一种用于机载GPS导航设备参数测试的模拟装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于机载GPS导航设备参数测试的模拟装置，包括硬件系统和软件系统，有效解决了现有技术的模拟装置在模拟机载GPS导航设备进行测试时，存在着模拟效率低、可维护性较低的问题。本发明专利技术利用模拟装置的用户界面模块设定GPS接收机所在地的时区和时间以及将要模拟的接收机类型和相应的初始信息，利用软件系统将硬件系统的的各部分调动起来，并利用本发明专利技术提出的模拟方法实现对任意时刻定位卫星的星座和运动状态、任意时刻GPS卫星的星历、GPS接收机的运动状态进行模拟，提高了模拟效率；硬件系统采用模块化结构、利用GPS接收机实现模拟装置的自检，解决了模拟装置可维护性较低的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种用于机载GPS导航设备参数测试的模拟装置
本专利技术涉及航空电子系统和航空信息化
，特别是一种用于机载GPS导航设备参数测试的模拟装置。
技术介绍
飞机的导航设备是飞机为实现安全快速航行的重要硬件设备，为了保证飞行安全，对飞机的导航设备进行测试显得十分重要，但因为在研发测试阶段受到场地和环境的制约，需要对导航信号进行模拟以全面验证及鉴定机载GPS导航设备的性能，现有技术通过调整发生器伪码时钟和载频多普勒频率，模拟出GPS接收机在高动态环境下接收到的卫星信号，从而检验接收机信号捕获跟踪能力，以及对定位的精度进行评估等效果。但现有技术的模拟装置在进行模拟测试时只能对固定时刻的定位卫星的星座和运动状态、GPS接收机的运动状态进行模拟，从而导致模拟效率不高，且现有技术的模拟装置导致在模拟时存在着可维护性较低的问题。因此本专利技术提供一种的新的方案来解决此问题。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种用于机载GPS导航设备参数测试的模拟装置，有效的解决了现有技术的模拟装置在模拟机载G本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于机载GPS导航设备参数测试的模拟装置，包括硬件系统和软件系统，其特征在于，所述硬件系统包括微机部分、主控单元和GPS导航设备，所述软件系统包括用户界面模块、时钟模块、接收机模块、导航电文模块、卫星视图模块、误差计算模块、参数计算模块、通信控制模块和数据库模块，所述硬件系统中的主控单元包括GPS信号模拟单元、状态控制电路、GPS接收机、端口适配电路和电源电路，微机部分通过PCI总线分别和GPS信号模拟单元、状态控制电路双向连接，微机部分通过RS232总线和GPS接收机双向连接，GPS信号模拟单元、状态控制电路和端口适配电路双向连接，GPS信号模拟单元、状态控制电路和端口适配电路双向连...

【技术特征摘要】
1.一种用于机载GPS导航设备参数测试的模拟装置，包括硬件系统和软件系统，其特征在于，所述硬件系统包括微机部分、主控单元和GPS导航设备，所述软件系统包括用户界面模块、时钟模块、接收机模块、导航电文模块、卫星视图模块、误差计算模块、参数计算模块、通信控制模块和数据库模块，所述硬件系统中的主控单元包括GPS信号模拟单元、状态控制电路、GPS接收机、端口适配电路和电源电路，微机部分通过PCI总线分别和GPS信号模拟单元、状态控制电路双向连接，微机部分通过RS232总线和GPS接收机双向连接，GPS信号模拟单元、状态控制电路和端口适配电路双向连接，GPS信号模拟单元、状态控制电路和端口适配电路双向连接，端口适配电路连接至GPS接收机，电源电路连接至端口适配电路，端口适配电路和GPS导航设备双向连接，所述软件系统中的导航电文模块和接收机模块分别连接卫星视图模块，时钟模块分别连接至导航电文模块、接收机模块和卫星视图模块，导航电文模块、接收机模块和卫星视图模块分别连接至误差计算模块，误差计算模块连接参数计算模块，参数计算模块连接通信控制模块，用户界面模块连接至时钟模块、导航电文模块、接收机模块、卫星视图模块、误差计算模块、参数计算模块和通信控制模块，时钟模块、导航电文模块、接收机模块卫星视图模块、误差计算模块、参数计算模块和通信控制模块分别连接至数据库。


