干擾信號仿真子 系統(tǒng)，GPS軟件接收機(jī)子系統(tǒng)屬于處理部分，分析部分是GPS軟件接收 機(jī)評估子系統(tǒng)。GPS天線模塊和射頻模塊子系統(tǒng)屬于硬件部分，干擾信號 仿真子系統(tǒng)、GPS軟件接收機(jī)子系統(tǒng)和GPS軟件接收機(jī)評估子系統(tǒng)是基 于PC的軟件部分。
其中，GPS天線模塊和射頻模塊子系統(tǒng)用于接收GPS衛(wèi)星發(fā)射的GPS 信號，將接收的GPS信號由射頻下變頻至中頻，并經(jīng)過采樣后得到數(shù)字中 頻信號輸出給GPS軟件接收機(jī)子系統(tǒng)。干擾信號仿真子系統(tǒng)用于產(chǎn)生數(shù)字 干擾信號，并將產(chǎn)生的數(shù)字干擾信號輸出給GPS軟件接收機(jī)子系統(tǒng)。GPS 軟件接收機(jī)子系統(tǒng)，用于對輸入的數(shù)字中頻信號和數(shù)字干擾信號進(jìn)行信號 捕獲、信號跟蹤、位同步和幀同步、偽距計(jì)算，以及衛(wèi)星位置和用戶位置 計(jì)算，并將信號捕獲、信號跟蹤、偽距計(jì)算，以及衛(wèi)星位置和用戶位置計(jì) 算結(jié)果輸出給GPS軟件接收機(jī)評估子系統(tǒng)。GPS軟件接收機(jī)評估子系統(tǒng) 用于對接收的信號捕獲、信號跟蹤、偽距計(jì)算，以及衛(wèi)星位置和用戶位置 計(jì)算結(jié)果進(jìn)行誤差分析，實(shí)現(xiàn)干擾信號對GPS性能影響的評估。
所述GPS天線模塊和射頻模塊子系統(tǒng)至少包括GPS天線、射頻前端 和數(shù)字采集卡，GPS天線接收GPS衛(wèi)星發(fā)射的GPS信號，并將接收的GPS信號經(jīng)過低噪聲放大和帶通濾波處理后輸出給射頻前端；GPS信號進(jìn)入射
頻前端后被下變頻至低中頻，經(jīng)數(shù)字采集卡采樣后輸出數(shù)字中頻信號至
GPS軟件接收機(jī)子系統(tǒng)。
所述干擾信號仿真子系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)中的Matlab軟件實(shí)現(xiàn)，用于生成各 種情況下的數(shù)字干擾信號，至少包括窄帶數(shù)字干擾信號、寬帶數(shù)字干擾 信號和超寬帶數(shù)字干擾信號。
在功能上，如圖2所示，從GPS衛(wèi)星上發(fā)射的GPS信號由GPS天線 接收到，經(jīng)射頻前端將其由射頻下變頻到中頻，經(jīng)過采樣后以文件的形式 存在硬盤上。同時(shí)利用PC上的Matlab軟件產(chǎn)生各式各樣的數(shù)字干擾信號， 也以文件的形式存在硬盤上。PC中的Matlab軟件將數(shù)字中頻文件的信號 和數(shù)字干擾文件中的信號進(jìn)行處理后作為GPS軟件接收機(jī)子系統(tǒng)的輸入。 GPS軟件接收機(jī)對輸入信號進(jìn)行捕獲、跟蹤和偽距計(jì)算，最后得到定位結(jié) 果。GPS軟件接收機(jī)評估子系統(tǒng)對捕獲、跟蹤和偽距計(jì)算以及定位結(jié)果的 誤差進(jìn)行分析。
下面對構(gòu)成本發(fā)明提供的這種基于GPS軟件接收機(jī)評估干擾信號對 GPS性能影響系統(tǒng)的各組成部分分別進(jìn)行詳細(xì)描述。
1) 天線模塊和射頻模塊子系統(tǒng)
天線模塊和射頻模塊子系統(tǒng)是基于硬件實(shí)現(xiàn)的，天線的種類很多，接 收到的信號經(jīng)過低噪聲放大器和帶通濾波器處理，輸出到射頻模塊。信號 進(jìn)入射頻模塊后下變頻到低中頻，經(jīng)數(shù)字采集卡采樣后輸出數(shù)字中頻信 號，數(shù)據(jù)臨時(shí)存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)硬盤中。
