综合卫星导航信号模拟器

摘 要 综合卫星导航信号模拟器是一种高精度的标准信号源，可以模拟不同载体所需环境，精确发出其上接收机所需的卫星信号（GPS、BD2G、LONASS）。由于国内研究起步较晚，为了打破外国先进技术的垄断，我们研制自己的高动态模拟器具有重大意义。

关键词 综合卫星导航信号模拟器；高动态接收机；FPGA；DSP

中图分类号：P228 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）20-0032-01

综合卫星导航信号模拟器是一种高精度的标准信号源，可以模拟不同载体所需环境，精确发出其上接收机所需的卫星信号（GPS、BD2G、LONASS），可用于卫星接收机的功能测试、测量精度鉴定、目标运动特性方针等，是高动态卫星接收机不可或缺的一种测试设备。国外对卫星接收机试验测试设备进行了深入的研究并已取得成功，但因涉及敏感技术，公开发表的技术文献很小。国内研究起步较晚，为了打破外国先进技术的垄断，我们研制自己的高动态模拟器具有重大意义。

1 综合卫星导航信号模拟器系统描述

综合卫星导航信号模拟器需要根据载体及卫星运动特性，同时考虑各种干扰、误差因素的影响，模拟卫星发送下行信号到达接收终端。它是卫星接收终端进行研究、试验、检测的重要工具。

综合卫星导航信号模拟器的基本思想是，利用各种硬件和软件的测试设备和手段，尽可能模拟导航接收机在真实工作环境下高动态运动过程中收到的卫星导航信号，从而完成对导航接收机的综合测试。

2 系统结构组成

综合卫星导航信号模拟器主要由模拟器、天线两部分组成。系统结构组成如图1。

图1 导航模拟器系统组成框图

开机后，模拟器检测出发开关状态，如果试运行状态，模拟器将事先写好的试验参数读出，依据控制参数和星历数据模拟产生卫星定位导航基带信号，然后将其调制到射频并将过甜心送出。否则，模拟器待机。

3 系统功能描述

综合卫星导航信号模拟器作为一种测试设备，主要用来完成对接收机性能和指标的综合测试。试验用户使用主控台上的监控软件完成对信号生成单元的控制，使之产生预定接收机轨迹上的卫星信号，达到测试导航接收机性能的目的。

模拟器上位机系统控制软件主要用来由用户设置和控制卫星导航信号状态和产生过程，其具体功能如下。

1）用户可以设置待测接收机的运动轨迹，并具备多种轨迹数据输入方式。

2）用户还可以设置模拟器试验开始时间，即试验用户认为待测接收机将从设置的起始时间开始运动，默认时起始时间为当前模拟器时间。

3）为卫星导航信号开始模拟产生后，上位机软件将向用户显示当前模拟器状态，包括：在线卫星的种类、数量、编号、俯仰角、伪距；被测接收机的起始位置、当前位置、速度等信息。

4）支持实时闭环功能：上位机接受制导系统发出的载体轨迹数据，实时合成对应的导航信号，模拟器信号通过发射天线发送给接收机，接收机接受导航信号，进行定位结算，并进一步控制制导系统。

上位机将提前设置好的参数发送给信号生成单元，信号生成单元根据参数模拟出相应的卫星导航信号，同时还将该信息反馈给上位机。其中DSP软件负责模拟出卫星信号的核心部分，通过控制硬件模拟出所需要的卫星信号。通过晶体振荡器的控制，DSP从RAM中读取星历信息和动态变量，并将其传送给FPGA，先通过信道编码处理和直接扩频调制，然后通过动态变量将扩频后的信号再次调制，调制后的信号通过D/A转换形成初始的模拟信号，通过添加噪声信号，最后将该信号混频到卫星载频模拟产生出了卫星信号。

4 模拟器硬件和软件设计

4.1 硬件电路工作原理

PC电脑通过通信接口部分对模拟器写入信号参数和当行卫星电文参数；然后判断触发信号状态，如果出发信号有效，DSP、FPGA完成信号的扩频调制，D/A转换及基带滤波将调制好的信号送射频信号。经衰减器进入合路器，将两个频率的信号合路成一路输出，最后接固定衰减器衰减到需要的输出功率。

4.2 综合卫星导航信号模拟器软件设计

模拟器的软件构成分为两个部分：一个是运行在主控计算机（上位机）上的系统监控软件，负责模拟器参数设备，实时状态显示等工作；另一个是运行在信号产生单元的DSP软件，它的主要工作是进行卫星信号延迟时间、用户设置、多普勒频移量、误差计算等，为硬件提供发射信号的状态参数，从而控制硬件来产生相应的导航信号。整个系统软件的总体构图如图2所示。在信号产生单元电路板上设置有数据通信接口，使用其与上位机监控软件进行通讯，主要用来传送控制命令、参数状态、轨迹数据、试验状态等信息。

图2 系统软件总体结构图

参考文献

[1]刘基余.GPS卫星导航定位原理与方法[M].北京：科学出版社 2013.

[2]董在望，陈亚琴.通信电路原理[M].北京：高等教育出版社，2002.

[3]方群，袁建平，郑鄂.卫星定位导航基础[M].西安：西北工业大学出版社，1999.