專利名稱：Gps模擬器與接收機(jī)閉環(huán)測(cè)試系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及GPS衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域，具體涉及一種GPS模擬器與接收機(jī)閉環(huán)測(cè)試系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
美國(guó)的GPS (全球定位系統(tǒng))是當(dāng)前衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的標(biāo)桿，GPS定位具有全天候、精度高等特點(diǎn)，在世界上各個(gè)國(guó)家的軍民用領(lǐng)域都有非常廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)在的GPS接收機(jī)發(fā)展速度很快，無(wú)論是體積、功耗、靈敏度、精度等指標(biāo)比十年前都有了很大提升。除了接收機(jī)本身的技術(shù)發(fā)展外，GPS系統(tǒng)建設(shè)上也在不斷更新?lián)Q代。未來(lái)的GPS衛(wèi)星將具有更高的時(shí)間基準(zhǔn)、更高的功率、更優(yōu)化的信號(hào)體制，為用戶提供更為優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。·在GPS導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展中，GPS系統(tǒng)建設(shè)和GPS接收機(jī)的發(fā)展是相互影響的，尤其是接收機(jī)的研制開(kāi)發(fā)中，需要分別考慮到各種觀測(cè)量、各種誤差源的影響，并分別采取對(duì)應(yīng)的措施，以期獲得更高的測(cè)量精度。在GPS接收機(jī)研發(fā)、測(cè)試中，主要測(cè)定接收機(jī)的測(cè)量精度、信號(hào)接收靈敏度，以提高接收機(jī)的適用性。還要考慮接收機(jī)在彈載等復(fù)雜環(huán)境下的定位可用性。為方便地在實(shí)驗(yàn)室靜態(tài)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)這些測(cè)試，根據(jù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)原理，不必把接收機(jī)放在導(dǎo)彈、星船等空間設(shè)備上，只需要模擬器模擬出接收機(jī)在這些軌跡下所接收到的導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)，在室內(nèi)對(duì)靜止接收機(jī)測(cè)試，接收機(jī)的定位結(jié)果就是模擬器所預(yù)先設(shè)定的軌跡，可以方便測(cè)試接收機(jī)在高空、高速運(yùn)動(dòng)條件下的定位效果，這樣節(jié)約了接收機(jī)的測(cè)試成本。根據(jù)這樣的應(yīng)用需求，GPS模擬器運(yùn)算發(fā)展起來(lái)。GPS衛(wèi)星信號(hào)模擬器就是模擬產(chǎn)生GPS衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)，為GPS接收機(jī)的研制開(kāi)發(fā)、測(cè)試提供仿真環(huán)境，它是衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)和接收機(jī)(尤其是高動(dòng)態(tài)接收機(jī))研制的重要測(cè)試儀器。GPS信號(hào)模擬器所模擬的仿真環(huán)境環(huán)境越逼真，對(duì)于GPS接收機(jī)的性能測(cè)定則越為準(zhǔn)確。但一般情況下，接收機(jī)對(duì)模擬器的信號(hào)測(cè)量是獨(dú)立的，測(cè)量時(shí)間基準(zhǔn)與模擬器無(wú)關(guān)。