一种基于实时卫星信号模拟器同步增减可见卫星装置及构建法，它包括上位机通信模块、信息处理模块、信号处理模块和总线信息交互模块；其构建法：一、系统注入初始模拟信息；二、判断卫星是否可见，建立可见卫星列表；三、发送通道状态信息，完成各模拟通道的初始化；四、实时进行可见星判断；五、计算可见卫星数据信息；六、将步骤四、五中计算的信息发送至信号处理模块；七、模拟通道进行复位和读数锁存；八、实时读取通道状态信息，同步更新各通道的状态并置入初始模拟信息；九、将通道实时模拟数据进行锁存并回传至信息处理模块；十、利用通道开关控制状态机实现通道状态同步改变，在每个同步脉冲来临时重复执行步骤五至十，实现模拟器实时工作。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种卫星信号模拟器，尤其涉及一种基于实时卫星信号模拟器同步增 减可见卫星装置及其构建方法。它属于卫星定位导航
技术介绍
在卫星导航定位系统中，导航接收机安装在载体上，其接收的信号含有载体动态 引起的多普勒频移，同时信号经过空间传播，不可避免地受到各种误差源的影响，信号在接 收时刻的状态已不同于发射时刻状态，这种差别与载体位置、动态特性、测量时间、应用环 境等有关。信号模拟器作为卫星导航系统和各种接收设备研制的关键环节和测试工具，能 够在卫星不在轨的条件下为导航系统中的地面系统研制、建设和测试提供一个可靠、稳定、 准确和易用的仿真和测试环境。卫星信号模拟器能够灵活模拟各类测试环境，检验载体武 器和地面系统的功能和性能指标是否满足研制要求、信息流程及处理算法是否合理、各模 块之间接口关系是否正确，从而为系统验收及实弹实验提供依据，同时对整个系统的能力 进行评估。在卫星信号实时模拟过程中，实时可见星判断和增减可见星操作是一项关键技 术难点。载体高动态环境下的可见星判断通过计算卫星与接收机之间的仰角和方位角实 现。通过星历中轨道参数和卫星初始参数计算得到卫星的位置，再根据接收机的运动轨迹 计算出二者的相对位置，利用卫星与接收机之间的仰角计算进行可见星判断。信号模拟器的可见星计算原理是以载体接收机天线位置为原点，建立相对坐标 系，计算卫星在该坐标系中的位置，从而计算出卫星相对于接收机天线的仰角，进而判断卫 星是否可见。这部分的步骤如下1.以导航接收机天线位置为原点，XoY平面与地球相切，Y轴指向正北，X轴在XoY 平面内与Y轴垂直指向东，Z轴与XoY平面垂直指向地球球体外侧。计算出卫星在该坐标 系中的位置(X，Y，Z)。2.计算出卫星相对于接收机天线的仰角EL。zel = arctan(—p ) 180 / tt^x2+y23.由仰角判断该颗卫星是否可见。设立可见星仰角门限ELMIN，如果EL彡ELMIN，则该颗卫星可见，否则该颗卫星不可 见。由于当卫星仰角十分接近0°时，由电离层引起的测距误差会急剧增大，所以一般设置 ELmin在5 °左右。当模拟器进行真实卫星信号的长时间模拟时，需要根据载体运动状态实时计算卫 星与接收机的相对位置，并进行可见星判断。在仿真过程中必然会出现卫星增加或减少的 现象，在此情况下，只有保证新出现卫星或即将消失卫星信号模拟通道与其他正常信号模 拟通道时序完全同步且位置计算精确，才能使得整个模拟器系统工作正常，否则将出现信 号模拟误差和信号阶跃现象，会极大地影响模拟器的模拟精度和工作连续性。8基于以上特点，本专利专利技术 了一种具有实时信号模拟功能的同步增减可见卫星的 方法，实现高动态环境下卫星信号的长时间正确模拟。
技术实现思路