本發(fā)明只針對GPS的LI波段1575.42MHz，不管天線的結(jié)構(gòu)如何， 天線的中心頻率均要滿足上述頻點(diǎn)。射頻模塊中的下變頻的作用就是把 1575.42MHz的射頻信號變?yōu)榈椭蓄l信號，這個(gè)低中頻的信號典型的頻率 為4.309MHz。采集卡采樣率的選擇只要根據(jù)射頻模塊輸出的中頻載波， 滿足乃虧斯特采樣定律，同時(shí)考慮到簡化頻率綜合器的設(shè)計(jì)，應(yīng)盡量降低 采樣率，以便提高系統(tǒng)的可靠性，降低對硬件的要求，典型的采樣頻率為 12MHz。
2) 干擾信號仿真子系統(tǒng)
射頻干擾分為窄帶干擾、寬帶干擾和超寬帶干擾。利用Matlab軟件可以生成各種情況下的數(shù)字干擾信號。 3) GPS軟件接收機(jī)子系統(tǒng)
目前廣泛使用的普通接收機(jī)是基于專用集成電路(Applicatkm Specific Integrated Circuit, ASIC)結(jié)構(gòu)的接收機(jī)，而ASIC限制了靈活性，研發(fā)人 員很難對新的算法進(jìn)行測試、分析和使用，而軟件接收機(jī)則是接收機(jī)設(shè)計(jì) 的一種很好選擇。軟件接收機(jī)不是在硬件中而是在軟件中執(zhí)行信號捕獲和 跟蹤的處理，相對于普通接收機(jī)，軟件接收機(jī)開發(fā)新算法不需要相應(yīng)新的 硬件支持，所以具有結(jié)構(gòu)通用、功能靈活、系統(tǒng)改進(jìn)和升級方便等優(yōu)點(diǎn)。
3.1信號捕獲
信號捕獲是在GPS信號處理中的第一步，目的是獲得衛(wèi)星信號的大致 載波頻率和C/A碼的碼相位，為后續(xù)的信號跟蹤提供初始條件。捕獲是粗 同步，可以將接收信號和本地信號相位差縮小到偽碼的一個(gè)碼片或更小范 圍內(nèi)。
3.2信號跟蹤
信號一旦捕獲到就進(jìn)入信號跟蹤環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)目的是獲得導(dǎo)航數(shù)據(jù)。 從捕獲得到的大致載波頻率和C/A碼的碼相位作為初始條件進(jìn)行跟蹤處 理。為了跟蹤GPS信號需要兩個(gè)環(huán)路跟蹤C(jī)/A碼的碼環(huán)路和跟蹤載波 頻率的載波環(huán)路。傳統(tǒng)的碼環(huán)路跟蹤采用延遲鎖定環(huán)路(Dday Lock Loop, DLL),載波跟蹤一般常采用經(jīng)典的Costas鎖相環(huán)，這兩個(gè)環(huán)路耦合在一 起。跟蹤結(jié)果的輸出為lms的相關(guān)積分累加。跟蹤是精細(xì)同步，讓本地參
考信號精確跟蹤接收信號的相位變化。 3.3位同步和幀同步
根據(jù)跟蹤結(jié)果，經(jīng)過位同步和幀同步就可以恢復(fù)出導(dǎo)航電文。下一步 是奇偶校驗(yàn)，該奇偶校驗(yàn)分為兩個(gè)校驗(yàn)，第一校驗(yàn)是每個(gè)子幀的第25 30bit為奇偶校驗(yàn)位，要滿足奇偶校驗(yàn)算法；第二校驗(yàn)是在每個(gè)子幀第2 個(gè)字碼(HOW)中，bit29 30為奇偶檢驗(yàn)碼(00)。通過位同步、幀同 步和奇偶校驗(yàn)驗(yàn)證后，在每個(gè)子幀第2個(gè)字碼(HOW)中，bit20 22為 子幀序號。根據(jù)子幀序號和導(dǎo)航電文的格式，就可以計(jì)算導(dǎo)航電文包含的 所有衛(wèi)星星歷、衛(wèi)星時(shí)鐘改正參數(shù)以及時(shí)間信息等，可以計(jì)算任意時(shí)元的 衛(wèi)星位置。3.4偽距計(jì)算
