一種衛星導航信號模擬器的製作方法

2023-10-11 02:48:44 1

本實用新型屬於衛星導航領域，尤其涉及一種衛星導航信號模擬器。

背景技術：

目前的GNSS(Global Navigation Satellite System，全球衛星導航系統)主要包括：美國的GPS(Global Positioning System，全球定位系統)、俄羅斯的GLONASS(格洛納斯衛星導航系統)、中國的BD(北鬥衛星導航系統)和歐洲的Galileo(伽利略衛星定位系統)，為了滿足更高的導航定位精度要求及性能要求，將多個導航系統組合起來使用，這樣將增加導航定位的觀測量，提高導航定位服務的質量，並可以提高組合導航系統的定位性能，擴展衛星導航的應用領域。將BD、GPS、Galileo和GLONASS組合起來的導航系統在很大程度上能夠克服單一導航系統的局限性，使用戶能夠獲得更精確、更可靠的標準定位服務，能承擔許多單一導航系統所不能完成的任務，但多導航系統的衛星導航信號模擬器的融合會佔用大量的硬體資源。

衛星導航信號模擬器可以精確生成和復現不同條件下衛星導航接收機射頻前端接收到的多路衛星信號，為衛星導航接收機的設計、研製和測試提供一個可靠、穩定、準確和易用的測試環境，從而使衛星導航接收機的研發效率得以保證。在軍事領域，衛星導航接收機往往被安裝在飛機、飛彈和火箭等具有很大速度、加速度和加加速度的載體上，因此衛星導航接收機的測試不可能在實際情況下進行，這種複雜的高動態環境只能藉助於具有高動態特性的衛星導航信號模擬器來實現，藉助衛星導航信號模擬器可以更加方便、靈活的完成衛星導航接收機測試，並且可以減少衛星導航接收機研發測試費用。隨著我國BD2(第二代北鬥衛星導航系統)的全面組網，具有多系統兼容性的高動態衛星導航接收機將迎來新的發展機遇。

然而，現有技術的衛星導航信號模擬器的設計是所有物理通道同時開啟，且互不幹擾的生成方式，即信號並行產生，這種方式可以運用於單模衛星導航信號模擬器的設計，但在多導航系統多頻點的衛星導航信號模擬器的設計過程中，如BD2、GPS、Galileo及GLONASS組合的多導航系統，每個導航系統各有12個物理通道，即共有48個物理通道，過多的物理通道過於冗餘，衛星導航信號模擬器結構臃腫，大量佔用晶片的面積，消耗晶片的大量硬體資源，在一般的晶片難以實現或不能實現多導航系統多頻點的衛星導航信號模擬器，且不利於衛星導航信號模擬器的升級，直接提高了設計成本和難度。

技術實現要素：

本實用新型的目的在於提供一種衛星導航信號模擬器，旨在解決現有技術的衛星導航信號模擬器結構臃腫，大量佔用晶片的面積，消耗晶片的大量硬體資源，且不利於衛星導航信號模擬器的升級，提高了設計成本和難度的問題。

本實用新型提供了一種衛星導航信號模擬器，包括依次連接的處理器、物理通道時分復用模塊、數模轉換模塊、射頻上變頻模塊和信號發射模塊；其中，

處理器，用於接收用戶設置的一個或多個導航系統的參數，根據每個導航系統的參數計算每個導航系統的原始信息，並根據每個導航系統的原始信息分別得到每個導航系統的可見星的初始信息，將所有導航系統的可見星的初始信息發送給物理通道時分復用模塊；

物理通道時分復用模塊，用於根據處理器發送的所有導航系統的可見星的初始信息，採用時分復用的方式將每個導航系統的實際物理通道分時復用等效成多個物理通道，生成與每個導航系統對應的多個並行數字中頻信號；

數模轉換模塊，用於將物理通道時分復用模塊輸出的並行的數字中頻信號轉換為模擬中頻信號，並將模擬中頻信號放大後發送至射頻上變頻模塊；

射頻上變頻模塊，用於將數模轉換模塊發送的模擬中頻信號轉換為符合衛星信號所要求的頻率的射頻信號；

信號發射模塊，用於發射經射頻上變頻模塊處理後的射頻信號。

進一步地，所述物理通道時分復用模塊具體包括依次連接的多個存儲模塊、時隙切換與控制模塊、與每個實際物理通道對應的中頻信號生成模塊、存儲器陣列和串並同步轉換器，時隙切換與控制模塊分別與每個中頻信號生成模塊的輸入端連接，每個中頻信號生成模塊的輸出端分別與存儲器陣列連接；

