專利名稱：三模衛(wèi)星信號(hào)模擬器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域，具體涉及一種兼容BD/GPS/GL0NASS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的三模衛(wèi)星信號(hào)模擬器。
背景技術(shù)：
目前，世界已經(jīng)建成兩大全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，即美國(guó)的GPS和俄羅斯的GL0NASS，其次，還有兩個(gè)正在加緊建設(shè)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，即歐盟的GALILEO和中國(guó)的BD。其中，GPS和GL0NASS是相對(duì)比較成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，但是，BD作為一個(gè)新的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，其信號(hào) 體制(包括頻率、信號(hào)帶寬、信號(hào)調(diào)制方式、碼速率、信息速率、電文格式等)、星座設(shè)計(jì)、地面站設(shè)計(jì)、接收機(jī)設(shè)計(jì)都是全新的，而且在建設(shè)過程中可能存在調(diào)整，所有這些設(shè)計(jì)過程中均需經(jīng)過科學(xué)驗(yàn)證，特別是協(xié)議層格式設(shè)計(jì)，必須經(jīng)過合理、充分的驗(yàn)證。未來的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是多系統(tǒng)、多體制同時(shí)存在，系統(tǒng)間的兼容性和互操作性將是衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展的重要方向，因此，驗(yàn)證系統(tǒng)之間的兼容性和互操作性將變得非常重要。隨著衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)在國(guó)內(nèi)軍事和民用導(dǎo)航領(lǐng)域的作用變得越來越重要，對(duì)接收機(jī)用戶，特別是對(duì)軍用飛機(jī)、導(dǎo)彈及航天器一類的高動(dòng)態(tài)用戶來說，擁有測(cè)試接收機(jī)性能的衛(wèi)星信號(hào)模擬器變得十分必要。多體制高性能衛(wèi)星信號(hào)模擬器研制涉及偽碼擴(kuò)頻調(diào)制與載波相位精確控制、誤差模型、多系統(tǒng)時(shí)空統(tǒng)一等許多高精尖技術(shù)，技術(shù)難度很大。由于涉及軍事目的，衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)模擬器研究領(lǐng)域國(guó)外公開發(fā)表的技術(shù)文獻(xiàn)很少，進(jìn)口的衛(wèi)星信號(hào)模擬器的載體運(yùn)動(dòng)類型也有嚴(yán)格限制。但是，衛(wèi)星信號(hào)模擬器又是接收機(jī)終端研發(fā)和導(dǎo)航系統(tǒng)驗(yàn)證必要的手段，因此，突破高動(dòng)態(tài)衛(wèi)星信號(hào)模擬器關(guān)鍵技術(shù)，研制具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的多體制高性能衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)模擬器，推動(dòng)BD衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展勢(shì)在必行。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種三模衛(wèi)星信號(hào)模擬器，其能夠兼容多種體制的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。