GPS衛(wèi)星在同一時(shí)刻(除去衛(wèi)星星鐘誤差)發(fā)送相同的子幀，接收機(jī)
在不同的時(shí)刻收到相同的子幀，相同子幀到達(dá)接收機(jī)天線的時(shí)延差代表衛(wèi)
星到接收機(jī)的距離。每個(gè)子幀重復(fù)時(shí)間為30s，而上述的時(shí)延差最大為 19ms。換句話說，只要時(shí)延差在19ms以內(nèi)，就可以認(rèn)為相同子幀是在不 同衛(wèi)星的同一時(shí)刻發(fā)送的。因?yàn)檐浖邮諜C(jī)中對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行事后處理， 沒有本地參考時(shí)間，采樣頻率信息就成為唯一可用的時(shí)間信息，可以把各 衛(wèi)星的子幀起點(diǎn)對應(yīng)的采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)的間隔作為衛(wèi)星子幀起點(diǎn)到達(dá)天線的 時(shí)延差。另外，GPS衛(wèi)星信號到達(dá)地面接收機(jī)的傳播時(shí)間一般為67 86ms， 可以人為設(shè)置一常量假設(shè)68ms加上時(shí)延差作為信號的傳播時(shí)間，偽距就 等于該傳播時(shí)間乘光速。
3.5衛(wèi)星位置和用戶位置計(jì)算
測量和確定GPS衛(wèi)星的軌道，利用地心慣性坐標(biāo)系(Earth-Centered Interia， ECI);計(jì)算GPS接收機(jī)的位置，利用地心地固坐標(biāo)系 (Earth-Centered,Earth-Fixed， ECEF)。導(dǎo)航電文中的衛(wèi)星星歷的數(shù)值是ECI 下的，為了計(jì)算GPS接收機(jī)的位置，必須將衛(wèi)星星歷從ECI變換到ECEF 坐標(biāo)系。而時(shí)間在ECEF中是變化的，所以為了確定用戶的位置要給出一 個(gè)GPS時(shí)間"根據(jù)GPS時(shí)間^和衛(wèi)星星歷，在ECI坐標(biāo)系下求得衛(wèi)星的 位置，然后利用坐標(biāo)系變換求得衛(wèi)星在ECEF坐標(biāo)系下的位置。最后根據(jù)
接收機(jī)到四顆衛(wèi)星的偽距和四顆衛(wèi)星的位置列方程組求得接收機(jī)的位置。 4) GPS軟件接收機(jī)評估子系統(tǒng)
GPS軟件接收機(jī)評估子系統(tǒng)包括三部分內(nèi)容的評估捕獲誤差分析評 估、跟蹤誤差分析評估和偽距定位誤差分析評估。
利用Matlab軟件生成的各種窄帶干擾信號、寬帶干擾信號和超寬帶干 擾信號分別與GPS信號疊加進(jìn)入GPS軟件接收機(jī)中進(jìn)行捕獲、跟蹤和偽 距定位計(jì)算等過程，將該過程的捕獲情況、跟蹤情況和偽距定位情況與沒 有各種干擾情況下的捕獲情況、跟蹤情況和偽距定位情況進(jìn)行比較分析， 得到定性和定量結(jié)果。
對于同一種類型的干擾，可以從干擾信號的幅度、頻率以及帶寬等各 種情況下進(jìn)行對比，從而也可以得到定性和定量的結(jié)果。
