高动态多模式卫星导航信号源模拟方法及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种高动态多模式卫星导航信号源模拟方法及其装置。高动态多模式卫星导航信号源可模拟动态导航接收机接收到的太空中的全球卫星定位系统、全球导航卫星系统和北斗二代卫星导航系统三种系统的卫星信号；模拟用户接收机的运动状态；模拟卫星信号在传播过程中的误差；实时产生三模卫星信号。实施例中，本发明专利技术由用户接口模块、控制模块、卫星参数计算模块、卫星信号产生模块、输出装置和接收数据分析模块组成；本发明专利技术同时模拟三种模式卫星信号，可以加快多模式导航接收机研制；使用内文利插值方法，节省了计算资源，提高了插值精度。使用了参数化设计，提高模块复用能力，可以针对不同的卫星导航系统进行便捷的转化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种高动态多模式卫星导航信号源模拟方法及其装置。技术背景卫星导航定位技术在航天、航空、遥感、通信、测绘等领域己经得到广泛 应用。随着应用领域的拓宽，对导航定位技术的精度和可靠性要求也逐步提高。 原来单一模式的卫星导航接收技术，因为可见卫星有限，定位的可用性以及卫星完整性监测的性能难以提高；北斗二代卫星导航系统(BD-2)和全球卫星定 位系统(GPS)，因为采用CDMA的复用方式，每个卫星采用相同的载波频率， 在具有强干扰信号情况下，便不能很好地工作；全球导航卫星系统(GLONASS) 系统则对抗干扰的能力较强，但因为伪码速率等系统原因，定位精度要低于北 斗二代和GPS系统。多模式卫星导航的接收技术，可以结合各种模式的卫星导 航系统的优点，增加可见卫星的数目，采用信息融合的处理技术，能有效提高 系统的定位精度、可用性和可靠性。高动态卫星导航技术在现代军事、航天、航空等领域具有广泛的应用，对 国家安全具有重要意义。国外的高性能战机、远程攻击导航等武器都采用了高 性能的高动态卫星导航接收机进行制导；同时，高动态卫星导航系统是航天飞 机、航天飞船最理想的导航系统。目前我国在高动态卫星导航技术方面处于起 步阶段，并正在积极地开发自主卫星导航系统。多模式、高动态卫星导航接收技术具有很好的应用价值。而卫星模拟器是 接收机研制的一项必不可少的工具，利用卫星模拟器进行接收机的研发和测试 工作，可以大大加快接收机的研制过程。在研制开发地面GNSS接收机的进程 中，需要对接收机在各类环境下进行进行多方面的检验和测试。而在现实的环 境中，很难获得诸如高动态、低信噪比等各类的测试检验环境，这需要我们去 模拟这类环境，为接收机的开发、测试提供各类条件。GNSS多模式卫星导航模 拟器可以在接收机特别是高动态接收机的研制、开发、测试等阶段提供仿真环 境，同时也能为接收机的研制提供系统级的仿真测试，为最终确定接收机方案 提供依据。由此可见，卫星导航信号模拟器在军事、民用、科研等领域都有着 广泛而的应用。目前，国内该方面的研究还很少，国外已经成熟的卫星信号模 拟器价格非常昂贵，并且由于政治军事等原因，在进口方面受到很大的限制。 因而研制高动态多模式卫星导航信号源模拟方法及其装置，极具战略意义。高动态多模式卫星信号源模拟器是在假定高动态接收机按照设定的运动轨 迹移动的情况下，模拟接收机接收到的信号，用来测试接收机的定位性能等。 在同一时刻，卫星导航接收机可以观测到多颗卫星，接收机通过接收卫星星历， 计算这些卫星到观测点的距离即伪距。进而求解观测点的位置坐标。因此，接 收机收到信号的相应状态应该与接收机的伪距测量结果相关。由接收机伪距测 量的过程可知，在相同的时刻接收机的伪距测量主要受导航卫星的到达时刻决 定、对不同的地理位置、不同的运动状态、不同的观测卫星，接收机接收到的 卫星信号的到达时刻不同。因此，模拟器的一大部分工作就是由不同的地理位 置和不同状态推算出接收机接收到的卫星信号的时延、衰减和多普勒频移量， 并通过控制模块控制信号发生器适时调整产生的信号。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术不足，提供一种高动态多模式卫星导航信号 源模拟方法及其装置。