為解決上述問題，本實(shí)用新型所是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本實(shí)用新型一種三模衛(wèi)星信號(hào)模擬器，主要由上位機(jī)、DSP信息處理模塊、FPGA信號(hào)處理模塊、3個(gè)D/A轉(zhuǎn)換模塊、3個(gè)上變頻模塊、合路器、以及發(fā)射天線或輸出電纜組成；上位機(jī)與FPGA信號(hào)處理模塊相互連接，DSP信息處理模塊和FPGA信號(hào)處理模塊相互連接，F(xiàn)PGA信號(hào)處理模塊的3個(gè)輸出端分別經(jīng)由3個(gè)D/A轉(zhuǎn)換模塊連接至3個(gè)上變頻模塊的輸入端，3個(gè)上變頻模塊的輸出端共同連接至合路器的輸入端，合路器的輸出端上連接有發(fā)射天線或輸出電纜；其中上位機(jī)，讀取內(nèi)部預(yù)存的BD星歷和歷書參數(shù)、GPS星歷和歷書參數(shù)、GL0NASS星歷和歷書參數(shù)，并由用戶設(shè)定接收機(jī)運(yùn)動(dòng)軌跡和系統(tǒng)模擬時(shí)間，并把上述這些參數(shù)打包發(fā)給FPGA信號(hào)處理模塊，F(xiàn)PGA信號(hào)處理模塊再發(fā)送給DSP信息處理模塊；DSP信息處理模塊，接收由FPGA信號(hào)處理模塊轉(zhuǎn)發(fā)的上位機(jī)參數(shù)，[0009]首先，把系統(tǒng)模擬時(shí)間認(rèn)定為GPS系統(tǒng)時(shí)間GPST，并根據(jù)設(shè)定的接收機(jī)運(yùn)動(dòng)軌跡、GPS星歷參數(shù)以及上述所得GPS系統(tǒng)時(shí)間GPST計(jì)算GPS的衛(wèi)星位置、偽距、導(dǎo)航電文、初始碼相位、初始載波相位、初始碼頻率控制字、及初始載波頻率控制字；其次，根據(jù)GPS時(shí)間系統(tǒng)與BD時(shí)間系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換公式即公式(I)把系統(tǒng)模擬時(shí)間轉(zhuǎn)換為BD系統(tǒng)時(shí)間BDT，并根據(jù)設(shè)定的接收機(jī)運(yùn)動(dòng)軌跡、BD星歷參數(shù)以及上述所得BD系統(tǒng)時(shí)間BDT計(jì)算BD的衛(wèi)星位置、偽距、導(dǎo)航電文、初始碼相位、初始載波相位、初始碼頻率控制字、及初始載波頻率控制字；其中GPS時(shí)間系統(tǒng)與BD時(shí)間系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換公式為GPST-BDT=-Aqgps-Aigps X BDT (I)式中，GPST是指GPS系統(tǒng)時(shí)間；BDT是BD系統(tǒng)時(shí)間Acieps為BDT相對(duì)GPST系統(tǒng)時(shí)間的鐘差；AiePS為BDT相對(duì)GPST系統(tǒng)時(shí)間的鐘速；其中Acieps和Aieps均在BD的導(dǎo)航電文中播發(fā)。同理，根據(jù)GPS時(shí)間系統(tǒng)與GL0NASS時(shí)間系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換公式即公式(2)把系統(tǒng)模擬時(shí)間轉(zhuǎn)換為GL0NASS系統(tǒng)時(shí)間GLST，并根據(jù)設(shè)定的接收機(jī)運(yùn)動(dòng)軌跡、GL0NASS星歷參數(shù)以及上述所得GL0NASS系統(tǒng)時(shí)間GLST計(jì)算GL0NASS的衛(wèi)星位置、偽距、導(dǎo)航電文、初始碼相位、初始載波相位、初始碼頻率控制字、及初始載波頻率控制字；其中GPS時(shí)間系統(tǒng)與GL0NASS時(shí)間系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換公式為GPST-GLST=15+ (tutc_gls_tutc_gps) (2 )式中，GPST是指GPS系統(tǒng)時(shí)間；GLST是GL0NASS系統(tǒng)時(shí)間；Λ utc_gps為GPST與UTC在小數(shù)秒的差異，GPS在導(dǎo)航電文中播發(fā)了 GPS與UTC的閏秒差和小數(shù)秒差，用于將GPST轉(zhuǎn)換為UTC時(shí)間；Λ tutc_gls為GLST與UTC在小數(shù)秒的差異，GL0NASS在導(dǎo)航電文中播發(fā)了GL0NASS與UTC的小數(shù)秒差，用于將GLST轉(zhuǎn)換為UTC時(shí)間。