12以上所述的具體實(shí)施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行 了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而 已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修 改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種基于GPS軟件接收機(jī)評估干擾信號對GPS性能影響的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括GPS天線模塊和射頻模塊子系統(tǒng)，用于接收GPS衛(wèi)星發(fā)射的GPS信號，將接收的GPS信號由射頻下變頻至中頻，并經(jīng)過采樣后得到數(shù)字中頻信號輸出給GPS軟件接收機(jī)子系統(tǒng)；干擾信號仿真子系統(tǒng)，用于產(chǎn)生數(shù)字干擾信號，并將產(chǎn)生的數(shù)字干擾信號輸出給GPS軟件接收機(jī)子系統(tǒng)；GPS軟件接收機(jī)子系統(tǒng)，用于對輸入的數(shù)字中頻信號和數(shù)字干擾信號進(jìn)行信號捕獲、信號跟蹤、位同步和幀同步、偽距計(jì)算，以及衛(wèi)星位置和用戶位置計(jì)算，并將信號捕獲、信號跟蹤、偽距計(jì)算，以及衛(wèi)星位置和用戶位置計(jì)算結(jié)果輸出給GPS軟件接收機(jī)評估子系統(tǒng)；GPS軟件接收機(jī)評估子系統(tǒng)，用于對接收的信號捕獲、信號跟蹤、偽距計(jì)算，以及衛(wèi)星位置和用戶位置計(jì)算結(jié)果進(jìn)行誤差分析，實(shí)現(xiàn)干擾信號對GPS性能影響的評估。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于GPS軟件接收機(jī)評估干擾信號對GPS 性能影響的系統(tǒng)，其特征在于，所述GPS天線模塊和射頻模塊子系統(tǒng)至少 包括GPS天線、射頻前端和數(shù)字采集卡，GPS天線接收GPS衛(wèi)星發(fā)射的 GPS信號，并將接收的GPS信號經(jīng)過低噪聲放大和帶通濾波處理后輸出 給射頻前端；GPS信號進(jìn)入射頻前端后被下變頻至低中頻，經(jīng)數(shù)字采集卡 采樣后輸出數(shù)字中頻信號至GPS軟件接收機(jī)子系統(tǒng)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于GPS軟件接收機(jī)評估干擾信號對GPS 性能影響的系統(tǒng)，其特征在于，所述干擾信號仿真子系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)中的 Matlab軟件實(shí)現(xiàn)，用于生成各種情況下的數(shù)字干擾信號，至少包括窄帶 數(shù)字干擾信號、寬帶數(shù)字干擾信號和超寬帶數(shù)字干擾信號。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于GPS軟件接收機(jī)評估干擾信號對GPS 性能影響的系統(tǒng)，其特征在于，所述GPS軟件接收機(jī)子系統(tǒng)對輸入的數(shù)字 中頻信號和數(shù)字干擾信號進(jìn)行信號捕獲，是GPS信號處理的第一步，用于 獲得衛(wèi)星信號的大致載波頻率和C/A碼的碼相位，為后續(xù)的信號跟蹤提供初始條件；且該信號捕獲是粗同步，用于將接收的信號和本地信號相位差 縮小到偽碼的一個(gè)碼片或更小范圍內(nèi)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于GPS軟件接收機(jī)評估干擾信號對GPS 性能影響的系統(tǒng)，其特征在于，所述GPS軟件接收機(jī)子系統(tǒng)對輸入的數(shù)字 中頻信號和數(shù)字干擾信號進(jìn)行信號跟蹤，是在信號捕獲完成后進(jìn)行的，用 于獲得導(dǎo)航數(shù)據(jù)；該信號跟蹤過程將捕獲得到的大致載波頻率和C/A碼的 碼相位作為初始條件，包括兩個(gè)環(huán)路跟蹤C(jī)/A碼的碼環(huán)路和跟蹤載波頻 率的載波環(huán)路，碼環(huán)路跟蹤采用延遲鎖定環(huán)路DLL，載波環(huán)路跟蹤采用 Costas鎖相環(huán)，且這兩個(gè)環(huán)路耦合在一起；跟蹤結(jié)果的輸出為lms的相關(guān) 積分累加;該信號跟蹤過程是精細(xì)同步，本地參考信號精確跟蹤接收信號 的相位變化。