高动态多模式卫星导航信号源模拟方法及其装置包括以下步骤1) 控制模块读取用户对模拟器工作参数，工作参数包括:接收机类型参数、 接收机最大速度、加速度、加加速度参数、接收机工作环境参数、系统起始时 刻时间协调时时间参数；2) 卫星参数计算模块根据工作参数，计算接收机当前时刻收到的全球卫星 定位系统、全球导航卫星系统和北斗二代卫星导航系统三种模式导航系统中可 见卫星的状态参数；3) 将卫星信号状态参数载入到卫星信号产生器中，产生实时卫星信号送入 导航接收机，得到伪距和定位信息；4) 将伪距和定位信息送入接收机性能分析模块，与可见卫星状态参数值比 较，判断接收机的捕获、跟踪和定位性能，并将结果输出给用户；所述的卫星参数计算模块根据工作参数，计算接收机当前时刻收到的全球 卫星定位系统、全球导航卫星系统和北斗二代导航系统三种模式导航系统中可 见卫星的状态参数包括以下步骤1) 初始化模块，将从接收机获得的卫星历书数据和广播星历数据导入存储 器中；2) 从存储器读取卫星历书数据，根据历书数据计算卫星粗略轨道位置；3) 计算接收机速度、加速度和加加速度参数计算接收机在三种导航模式坐 标系统中的位置坐标；4) 由卫星位置坐标和卫星粗略轨道位置判断卫星仰角，选取仰角大于规定 值的卫星进行模拟；5) 根据用户设定的起始世界协调时时间，由广播星历数据计算每颗可见卫 星精密轨道位置，得到N个插值节点时刻卫星精确位置；6) 利用内文利插值方法流水计算当前时刻每颗可见卫星位置，如果精度不 够，使用广播星历计算一个新插值点，直到卫星轨道位置精度达到要求；7) 根据接收机位置和卫星轨道位置，迭代计算每颗可见卫星信号空间传播 延时；8) 根据广播星历计算当前时刻电离层传播误差，使用霍普菲尔德模型计算 对流层传播误差；9) 由用户设定的接收机环境，根据卫星信号三阶模型计算卫星多径误差；10) 根据广播星历，计算星钟误差；11) 由卫星信号空间传播延时、电离层传播误差、对流层传播误差、卫星 多径误差和星钟误差，推算卫星信号发射时刻的状态参数，包括每颗可见卫星 的码数控振荡器相位值、码相位、20ms历元计数器、电文比特位置、载波频率、 信噪比、信号功率电平。所述的将卫星信号状态参数载入到卫星信号产生器中，产生实时卫星信号 送入导航接收机，得到伪距和定位信息包括以下步骤-1) 将载入的卫星状态参数解析到相应的寄存器，根据三模式可见卫星序列 号，选择各自的码产生器，在码数控振荡器产生的码钟推动下产生伪随机码；2) 伪随机序列与卫星电文比特调制后，送入上变频器，产生I、 Q两路矢 量中频信号；3) 调整矢量中频卫星信号的功率，与固定功率的带限高斯白噪声相加，送 入射频模块中进行矢量调制，经衰减器调节合成信号发射功率后输出。所述的接收机性能分析模块包含以下步骤-1) 将卫星参数计算模块产生的接收机位置、卫星信号与接收机的伪距等信 息存入寄存器中。2) 读取接收机的解算和接收机计算伪距值，并与模拟器本地保存的数据比 较，分析接收机的捕获、跟踪和定位性能。高动态多模式卫星导航信号源模拟方法及其装置中的用户接口模块107与 控制模块IOI、卫星参数计算模块102、卫星信号产生模块103、输出装置104、 高动态多模式接收机105、接收机性能分析模块106相接，控制模块101与卫星信号产生模块103、接收机性能分析模块106相接，接收机性能分析模块106与 卫星参数计算模块102相接。所述的卫星参数计算模块102的内部模块连接关系为高动态接收机位置 计算模块201与可见卫星计算模块202、卫星轨道计算模块203、卫星传播延时 计算模块204相接，卫星信号状态计算模块205与卫星传播延时计算模块204、 卫星传播误差计算模块206相接。所述的卫星信号产生模块103的内部模块连接关系为码数控振荡器302 与码产生器301、电文调制模块304上变频器305、信噪比控制模块307、功率 控制模块309相接，电文产生模块与3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高动态多模式卫星导航信号源模拟方法及其装置，其特征在于包括以下步骤：　　　　１）控制模块读取用户对模拟器工作参数，工作参数包括：接收机类型参数、接收机最大速度、加速度、加加速度参数、接收机工作环境参数、系统起始时刻时间世界协调时时间参数；　　　　２）卫星参数计算模块根据工作参数，计算接收机当前时刻收到的全球卫星定位系统、全球导航卫星系统和北斗二代卫星导航系统三种模式导航系统中可见卫星的状态参数；　　　　３）将卫星信号状态参数载入到卫星信号产生器中，产生实时卫星信号送入导航接收机，得到伪距和定位信息；　　　　４）将伪距和定位信息送入接收机性能分析模块，与可见卫星状态参数值比较，判断接收机的捕获、跟踪和定位性能，并将结果输出给用户。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张浩，赵民建，王悦，王勇松，侯维玮，赵辉，李旻，周侨，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]