每個存儲模塊分別存儲處理器發送的一個導航系統的可見星的初始信息；

時隙切換與控制模塊分別將每個導航系統的所有可見星的初始信息分成N個部分，N是大於或等於2的自然數，採用N個時隙作為一個時分復用周期，針對每個導航系統，在每個時隙分別從相應存儲模塊提取一個部分的可見星的初始信息發送給相應的中頻信號生成模塊，由中頻信號生成模塊生成相應時隙的數字中頻信號，並存儲至存儲器陣列中，當每個時隙結束後，將該時隙斷點數據保存至相應存儲模塊，等下一周期到來後通過時隙切換與控制模塊將從相應存儲模塊中提取的可見星的初始信息中的對應信息替換成該斷點數據發送給相應的中頻信號生成模塊，當第N個時隙結束後，由串並同步轉換器將存儲器陣列的相應導航系統的串行數字中頻信號轉換成並行的數字中頻信號發送至數模轉換模塊。

在本實用新型中，由於衛星導航信號模擬器包括物理通道時分復用模塊，物理通道時分復用模塊採用時分復用的方式將每個導航系統的實際物理通道分時復用等效成多個物理通道，生成與每個導航系統對應的多個並行數字中頻信號。因此可以充分利用硬體資源、降低開發成本、可移植性強、系統易於升級，方便在同一套硬體平臺上實現多導航系統模擬器的設計，對於衛星導航信號接收機開發、驗證、測試具有廣泛的應用前景。另外，通過產生連續的多個導航系統的衛星信號，可以實現多導航系統導航接收機組合定位，並且定位結果可以與模擬器中設定的軌跡進行比對，可用於高端接收機性能測試、研發以及導航信號體制的研究。

附圖說明

圖1是本實用新型實施例提供的衛星導航信號模擬器的結構示意圖。

圖2是本實用新型實施例提供的衛星導航信號模擬器中的物理通道時分復用模塊的結構示意圖。

具體實施方式

為了使本實用新型的目的、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，並不用於限定本實用新型。

為了說明本實用新型所述的技術方案，下面通過具體實施例來進行說明。

請參閱圖1，本實用新型實施例提供的衛星導航信號模擬器包括依次連接的處理器11、物理通道時分復用模塊12、數模轉換模塊13、射頻上變頻模塊14和信號發射模塊15；其中，

處理器11，用於接收用戶設置的一個或多個導航系統的參數，根據每個導航系統的參數計算每個導航系統的原始信息，並根據每個導航系統的原始信息分別得到每個導航系統的可見星的初始信息，將所有導航系統的可見星的初始信息發送給物理通道時分復用模塊12。

在本實用新型實施例中，所述一個或多個導航系統可以是BD、GPS、GLONASS、Galileo中的一個或任意組合；參數可以包括星曆、用戶運動場景、用戶軌跡信息等；用戶設置的一個或多個導航系統的參數可以是通過上位機設置的，也可以是直接在衛星導航信號模擬器中設置的。每個導航系統的參數可以包括星曆、用戶運動場景、用戶軌跡信息及相應的系統仿真起始時間等。每個導航系統的可見星的初始信息可以包括每個導航系統的相應可見衛星號、可見衛星相應的初始整數碼相位、初始小數碼相位、初始載波相位、碼頻率控制字、載波頻率控制字以及導航電文等。處理器11具體可以是DSP信號處理模塊。

物理通道時分復用模塊12，用於根據處理器11發送的所有導航系統的可見星的初始信息，採用時分復用的方式將每個導航系統的實際物理通道分時復用等效成多個物理通道，生成與每個導航系統對應的多個並行數字中頻信號。

請參閱圖2，在本實用新型實施例中，物理通道時分復用模塊12具體可以包括依次連接的多個存儲模塊121(圖2中以2個為例)、時隙切換與控制模塊122、與每個實際物理通道對應的中頻信號生成模塊123(圖2中以6個為例)、存儲器陣列124和串並同步轉換器125，時隙切換與控制模塊122分別與每個中頻信號生成模塊123的輸入端連接，每個中頻信號生成模塊123的輸出端分別與存儲器陣列124連接。其中，所述每個存儲模塊可以是獨立的存儲器，或者，所述多個存儲模塊是位於同一個存儲器中的存儲模塊。

每個存儲模塊121分別存儲處理器11發送的一個導航系統的可見星的初始信息；

時隙切換與控制模塊122，用於分別將每個導航系統的所有可見星的初始信息分成N個部分，N是大於或等於2的自然數，採用N個時隙作為一個時分復用周期，(N越大，復用度越高，佔用資源越少)，針對每個導航系統，在每個時隙分別從相應存儲模塊121提取一個部分的可見星的初始信息發送給相應的中頻信號生成模塊123，由中頻信號生成模塊123生成相應時隙的數字中頻信號，並存儲至存儲器陣列124中，當每個時隙結束後，將該時隙斷點數據保存至相應存儲模塊121，等下一周期到來後通過時隙切換與控制模塊122將從相應存儲模塊121中提取的可見星的初始信息中的對應信息替換成該斷點數據發送給相應的中頻信號生成模塊123，當第N個時隙結束後，由串並同步轉換器125將存儲器陣列124的相應導航系統的串行數字中頻信號轉換成並行的數字中頻信號發送至數模轉換模塊13。