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于GPS軟件接收機(jī)評估干擾信號對GPS 性能影響的系統(tǒng)，其特征在于，所述GPS軟件接收機(jī)子系統(tǒng)對輸入的數(shù)字 中頻信號和數(shù)字干擾信號進(jìn)行位同步和幀同步，用于將信號跟蹤的結(jié)果轉(zhuǎn) 化為導(dǎo)航電文；信號跟蹤的結(jié)果轉(zhuǎn)化為導(dǎo)航電文后，進(jìn)行奇偶校驗(yàn)，該奇 偶校驗(yàn)分為兩個(gè)校驗(yàn)第一校驗(yàn)是每個(gè)子幀的第25 30bit為奇偶校驗(yàn)位， 滿足奇偶校驗(yàn)算法；第二校驗(yàn)是在每個(gè)子幀第2個(gè)字碼HOW中，第29 30 bit為奇偶檢驗(yàn)碼00;通過位同步、幀同步和奇偶校驗(yàn)驗(yàn)證后，在每個(gè) 子幀第2個(gè)字碼HOW中，第20 22bit為子幀序號；根據(jù)子幀序號和導(dǎo) 航電文的格式，可計(jì)算導(dǎo)航電文包含的所有衛(wèi)星星歷、衛(wèi)星時(shí)鐘改正參數(shù) 以及時(shí)間信息，以及計(jì)算任意時(shí)元的衛(wèi)星位置。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于GPS軟件接收機(jī)評估干擾信號對GPS 性能影響的系統(tǒng)，其特征在于，所述GPS軟件接收機(jī)子系統(tǒng)對輸入的數(shù)字 中頻信號和數(shù)字干擾信號進(jìn)行偽距計(jì)算的過程如下除去衛(wèi)星星鐘誤差，GPS衛(wèi)星在同一時(shí)刻發(fā)送相同的子幀，接收機(jī)在 不同的時(shí)刻收到相同的子幀，相同子幀到達(dá)接收機(jī)天線的時(shí)延差代表衛(wèi)星 到接收機(jī)的距離；每個(gè)子幀重復(fù)時(shí)間為30s，而上述的時(shí)延差最大為19ms， 只要時(shí)延差在19ms以內(nèi)，可認(rèn)為相同子幀是在不同衛(wèi)星的同一時(shí)刻發(fā)送 的；因?yàn)檐浖邮諜C(jī)中對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行事后處理，沒有本地參考時(shí)間，采 樣頻率信息就成為唯一可用的時(shí)間信息，可將各衛(wèi)星的子幀起點(diǎn)對應(yīng)的采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)的間隔作為衛(wèi)星子幀起點(diǎn)到達(dá)天線的時(shí)延差；GPS衛(wèi)星信號到達(dá) 地面接收機(jī)的傳播時(shí)間一般為67 86ms，可以人為設(shè)置一常量假設(shè)68ms 加上時(shí)延差作為信號的傳播時(shí)間，所述偽距就等于該傳播時(shí)間乘以光速。