這樣接收機(jī)的各種觀測(cè)量精度無(wú)法精確測(cè)量，比如常用的偽距觀測(cè)量，一般模擬器難以客觀評(píng)價(jià)接收機(jī)的偽距測(cè)量精度。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種GPS模擬器與接收機(jī)閉環(huán)測(cè)試系統(tǒng)，它能夠能把接收機(jī)和模擬器統(tǒng)一到一個(gè)時(shí)間基準(zhǔn)上，并且對(duì)信號(hào)的觀測(cè)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)測(cè)試，從而可更為精確評(píng)估接收機(jī)的各個(gè)環(huán)節(jié)的技術(shù)以及算法的優(yōu)劣，反過(guò)來(lái)也可以評(píng)價(jià)模擬器的信號(hào)模擬精度，并為導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)提供評(píng)價(jià)機(jī)制。為解決上述問(wèn)題，本實(shí)用新型是通過(guò)以下方案實(shí)現(xiàn)的一種GPS模擬器與接收機(jī)閉環(huán)測(cè)試系統(tǒng)，包括GPS模擬器和GPS接收機(jī)。所述GPS模擬器主要由信號(hào)處理單元、射頻信號(hào)輸出單元、同步脈沖信號(hào)輸出單元和基準(zhǔn)信號(hào)輸出單元構(gòu)成；其中射頻信號(hào)輸出單元、同步脈沖信號(hào)輸出單元和基準(zhǔn)信號(hào)輸出單元分別連接在信號(hào)處理單元的輸出端上；所述GPS接收機(jī)主要由實(shí)測(cè)接收單元和定位計(jì)算單元構(gòu)成；GPS模擬器的射頻信號(hào)輸出單元和同步脈沖信號(hào)輸出單元與GPS接收機(jī)的實(shí)測(cè)接收單元的輸入端相連，實(shí)測(cè)接收單元的輸出端連接定位計(jì)算單元的其中一個(gè)輸入端；GPS模擬器的基準(zhǔn)信號(hào)輸出單元直接與GPS接收機(jī)的定位計(jì)算單元的另一個(gè)輸入端相連；GPS接收機(jī)的定位計(jì)算單元的2個(gè)輸出端共同連接至GPS模擬器的信號(hào)處理單元的輸入端。上述方案中，所述同步脈沖信號(hào)輸出單元輸出的同步脈沖為毫秒級(jí)。上述方案中，所述同步脈沖信號(hào)輸出單元輸出的同步脈沖為I毫秒。本實(shí)用新型的構(gòu)思是GPS模擬器和GPS接收機(jī)使用同一個(gè)時(shí)鐘源，保持時(shí)間基準(zhǔn) 的一致；傳統(tǒng)的GPS模擬器使用時(shí)僅提供射頻信號(hào)給GPS接收機(jī)，而本實(shí)用新型涉及的GPS模擬器與接收機(jī)閉環(huán)測(cè)試系統(tǒng)中，GPS模擬器不但提供GPS射頻信號(hào)，還向GPS接收機(jī)輸出射頻信號(hào)所對(duì)應(yīng)的同步脈沖，以及對(duì)應(yīng)的各個(gè)GPS信號(hào)的載波相位信息、偽碼相位信息和衛(wèi)星位置信息。這樣GPS接收機(jī)不但可以在同步脈沖控制下處理GPS射頻信息，進(jìn)行傳統(tǒng)的信號(hào)捕獲跟蹤，進(jìn)行偽距測(cè)量和星歷解碼，再完成定位解算；還可以直接利用模擬器提供的相位信息和衛(wèi)星位置進(jìn)行定位解算。通過(guò)這兩種計(jì)算過(guò)程，可以對(duì)比分析GPS接收機(jī)的偽距即偽碼相位或載波相位的測(cè)量精度、星歷誤差分析、定位解算方法優(yōu)劣或者檢測(cè)GPS模擬器的模擬精度。