1、目的本专利技术的目的在于提供一种基于实时卫星信号模拟器同步增减可见卫星 装置及其构建方法，以解决现有技术中的不足。2、技术方案本专利技术一种基于实时卫星信号模拟器同步增减可见卫星装置及其构 建方法，它主要可以分为实时可见星判断，模拟信息交互及通道同步开关状态控制三个部 分。其中，实时可见星判断部分主要实现模拟器工作时间内的可见卫星计算通过初始星历 参数计算卫星位置，根据在轨卫星和载体接收机的运动状态实时计算卫星和接收机的相对 位置，计算卫星仰角和方位角进行可见星判断，计算每个模拟通道中载波NCO (数字控制振 荡器)和码NCO的频率和相位控制字，实现模拟器运行过程中的实时加减星逻辑。模拟信 息交互部分主要实现仿真数据在数字信号处理器即DSP和现场可编程门阵列即FPGA模块 之间的交互通过总线接口驱动逻辑将载波NCO和码NCO的频率控制字和相位控制字同步 传递到FPGA的NCO计算模块中，并在系统仿真过程中，通过中断信号对FPGA计算模块进行 动态NCO控制字的实时更新；通道同步开关状态控制部分主要实现信号模拟器各通道之间 的信号同步和通道开关操作通过FPGA内部的同步脉冲信号，将DSP模块发送的计算控制 字和初始信息进行同步处理，确保各个信号调制通道的时序一致，针对模拟过程中不可避 免的出现某颗卫星中途出现或消失(即仰角低于可见星判断门限)的现象，在DSP和FPGA 模块之间建立各个模拟通道的同步开关逻辑，通过同步状态机的处理实现任意模拟通道的 开启、关闭和信息注入，并确保该通道与其他通道的时序同步。本专利技术采用以DSP+FPGA模块为核心的软件无线电体系架构，通过实时可见星计 算配合同步控制逻辑，使卫星信号模拟器能够在独立运行过程中实时改变模拟通道状态， 实现任意通道同步加星和去星操作，达到了卫星信号模拟器长时间独立工作的效果，具有 信号模拟精度高，长时间模拟无阶跃误差、算法复杂度低等优势，对于针对高动态环境下长 时间卫星信号模拟测试具有很高的创新型和实用意义。本专利技术一种基于实时卫星信号模拟器同步增减可见卫星装置，主要包括上位机通 信模块、信息处理模块、信号处理模块和总线信息交互模块，其结构图如图1所示。它们之间的连接逻辑关系是上位机通信模块通过RS232串行接口与信息处理模 块连接，信息处理模块通过数字信号处理器即DSP和现场可编程门阵列即FPGA芯片之间的 总线接口逻辑与总线信息交互模块连接，信号处理模块通过DSP和FPGA芯片之间的总线接 口逻辑与总线信息交互模块连接。所述上位机通信模块是在PC机上构建的系统显控界面软件，它的功能是进行模 拟器系统初始化操作，设置模拟初始参数和控制信息(包括模拟用户轨迹设定、星历文件 选取、初始用户位置和时刻设置等)，并通过串口逻辑将上述信息下发到信息处理模块，同 时在工作过程中从信息处理模块中接收模拟信息(包括可见卫星信息，各通道模拟状态信 息等)，在显控界面中进行显示。该上位机通信模块采用现有技术实现。所述信息处理模块在DSP芯片中实现，它的功能是接收上位机通信模块发送的参 数和指令进行系统初始化和数据信息处理。信息处理模块主要由卫星位置与载体接收机位置实时计算子模块、同步增减可见卫星实时判断子模块和通道模拟信息计算子模块构成。所述卫星位置与载体接收机位置实时计算子模块，其功能是根据卫星星历参数和 载体运动轨迹参数实时计算所模拟卫星的位置和载体接收机的位置。该子模块的结构由星 历解析结构体、卫星位置计算函数和接收机轨迹计算函数构成，其算法原理采用现有技术 实现。所述同步增减可见卫星实时判断子模块的结构由卫星仰角计算函数、可见卫星列 表更新函数和通道状态设置函数构成。