2.如权利要求1所述的一种用于机载GPS导航设备参数测试的模拟装置，其特征在于，所述状态控制电路包括PCI总线、命令锁存电路、数字I/O和电子开关。


3.一种用于机载GPS导航设备参数测试的模拟方法，其特征在于，所述模拟装置为权利要求1-2中任一一种所述的装置，所述模拟方法利用模拟装置在产生模拟的卫星信号时需要经过如下步骤：
S1、利用模拟装置的GPS信号模拟单元实时模拟多颗卫星的信号，GPS接收机在同一时刻可观测到多颗卫星，通过测量这些卫星到待测点之间的距离来求解待测点的位置坐标，不考虑P码调制信号，设第i颗卫星的星历数据为Di(t)，调制码为Ci(t)，则第i颗卫星的发射信号可表示为：



式中，φi为第i颗卫星的初相、Ac为C/A码的振幅、fL1为载波L1的频率，当模拟的各个卫星信号由接收机接收时，由于延时不同、各颗卫星的信号衰减不同且各颗卫星信号的多普勒频移不同，总的接收信号r(t)可表示为



式中，τi为第i颗卫星信号从卫星到达接收机总的传播时间、fid为第i颗卫星相对接收机运动而产生的多普勒频移、Ai为第i颗卫星信号到达接收机时的信号幅度、n(t)为噪声信号、M为接收机可同时观测到的卫星数目，当接收机观测卫星的最小仰角为10°时，接收机最多可同时观测到10颗卫星，当最小仰角为5°时，接收机可同时观测到12颗卫星，因此GPS信号发生器的通道数目定为12，根据式(2)GPS信号模拟单元的数学模型可建立一种基于软件无线电的设计思想、应用内插理论的全数字调制的12通道GPS信号发生器的模型，单通道在利用该模型首先用数字载波对计算机或DSP产生的基带信号进行数字调制，载频为f1＝4.58MHz，根据采样定理模型的采样速率fs>2f1，取fs＝20MHz，由于卫星相对接收机运动，中心频率还需加上信号的多普勒频移：



式中c为光速、v为卫星与接收机的相对速率，当卫星靠近接收机取+，当远离接收机取-，则已调波S1i(n)根据式(1)得：



由于D/A转换的频谱类似于sinx/x的形式，直接对该信号进行D/A转换只能得到载频小于fs/2＝10MHz的已调信号，否则信号衰减过大且会发生非线性变化，而软件无线电的设计思想希望在D/A转换后能直接得到中频信号或射频信号，利用内插理论使较低的采样速率来产生较高频率的信号，对S1i(t)进行4倍零内插，即对S1i(t)每隔1个采样点插入3个零点，得到的内插信号为此时的采样频率仍为fs/2＝10MHz，而D/A的转换速率则变为fs'＝4fs＝80MHz，信号经过内插后其数字谱不仅包含了原信号的基带谱，同时还有处于[(m-1)fs/2,mfs/2](m＝1,2,3,4)各频带内的各次“镜频”分量，这些“镜频”分量的频谱与基带信号的谱结构是完全一样的，只是中心频率不同，其中m为倍数，采用中心频率为f20＝40-4.58＝35.42MHz，带宽为fB＝[2max(f1d,f2d,…,f12d)+2.046]MHz的带通滤波器，滤出载频在f2＝f20+fid的已调信号：
S2i(t)＝AiCi(t-τi)Di(t-τi)·sin[2π(f2+fid)t+φi](5)
再将S2i(t)与本振为1540MHz的余弦波混频，得到载频为f3＝1540±(35.42+fid)MHz的混频信号，经过中心频率为的带通滤波器并衰减放大后，得到最终的GPS模拟信号，见式(1)；S2、在S1的基础上利用所述参数计算模块对GPS信号模拟单元模拟产生、GPS接收机前端接收到的卫星信号进行GPS卫星的12个轨道关键参数的计算，即连续生成导航电文，包括星历、历书和UTC数据，模拟装置利用摄动力方程以及拉格朗日行星运行方程推导计算了星历数据中的12个轨道参数a，e，i，Ω，ω，Μ…
由于
式中：i为轨道面倾角、ψ为近地点角距、f为真近点角、为升交距角，则：



仅考虑长期摄动项，式(7)可表示为：



式中aε是WGS-84椭球的基本参数之一，将V在轨道参数上展开，根据拉格朗日行星运行方程对其求导，最终得到时刻历元t对应的12个轨道参...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝明，雍霄驹，韩亮，张涛，介战铎，李俊杰，黄浩然，
申请(专利权)人：中国人民解放军空军工程大学航空机务士官学校，
类型：发明
国别省市：河南;41