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下特點(diǎn)I、GPS模擬器在輸出GPS射頻信號(hào)的基礎(chǔ)上，多輸出了同步脈沖，載波相位、偽碼相位和衛(wèi)星位置信息；2、和普通的GPS接收機(jī)相比，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)中的GPS接收機(jī)不但可以處理傳統(tǒng)GPS射頻信號(hào)，完成定位計(jì)算，還可以接收來(lái)自GPS模擬器的載波相位、偽碼相位和衛(wèi)星位置信息直接進(jìn)行定位計(jì)算，獲得理想的定位結(jié)果；3、可以系統(tǒng)分析GPS系統(tǒng)各種誤差源，為接收機(jī)設(shè)計(jì)和GPS導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)提供有意義的參考；因而可廣泛應(yīng)用于GPS導(dǎo)航定位領(lǐng)域，并為中國(guó)的北斗導(dǎo)航提供借鑒。

圖I為本實(shí)用新型一種GPS模擬器與接收機(jī)閉環(huán)測(cè)試系統(tǒng)。
具體實(shí)施方式
參見(jiàn)圖1，本實(shí)用新型一種GPS模擬器與接收機(jī)閉環(huán)測(cè)試系統(tǒng)，包括GPS模擬器和GPS接收機(jī)。所述GPS模擬器主要由信號(hào)處理單元、射頻信號(hào)輸出單元、同步脈沖信號(hào)輸出單元、基準(zhǔn)信號(hào)輸出單元和結(jié)果比較單元構(gòu)成。其中射頻信號(hào)輸出單元、同步脈沖信號(hào)輸出單元和基準(zhǔn)信號(hào)輸出單元分別連接在信號(hào)處理單元的輸出端上，結(jié)果比較單元?jiǎng)t與信號(hào)處理單元的輸入端相連。所述GPS接收機(jī)主要由實(shí)測(cè)接收單元、實(shí)測(cè)定位計(jì)算單元和基準(zhǔn)定位計(jì)算單元構(gòu)成。GPS模擬器的射頻信號(hào)輸出單元和同步脈沖信號(hào)輸出單元均與GPS接收機(jī)的實(shí)測(cè)接收單元的輸入端相連，實(shí)測(cè)接收單元的輸出端連接實(shí)測(cè)定位計(jì)算單元的輸入端；GPS模擬器的基準(zhǔn)信號(hào)輸出單元與GPS接收機(jī)的基準(zhǔn)定位計(jì)算單元的輸入端相連；GPS接收機(jī)的實(shí)測(cè)定位計(jì)算單元和基準(zhǔn)定位計(jì)算單元的輸出端共同連接至GPS模擬器的結(jié)果比較單元。信號(hào)處理單元首先根據(jù)用戶需求，設(shè)定所模擬的GPS接收機(jī)運(yùn)動(dòng)軌跡；根據(jù)預(yù)設(shè)星歷參數(shù)，編碼為導(dǎo)航電文；根據(jù)用戶設(shè)定仿真時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)軌跡和衛(wèi)星位置信息，預(yù)測(cè)GPS衛(wèi)星是否可見(jiàn)。然后在每個(gè)同步脈沖時(shí)刻，對(duì)于每顆可見(jiàn)星，根據(jù)用戶位置和衛(wèi)星位置計(jì)算相應(yīng)仿真時(shí)刻的信號(hào)載波相位、偽碼相位和信號(hào)頻率。之后把可見(jiàn)星分配到相應(yīng)的信號(hào)生成通道；根據(jù)步驟②計(jì)算的參數(shù)，設(shè)定每個(gè)衛(wèi)星的初始載波相位、碼相位和導(dǎo)航電文相位，再根據(jù)頻率信息生成相應(yīng)的載波、碼和電文信號(hào)，并完成三者的擴(kuò)頻、調(diào)制，得到中頻GPS模擬信號(hào)。射頻信號(hào)輸出單元將信號(hào)處理單元產(chǎn)生的中頻GPS模擬信號(hào)上變頻到GPS的標(biāo)準(zhǔn)射頻頻率，并輸出給GPS接收機(jī)。同步脈沖信號(hào)輸出單元將信號(hào)處理單元中的同步脈沖信號(hào)即信號(hào)生成的周期即偽碼的周期輸出給GPS接收機(jī)。同步脈沖信號(hào)輸出單元輸出的同步脈沖為信號(hào)生成的周期，即為偽碼的周期時(shí)間。在本實(shí)用新型中，由于信號(hào)生成的周期為毫秒級(jí)，因此同步脈沖信號(hào)輸出單元的同步脈沖也為毫秒級(jí)。