卫星仰角计算函数根据卫星位置与载体接收机位置 实时计算子模块输出的卫星位置和接收机位置数据计算每颗卫星相对于载体接收机的仰 角信息，实时进行可见星座判断，将判决结果传递至可见星列表更新函数；可见星列表更新 函数读取此卫星在该计算周期和上一计算周期内的可见性判决结果后可得到该颗卫星属 于何种状态(卫星状态包括由不可见到可见、持续可见、由可见到不可见及持续不可见)， 以此状态更新可见卫星列表，并将此状态传递至通道状态设置函数；通道状态设置函数根 据卫星状态进行模拟通道的状态设置(模拟通道状态包括开启、持续模拟、关闭和持续关 闭)。所述通道模拟信息计算子模块的功能是根据同步增减可见卫星实时判断子模块 建立的卫星列表信息，计算所有可见本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于实时卫星信号模拟器同步增减可见卫星装置，其特征在于：它包括上位机通信模块、信息处理模块、信号处理模块和总线信息交互模块；上位机通信模块通过ＲＳ２３２串行接口与信息处理模块连接，信息处理模块通过数字信号处理器即ＤＳＰ和现场可编程门阵列即ＦＰＧＡ芯片之间的总线接口逻辑与总线信息交互模块连接，信号处理模块通过ＤＳＰ和ＦＰＧＡ芯片之间的总线接口逻辑与总线信息交互模块连接；所述上位机通信模块是在ＰＣ机上构建的系统显控界面软件，它的功能是进行模拟器系统初始化操作，设置模拟初始参数持该状态；运行状态：通道持续运行，相关数据寄存器实时更新，保持该状态；启动状态：有新的可见卫星出现，该通道即将模拟该颗卫星信号，转移至运行状态；关闭状态：该通道目前模拟的卫星即将消失，通道即将关闭，转移至停止状态；该通道状态同步控制子模块的功能是响应信息处理模块发送的通道控制信息进行模拟通道同步开关控制逻辑，实现可见卫星情况改变时模拟通道的准确变化，同时通过总线信息交互模块对通道模拟信息进行提取和缓存，完成于信息处理模块之间的数据交互；所述信号调制通道的功能是通过码ＮＣＯ和载波ＮＣＯ设计实现动态伪码和载波的生成，完成导航电文数据的扩频调制，生成模拟器发射信号；该子模块的结构由伪码发生器模块、码ＮＣＯ模块、载波ＮＣＯ模块和调制模块构成，其算法原理采用现有技术实现；所述总线信息交互模块由总线信息交互模块由ＤＳＰ读数逻辑、ＤＳＰ写数逻辑和中断函数构成；通过ＤＳＰ读数逻辑实现数据信息由信号处理模块到信息处理模块的传递和缓存，通过ＤＳＰ写数逻辑实现数据信息由信息处理模块到信号处理模块的传递和缓存，通过中断函数产生系统中断信号和同步脉冲，确保可见卫星情况和模拟信息的实时更新。和控制信息，包括模拟用户轨迹设定、星历文件选取、初始用户位置和时刻设置，并通过串口逻辑将上述信息下发到信息处理模块，同时在工作过程中从信息处理模块中接收模拟信息，包括可见卫星信息，各通道模拟状态信息，在显控界面中进行显示；所述信息处理模块在ＤＳＰ芯片中实现，它的功能是接收上位机通信模块发送的参数和指令进行系统初始化和数据信息处理；信息处理模块由卫星位置与载体接收机位置实时计算子模块、同步增减可见卫星实时判断子模块和通道模拟信息计算子模块构成；所述卫星位置与载体接收机位置实时计算子模块，其功能是根据卫星星历参数和载体运动轨迹参数实时计算所模拟卫星的位置和载体接收机的位置；该子模块的结...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：齐巍，常青，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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