最后，將上述所有計(jì)算結(jié)果一并送入FPGA信號(hào)處理模塊的寄存器中進(jìn)行存儲(chǔ)；FPGA信號(hào)處理模塊，在同步時(shí)鐘信號(hào)控制下，同步啟動(dòng)FPGA信號(hào)處理模塊中的BD、GPS和GL0NASS通道，讓BD、GPS和GL0NASS通道分別首先根據(jù)衛(wèi)星號(hào)、生成相應(yīng)頻率的載波信號(hào)和偽碼信號(hào)，然后將生成的偽碼信號(hào)與導(dǎo)航電文模二加、再調(diào)制到生成的載波信號(hào)上生成數(shù)字中頻信號(hào)，最后將多顆衛(wèi)星的數(shù)字中頻信號(hào)進(jìn)行數(shù)字疊加后分別輸出給相對(duì)應(yīng)的3個(gè)D/A轉(zhuǎn)換模塊；3個(gè)D/A轉(zhuǎn)換模塊，分別完成BD、GPS和GL0NASS基帶信號(hào)的數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換后，分別送至相對(duì)應(yīng)的3個(gè)上變頻模塊；3個(gè)上變頻模塊，分別將對(duì)應(yīng)的D/A轉(zhuǎn)換模塊送來的中頻信號(hào)變頻到BD、GPS和GL0NASS標(biāo)稱射頻頻率；合路器，將3個(gè)上變頻模塊送來的3路射頻信號(hào)合為一路，由發(fā)射天線或輸出電纜輸出。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型能夠?qū)D/GPS/GL0NASS三系統(tǒng)的時(shí)間和空間進(jìn)行統(tǒng)一，并利用BD/GPS/GL0NASS衛(wèi)星信號(hào)生成有很多相同點(diǎn)，采用程序模塊共用的方法，使得在I片DSP芯片+ I片F(xiàn)PGA芯片搭建的基帶板上完成基帶信號(hào)處理；此外，還利用BD/GPS/GL0NASS頻點(diǎn)相近的特點(diǎn)，生成的3路射頻信號(hào)經(jīng)合路器合為I路輸出；從而有效縮短了研發(fā)周期、降低了模擬器硬件成本。對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)而言，本實(shí)用新型為系統(tǒng)工程建設(shè)中信號(hào)體制驗(yàn)證和評(píng)估提供了手段，降低系統(tǒng)建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)接收機(jī)用戶而言，本實(shí)用新型提供了一個(gè)可靠、穩(wěn)定、準(zhǔn)確、及易用的室內(nèi)仿真和測(cè)試環(huán)境。

圖I為一種三模衛(wèi)星信號(hào)模擬器的組成原理圖；圖2為DSP信息處理模塊原理圖；圖3為FPGA信號(hào)處理模塊原理圖。
具體實(shí)施方式
一種三模衛(wèi)星信號(hào)模擬器如圖I所示，其主要由上位機(jī)、DSP信息處理模塊、FPGA信號(hào)處理模塊、3個(gè)D/A轉(zhuǎn)換模塊、3個(gè)上變頻模塊、合路器、以及發(fā)射天線或輸出電纜組成；上位機(jī)與FPGA信號(hào)處理模塊相互連接，DSP信息處理模塊和FPGA信號(hào)處理模塊相互連接，·FPGA信號(hào)處理模塊的3個(gè)輸出端分別經(jīng)由3個(gè)D/A轉(zhuǎn)換模塊連接至3個(gè)上變頻模塊的輸入端，3個(gè)上變頻模塊的輸出端共同連接至合路器的輸入端，合路器的輸出端上連接有發(fā)射天線或輸出電纜。