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于GPS軟件接收機(jī)評估干擾信號對GPS 性能影響的系統(tǒng)，其特征在于，所述GPS軟件接收機(jī)子系統(tǒng)對輸入的數(shù)字 中頻信號和數(shù)字干擾信號進(jìn)行衛(wèi)星位置和用戶位置計(jì)算的過程如下利用地心慣性坐標(biāo)系ECI測量和確定GPS衛(wèi)星的軌道，利用地心地 固坐標(biāo)系ECEF計(jì)算GPS接收機(jī)的位置；導(dǎo)航電文中的衛(wèi)星星歷的數(shù)值是 ECI下的，為了計(jì)算GPS接收機(jī)的位置，將衛(wèi)星星歷從ECI變換到ECEF 坐標(biāo)系；而時(shí)間在ECEF中是變化的，為了確定用戶的位置要給出一個(gè) GPS時(shí)間、根據(jù)GPS時(shí)間^和衛(wèi)星星歷，在ECI坐標(biāo)系下求得衛(wèi)星的位 置，然后利用坐標(biāo)系變換求得衛(wèi)星在ECEF坐標(biāo)系下的位置，最后根據(jù)接收機(jī)到四顆衛(wèi)星的偽距和四顆衛(wèi)星的位置列方程組求得接收機(jī)的位置。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于GPS軟件接收機(jī)評估干擾信號對GPS性能影響的系統(tǒng)，其特征在于，所述GPS軟件接收機(jī)評估子系統(tǒng)至少包括 以下三部分內(nèi)容的評估捕獲誤差分析評估、跟蹤誤差分析評估和偽距定 位誤差分析評估。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于GPS軟件接收機(jī)評估干擾信號對GPS 性能影響的系統(tǒng)，其特征在于，所述GPS軟件接收機(jī)評估子系統(tǒng)利用 Matlab軟件生成的各種窄帶干擾信號、寬帶干擾信號和超寬帶干擾信號分 別與GPS信號疊加進(jìn)入GPS軟件接收機(jī)中進(jìn)行信號捕獲、信號跟蹤和偽 距定位計(jì)算過程，將該過程中的捕獲情況、跟蹤情況和偽距定位情況與沒 有各種干擾情況下的捕獲情況、跟蹤情況和偽距定位情況進(jìn)行比較分析， 得到定性和定量結(jié)果；對于同一種類型的干擾，也可從干擾信號的幅度、 頻率以及帶寬情況下進(jìn)行對比，得到定性和定量的結(jié)果。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于GPS軟件接收機(jī)評估干擾信號對GPS性能影響的系統(tǒng)，包括GPS天線模塊和射頻模塊子系統(tǒng)，用于將接收的GPS信號由射頻下變頻至中頻，經(jīng)過采樣后得到數(shù)字中頻信號輸出給GPS軟件接收機(jī)子系統(tǒng)；干擾信號仿真子系統(tǒng)，用于產(chǎn)生數(shù)字干擾信號，將產(chǎn)生的數(shù)字干擾信號輸出給GPS軟件接收機(jī)子系統(tǒng)；GPS軟件接收機(jī)子系統(tǒng)，用于對輸入的數(shù)字中頻信號和數(shù)字干擾信號進(jìn)行信號捕獲、信號跟蹤、位同步和幀同步、偽距計(jì)算，以及衛(wèi)星位置和用戶位置計(jì)算，將結(jié)果輸出給GPS軟件接收機(jī)評估子系統(tǒng)；GPS軟件接收機(jī)評估子系統(tǒng)，用于對接收的結(jié)果進(jìn)行誤差分析，實(shí)現(xiàn)干擾信號對GPS性能影響的評估。利用本發(fā)明，能夠確定干擾信號的哪方面是影響GPS性能的主要因素。
文檔編號G01S5/02GK101630000SQ200810116830
公開日2010年1月20日 申請日期2008年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月18日
發(fā)明者波 寧, 寧春林, 施滸立, 李圣明, 田炳麗, 超 胡, 胡正群 申請人:中國科學(xué)院國家天文臺