在本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例中，GPS模擬器在每毫秒同步脈沖時(shí)刻，均會(huì)根據(jù)用戶位置和衛(wèi)星位置計(jì)算相應(yīng)仿真時(shí)刻的信號(hào)載波相位、偽碼相·位和信號(hào)頻率，因此同步脈沖信號(hào)輸出單元輸出的同步脈沖為I毫秒?；鶞?zhǔn)信號(hào)輸出單元將信號(hào)處理單元計(jì)算出的信號(hào)載波相位、偽碼相位信息和衛(wèi)星位置輸出給GPS接收機(jī)。實(shí)測(cè)接收單元在同步脈沖控制下，采集GPS模擬器發(fā)射的射頻信號(hào)，進(jìn)行傳統(tǒng)的信號(hào)捕獲跟蹤、偽距測(cè)量和星歷解碼。實(shí)測(cè)定位計(jì)算單元根據(jù)實(shí)測(cè)接收單元輸出的計(jì)算結(jié)果，并進(jìn)行定位計(jì)算?；鶞?zhǔn)定位計(jì)算單元直接接收基準(zhǔn)信號(hào)輸出單元輸出的信號(hào)載波相位、偽碼相位信息和衛(wèi)星位置，直接進(jìn)行定位解算。結(jié)果比較單元將實(shí)測(cè)定位計(jì)算單元和基準(zhǔn)定位計(jì)算單元輸出的定位解算結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，并將比對(duì)結(jié)果送入信號(hào)處理單元中進(jìn)行分析。采用上述系統(tǒng)所實(shí)現(xiàn)的GPS模擬器與接收機(jī)閉環(huán)測(cè)試方法，包括如下步驟①GPS模擬器根據(jù)用戶需求，設(shè)定所模擬的GPS接收機(jī)運(yùn)動(dòng)軌跡；根據(jù)預(yù)設(shè)星歷參數(shù)，編碼為導(dǎo)航電文；根據(jù)用戶設(shè)定仿真時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)軌跡和衛(wèi)星位置信息，預(yù)測(cè)GPS衛(wèi)星是否可見(jiàn)；②GPS模擬器在每個(gè)同步脈沖時(shí)刻，對(duì)于每顆可見(jiàn)星，根據(jù)用戶位置和衛(wèi)星位置計(jì)算相應(yīng)仿真時(shí)刻的信號(hào)載波相位、偽碼相位和信號(hào)頻率；③GPS模擬器把可見(jiàn)星分配到相應(yīng)的信號(hào)生成通道；根據(jù)步驟②計(jì)算的參數(shù)，設(shè)定每個(gè)衛(wèi)星的初始載波相位、碼相位和導(dǎo)航電文相位，再根據(jù)頻率信息生成相應(yīng)的載波、碼和電文信號(hào)，并完成三者的擴(kuò)頻、調(diào)制，得到中頻GPS模擬信號(hào)；④GPS模擬器的射頻模塊將步驟③的中頻GPS模擬信號(hào)上變頻到GPS的標(biāo)準(zhǔn)射頻頻率，并輸出給GPS接收機(jī)；⑤同時(shí)，GPS模擬器將步驟②的同步脈沖信號(hào)，以及計(jì)算的信號(hào)載波相位、偽碼相位信息和衛(wèi)星位置輸出給GPS接收機(jī)；GPS模擬器輸出的同步脈沖為信號(hào)生成的周期，即為偽碼的周期時(shí)間。在本實(shí)用新型中，由于信號(hào)生成的周期為毫秒級(jí)，因此GPS模擬器輸出的同步脈沖也為毫秒級(jí)。在本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例中，GPS模擬器在每毫秒同步脈沖時(shí)刻，均會(huì)根據(jù)用戶位置和衛(wèi)星位置計(jì)算相應(yīng)仿真時(shí)刻的信號(hào)載波相位、偽碼相位和信號(hào)頻率，因此GPS模擬器輸出的同步脈沖為I毫秒。⑥GPS接收機(jī)在同步脈沖控制下，采集GPS模擬器發(fā)射的射頻信號(hào)，進(jìn)行傳統(tǒng)的信號(hào)捕獲跟蹤、偽距測(cè)量和星歷解碼，再完成定位解算；⑦同時(shí)，GPS接收機(jī)接收來(lái)自GPS模擬器發(fā)射的信號(hào)載波相位、偽碼相位信息和衛(wèi)星位置，直接進(jìn)行定位解算；⑧GPS接收機(jī)將步驟⑥和步驟⑦步所得的兩種定位結(jié)果都反饋給GPS模擬器，通過(guò)對(duì)比兩種定位結(jié)果即可檢測(cè)出GPS接收機(jī)的定位解算效果和/或GPS模擬器的信號(hào)模擬精度。