上述各個(gè)主要功能模塊的主要功能如下上位機(jī)主要完成BD星歷和歷書、GPS星歷和歷書、GL0NASS星歷和歷書、接收機(jī)的運(yùn)動(dòng)軌跡、系統(tǒng)模擬時(shí)間等參數(shù)設(shè)定，并把上述這些參數(shù)通過串口發(fā)給FPGA信號(hào)處理模塊，F(xiàn)PGA信號(hào)處理模塊再發(fā)送給DSP信息處理模塊。在上位機(jī)界面上，BD、GPS和GL0NASS三個(gè)系統(tǒng)的系統(tǒng)時(shí)間都統(tǒng)一到本地的UTC時(shí)間，BD、GPS和GL0NASS三個(gè)系統(tǒng)的系統(tǒng)坐標(biāo)系都轉(zhuǎn)換為WGS-84坐標(biāo)系。DSP信息處理模塊接收機(jī)上位機(jī)的發(fā)來的數(shù)據(jù)，并把系統(tǒng)模擬時(shí)間認(rèn)為為GPS系統(tǒng)時(shí)間GPST，進(jìn)而根據(jù)GPS時(shí)間系統(tǒng)與BD時(shí)間系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換公式和GPS時(shí)間系統(tǒng)與GL0NASS時(shí)間系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換公式推算出BD和GL0NASS系統(tǒng)時(shí)間BDT和GLST。上述GPS時(shí)間系統(tǒng)與BD時(shí)間系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換公式為GPST_BDT=_A0GpS_A1GpS X BDT (I)式中，GPST是指GPS系統(tǒng)時(shí)間；BDT是BD系統(tǒng)時(shí)間Acieps為BDT相對(duì)GPST系統(tǒng)時(shí)間的鐘差;A1GPS為BDT相對(duì)GPST系統(tǒng)時(shí)間的鐘速，其中Acieps和Aieps均在BD導(dǎo)航電文中播發(fā)。上述GPS時(shí)間系統(tǒng)與GL0NASS時(shí)間系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換公式為GPST-GLST=15+ ( Δ tutc_gls_ Δ tutc_gps) (2 )式中，GPST是指GPS系統(tǒng)時(shí)間；GLST是GL0NASS系統(tǒng)時(shí)間；Λ utc_gps為GPST與UTC在小數(shù)秒的差異，GPS在導(dǎo)航電文中播發(fā)了 GPS與UTC的閏秒差和小數(shù)秒差，用于將GPST轉(zhuǎn)換為UTC時(shí)間；Λ tutc_gls為GLST與UTC在小數(shù)秒的差異，GL0NASS在導(dǎo)航電文中播發(fā)了GL0NASS與UTC的小數(shù)秒差，用于將GLST轉(zhuǎn)換為UTC時(shí)間。在GPS系統(tǒng)時(shí)間GPST、BD系統(tǒng)時(shí)間BDT和GL0NASS系統(tǒng)時(shí)間GLST的驅(qū)動(dòng)下DSP信息處理模塊完成BD、GPS和GL0NASS導(dǎo)航電文解碼和星歷參數(shù)提??；并根據(jù)載體運(yùn)動(dòng)位置、速度和時(shí)間信息，模擬BD、GPS和GL0NASS衛(wèi)星的位置和速度，進(jìn)而推算出BD、GPS和GL0NASS衛(wèi)星信號(hào)傳播延遲和多普勒頻移等基本信息；建立各種誤差模型，主要包括多路徑誤差、原子鐘誤差、電離層誤差、對(duì)流層誤差、地球自轉(zhuǎn)誤差等，根據(jù)模型計(jì)算誤差，生成修正和改變衛(wèi)星信號(hào)狀態(tài)的參數(shù)；根據(jù)上位機(jī)提供的載體運(yùn)動(dòng)軌跡參數(shù)，進(jìn)行高動(dòng)態(tài)NCO模擬；DPS信息處理模塊和FPGA信號(hào)處理模塊的NCO模擬誤差的實(shí)時(shí)校正。