其中，斷點數據具體可以包括整數碼相位、導航系統的載波頻率數控振蕩器累加值，測距碼頻率數控振蕩器累加值，以及導航電文比特數。可見星的初始信息中的初始整數碼相位替換成斷點數據中的整數碼相位，可見星的初始信息中的初始載波相位替換成載波頻率數控振蕩器累加值，可見星的初始信息中的初始小數碼相位替換成測距碼頻率數控振蕩器累加值。物理通道時分復用模塊12具體可以是FPGA信號處理模塊。

數模轉換模塊13，用於將物理通道時分復用模塊12輸出的並行的數字中頻信號轉換為模擬中頻信號，並將模擬中頻信號放大後發送至射頻上變頻模塊。

射頻上變頻模塊14，用於將數模轉換模塊發送的模擬中頻信號轉換為符合衛星信號所要求的頻率的射頻信號。

信號發射模塊15，用於發射經射頻上變頻模塊處理後的射頻信號。

本實用新型實施例提供的衛星導航信號模擬器的模擬方法包括以下步驟：

步驟一、處理器接收用戶設置的一個或多個導航系統的參數，根據每個導航系統的參數計算每個導航系統的原始信息，並根據每個導航系統的原始信息分別得到每個導航系統的可見星的初始信息，將所有導航系統的可見星的初始信息發送給物理通道時分復用模塊；

步驟二、物理通道時分復用模塊根據處理器發送的所有導航系統的可見星的初始信息，採用時分復用的方式將每個導航系統的實際物理通道分時復用等效成多個物理通道，生成與每個導航系統對應的多個並行數字中頻信號；

在本實用新型實施例中，步驟二具體包括以下步驟：

每個存儲模塊分別存儲處理器發送的一個導航系統的可見星的初始信息；

時隙切換與控制模塊分別將每個導航系統的所有可見星的初始信息分成N個部分，N是大於或等於2的自然數，採用N個時隙作為一個時分復用周期，(N越大，復用度越高，佔用資源越少)，針對每個導航系統，在每個時隙分別從相應存儲模塊提取一個部分的可見星的初始信息發送給相應的中頻信號生成模塊，由中頻信號生成模塊生成相應時隙的數字中頻信號，並存儲至存儲器陣列中，當每個時隙結束後，將該時隙斷點數據保存至相應存儲模塊，等下一周期到來後通過時隙切換與控制模塊將從相應存儲模塊中提取的可見星的初始信息中的對應信息替換成該斷點數據發送給相應的中頻信號生成模塊，當第N個時隙結束後，由串並同步轉換器將存儲器陣列的相應導航系統的串行數字中頻信號轉換成並行的數字中頻信號發送至數模轉換模塊。

步驟三、數模轉換模塊將物理通道時分復用模塊輸出的並行的數字中頻信號轉換為模擬中頻信號，並將模擬中頻信號放大後發送至射頻上變頻模塊；

步驟四、射頻上變頻模塊將數模轉換模塊發送的模擬中頻信號轉換為符合衛星信號所要求的頻率的射頻信號；

步驟五、信號發射模塊發射經射頻上變頻模塊處理後的射頻信號。

在本實用新型實施例中，假設衛星導航信號模擬器中的處理器接收了4個導航系統的參數，例如BD、GPS、GLONASS和Galileo，每個導航系統有12顆可見星，將每個導航系統的所有可見星的初始信息分成4個部分，採用4個時隙作為一個時分復用周期，則針對每個導航系統，每三顆可見星的初始信息作為一個部分，在每個時隙分別從相應存儲模塊提取一個部分的可見星的初始信息發送給相應的中頻信號生成模塊，即，每個導航系統共採用3個中頻信號生成模塊，由中頻信號生成模塊生成相應時隙的數字中頻信號，並存儲至存儲器陣列中，當第4個時隙結束後，由串並同步轉換器將存儲器陣列的相應導航系統的3個串行數字中頻信號轉換成12個並行的數字中頻信號，最終通過信號發射模塊發射。即本實用新型實施例的衛星導航信號模擬器採用12個中頻信號生成模塊來生成48個信號。然而，如果採用現有技術的衛星導航信號模擬器，每個導航系統需採用12個中頻信號生成模塊，則共需要48個中頻信號生成模塊。通過比較可知，採用本實用新型實施例的衛星導航信號模擬器，可以充分利用硬體資源、降低開發成本、可移植性強、系統易於升級，方便在同一套硬體平臺上實現多導航系統模擬器的設計，對於衛星導航信號接收機開發、驗證、測試具有廣泛的應用前景。另外，通過產生連續的BD2/GPS/GLONASS/Galileo四個導航系統的衛星信號，可以實現BD2/GPS/GLONASS/Galileo四導航系統導航接收機組合定位，並且定位結果可以與模擬器中設定的軌跡進行比對，可用於高端接收機性能測試、研發以及導航信號體制的研究。

以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，並不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。