步驟⑦的定位結(jié)果是GPS模擬器輸出的理想信息，該理想定位結(jié)果和模擬器所模擬的用戶位置完全一致。因此，在保證GPS模擬器的信號(hào)模擬精度的前提下，當(dāng)按照步驟⑥ 所獲得的實(shí)際定位結(jié)果與步驟⑦所獲得的理想定位結(jié)果越接近時(shí)，GPS接收機(jī)的定位接收效果越佳，即GPS接收機(jī)的偽距即偽碼相位或載波相位的測(cè)量精度越高、星歷誤差越小、定位解算方法越優(yōu)秀；反之，則GPS接收機(jī)的定位接收效果越差。另外，在保證GPS接收機(jī)的定位解算效果的前提下，當(dāng)按照步驟⑥所獲得的實(shí)際定位結(jié)果與步驟⑦所獲得的理想定位結(jié)果越接近時(shí)，GPS模擬器的信號(hào)模擬精度越高；反之，GPS模擬器的信號(hào)模擬精度越低。
權(quán)利要求1.GPS模擬器與接收機(jī)閉環(huán)測(cè)試系統(tǒng)，包括GPS模擬器和GPS接收機(jī)，其特征在于所述GPS模擬器主要由信號(hào)處理單元、射頻信號(hào)輸出單元、同步脈沖信號(hào)輸出單元和基準(zhǔn)信號(hào)輸出單元構(gòu)成；其中射頻信號(hào)輸出單元、同步脈沖信號(hào)輸出單元和基準(zhǔn)信號(hào)輸出單元分別連接在信號(hào)處理單元的輸出端上； 所述GPS接收機(jī)主要由實(shí)測(cè)接收單元和定位計(jì)算單元構(gòu)成； GPS模擬器的射頻信號(hào)輸出單元和同步脈沖信號(hào)輸出單元與GPS接收機(jī)的實(shí)測(cè)接收單元的輸入端相連，實(shí)測(cè)接收單元的輸出端連接定位計(jì)算單元的其中一個(gè)輸入端；GPS模擬器的基準(zhǔn)信號(hào)輸出單元直接與GPS接收機(jī)的定位計(jì)算單元的另一個(gè)輸入端相連；GPS接收機(jī)的定位計(jì)算單元的2個(gè)輸出端共同連接至GPS模擬器的信號(hào)處理單元的輸入端。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)一種GPS模擬器與接收機(jī)閉環(huán)測(cè)試系統(tǒng)，包括GPS模擬器和GPS接收機(jī)，其特征在于所述GPS模擬器主要由信號(hào)處理單元、射頻信號(hào)輸出單元、同步脈沖信號(hào)輸出單元和基準(zhǔn)信號(hào)輸出單元構(gòu)成；其中射頻信號(hào)輸出單元、同步脈沖信號(hào)輸出單元和基準(zhǔn)信號(hào)輸出單元分別連接在信號(hào)處理單元的輸出端上；所述GPS接收機(jī)主要由實(shí)測(cè)接收單元和定位計(jì)算單元構(gòu)成；GPS模擬器的射頻信號(hào)輸出單元和同步脈沖信號(hào)輸出單元與GPS接收機(jī)的實(shí)測(cè)接收單元的輸入端相連，實(shí)測(cè)接收單元的輸出端連接定位計(jì)算單元的其中一個(gè)輸入端；GPS模擬器的基準(zhǔn)信號(hào)輸出單元直接與GPS接收機(jī)的定位計(jì)算單元的另一個(gè)輸入端相連；GPS接收機(jī)的定位計(jì)算單元的2個(gè)輸出端共同連接至GPS模擬器的信號(hào)處理單元的輸入端。
文檔編號(hào)G01S19/23GK202794533SQ201220094048
公開(kāi)日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2012年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月14日
發(fā)明者紀(jì)元法, 孫希延, 符強(qiáng), 王守華, 鄧洪高, 嚴(yán)素清, 吳孫勇, 張瑞霞 申請(qǐng)人:桂林電子科技大學(xué)