FPGA信號(hào)處理模塊接收DSP信息處理模塊的導(dǎo)航電文、相位延遲、碼和載波的NCO等數(shù)據(jù)，完成導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)的偽碼和載波產(chǎn)生、高動(dòng)態(tài)信號(hào)碼NCO和載波NCO的產(chǎn)生、完成導(dǎo)航電文的偽碼調(diào)制與載波調(diào)制和完成模擬源各通道數(shù)字中頻信號(hào)的調(diào)制；并接收上位機(jī)發(fā)送的功率控制指令，實(shí)現(xiàn)調(diào)制信號(hào)的功率控制、完成D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片的初始和控制寄存器設(shè)置、完成系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)通信，包括串口驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)，讀寫數(shù)據(jù)的發(fā)送、接收和緩存。3個(gè)D/A轉(zhuǎn)換模塊分別把FPGA信號(hào)處理模塊輸出的3路BD、GPS和GL0NASS數(shù)字信號(hào)變?yōu)槟M信號(hào)；3個(gè)上變頻模塊主要用于完成BD、GPA和GL0NASS三路上變頻和輸出功率的產(chǎn)生，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要滿足信號(hào)幅度(模擬源輸出信號(hào)幅度精度、準(zhǔn)確性、變化范圍)、相噪指標(biāo)、 頻率穩(wěn)定度，信號(hào)帶寬等指標(biāo)要求，射頻模塊均是通過模擬源件實(shí)現(xiàn)的。合路器模塊主要是把三路射頻信號(hào)合為一路輸出，由于BD、GPS和GL0NASS的射頻信號(hào)相近，故可以三路合為一路，由一個(gè)發(fā)射天線發(fā)射或一條射頻電纜輸出出去。
權(quán)利要求1. 一種三模衛(wèi)星信號(hào)模擬器，其特征是主要由上位機(jī)、DSP信息處理模塊、FPGA信號(hào)處理模塊、3個(gè)D/A轉(zhuǎn)換模塊、3個(gè)上變頻模塊、合路器、以及發(fā)射天線或輸出電纜組成；上位機(jī)與FPGA信號(hào)處理模塊相互連接，DSP信息處理模塊和FPGA信號(hào)處理模塊相互連接，F(xiàn)PGA信號(hào)處理模塊的3個(gè)輸出端分別經(jīng)由3個(gè)D/A轉(zhuǎn)換模塊連接至3個(gè)上變頻模塊的輸入端，3個(gè)上變頻模塊的輸出端共同連接至合路器的輸入端，合路器的輸出端上連接有發(fā)射天線或輸出電纜。
專利摘要本實(shí)用新型公開一種三模衛(wèi)星信號(hào)模擬器，上位機(jī)經(jīng)串口與FPGA相連，來自上位機(jī)的數(shù)據(jù)經(jīng)FPGA分發(fā)給FPGA本身和DSP；FPGA與DSP相連，DSP計(jì)算完的數(shù)據(jù)在每個(gè)中斷傳給FPGA，F(xiàn)PGA生成的信號(hào)經(jīng)3個(gè)DA后分別至3個(gè)上變頻模塊，3路射頻信號(hào)經(jīng)合路器合為一路，最后由發(fā)射天線或射頻電纜發(fā)射出去。本實(shí)用新型核心技術(shù)為BD/GPS/GLONASS三系統(tǒng)的時(shí)間和空間的統(tǒng)一；由于BD/GPS/GLONASS衛(wèi)星信號(hào)生成有很多相同點(diǎn)，采用程序模塊共用的方法，使得在1片DSP芯片+1片F(xiàn)PGA芯片搭建的基帶板上完成基帶信號(hào)處理；利用BD/GPS/GLONASS頻點(diǎn)相近特點(diǎn)，生成的3路射頻信號(hào)經(jīng)合路器合為1路輸出；從而有效縮短了研發(fā)周期、降低了模擬器硬件成本。
文檔編號(hào)G01S19/23GK202794536SQ20122048928
公開日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2012年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月24日
發(fā)明者孫希延, 鄧洪高, 紀(jì)元法, 王守華, 符強(qiáng), 吳孫勇 申請(qǐng)人:桂林電子科技大學(xué)