模擬導航衛星反射信號的發生裝置的製作方法

2023-06-15 08:56:46 1

專利名稱：模擬導航衛星反射信號的發生裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種模擬信號的發生裝置，更特別地說，是指一種用於模擬導航衛星 信號經由反射面或反射體後的變化情況的反射信號發生裝置。
背景技術：
利用全球導航衛星系統(GNSS)的反射信號進行反演海洋風場，在美國、 歐洲和中國已經做了大量的試驗，並得到了初步的應用。隨著歐洲伽利略導航衛 星系統(GALILEO)、中國北鬥系統的建設以及俄羅斯全球軌道導航衛星系統
(GLONASS)的現代化進程，越來越多的應用需要利用導航衛星的反射信號， 以構成雙基無源雷達系統，反演反射面或反射體的物理參數，如海面風場(含風 速、風向)、地面溼度、鹽鹼度、空間飛行器反射率等。但是，對於可接收導航 衛星反射信號的接收機開發，缺乏一種必要的調試、測試、驗證手段，以至於開 發出來的接收機只能到現場測試，從而提高了系統開發的成本。現有的GPS信 號發生器對於反射信號的產生能力欠缺，僅可以產生少數的多徑幹擾信號，與反 射面以及反射體所反射的信號有很大的不同之處。 發明 內 容
基於上述的缺陷，本發明提供一種模擬導航衛星反射信號的發生裝置，該裝置包 括有一公知計算機、導航信息模塊、中頻信號產生模塊和射頻模塊，是一種用於模擬 導航衛星信號經由反射面或反射體後的變化情況，並根據接收機運行軌跡的變化產生 反射信號的傳播時延和都卜勒頻移。本發明模擬導航衛星反射信號的發生系統可用於 測試延遲映射接收機(機載或星載)，為海洋遙感器的開發、全球導航衛星系統反射 信號的利用提供一種新型的測試手段。
本發明是一種模擬導航衛星反射信號的發生裝置，包括有一公知計算機、天線、 導航信息模塊(3)、中頻信號產生模塊和射頻模塊(2)，導航信息模塊(3)、中頻 信號產生模塊存儲在所述計算機的存儲器中；中頻信號產生模塊包括有擴頻調製器
(1)、碼數字控制振蕩器(4)、載波數字控制振蕩器(5)、碼延遲產生器(6)和多 普勒頻移產生器(7);
所述導航信息模塊(3) —方面用於生成包含有導航衛星軌道數據和導航衛星時 鍾數據的衛星星曆(31);另一方面用於生成接收機在動態環境下的軌跡參數(32); 該軌跡參數(32)包括有導航衛星接收機的位置，導航衛星接收機運行時的速度以 及加速度；
碼延遲產生器(6)用於將接收的衛星星曆(31)計算出偽隨機碼的延遲時間(61) 輸出碼數字控制振蕩器(4);
都卜勒頻移器(7)用於將接收的軌跡參數(32)計算出接收機接收到的信號載 波的都卜勒頻移值(71)輸出給載波數字控制振蕩器(5);
載波數字控制振蕩器(5)根據接收的信號載波的都卜勒頻移值(71)生成中頻 載波(51)輸出給擴頻調製器(1);
碼數字控制振蕩器(4)根據接收的延遲時間(61)生成偽隨機碼(41)輸出給 擴頻調製器(1);
擴頻調製器(1)根據接收的偽隨機碼(41)和中頻載波(51)進行調製，為導 航信息模塊(3)中採集的衛星生成一個具有載波頻率的中頻信號(11),該載波頻 率中頻信號(11)作為射頻模塊(2)的信息輸入；
射頻模塊(2)用於將接收的載波頻率中頻信號(11)上變頻為射頻信號(21) 後輸出至天線，並由天線以電磁波的形式發送出去。
本發明模擬導航衛星反射信號發生裝置通過引入衛星星曆、接收機運行時的動態 環境軌跡參數進行調製獲得中頻信號；對中頻信號進行變頻處理得到射頻信號輸出。 本發明反射信號發生裝置解決了現有接收機只能到現場進行調試、測試、驗證的缺陷。


圖1是本發明導航衛星反射信號產生裝置的結構框圖。
圖2A是本發明射頻模塊中本振模塊電路的電路原理圖。
圖2B是本發明射頻模塊中模擬上變頻電路的電路原理圖。
具體實施例方式
下面將結合附圖對本發明做進一步的詳細說明。參見圖1所示，本發明是一種用於模擬導航衛星反射信號的發生裝置，該反射
信號發生裝置包括有一臺公知計算機、導航信息模塊3、中頻信號產生模塊和射頻模 塊2，導航信息模塊3、中頻信號產生模塊存儲在公知計算機的存儲器(硬碟)中。 導航信息模塊3、中頻信號產生模塊採用Visual 。++6.0語言編寫。在本發明中， 公知計算機的最低配置為CPU 2DHz，內存2GB,硬碟120GB;作業系統為 windows 2000/2003/XP。
所述導航信息模塊3 —方面用於生成包含有導航衛星軌道數據和導航衛星時鐘 數據的衛星星曆31;另一方面用於生成接收機在動態環境下的軌跡參數32;該軌跡 參數32包括有導航衛星接收機的位置，導航衛星接收機運行時的速度以及加速度。 在本發明中，衛星星曆31是利用北京航空航天大學研製並投入實際工作中的DDMR 一1型接收機連續工作24小時，完整的搜集星座內各顆導航衛星的導航電文，並對 電文進行解調(先進行正交調製，然後進行合路處理)得到各導航衛星的一組星曆參 數(一種存儲在計算機內的文件格式)，以此星曆參數為基礎推算出任意時刻導航衛 星的軌道數據和星鍾數據。
中頻信號產生模塊包括有擴頻調製器1、碼數字控制振蕩器4、載波數字控制振 蕩器5、碼延遲產生器6和都卜勒頻移產生器7;
碼延遲產生器6用於將接收的衛星星曆31計算出偽隨機碼的延遲時間61輸出 碼數字控制振蕩器4;
都卜勒頻移器7用於將接收的軌跡參數32計算出接收機接收到的信號載波的多 普勒頻移值71輸出給載波數字控制振蕩器5;
載波數字控制振蕩器5根據接收的信號載波的都卜勒頻移值71生成中頻載波 51輸出給擴頻調製器1;
碼數字控制振蕩器4根據接收的延遲時間61生成偽隨機碼41輸出給擴頻調製
器l;
擴頻調製器1根據接收的偽隨機碼41和中頻載波51進行調製，為導航信息模 塊3中採集的衛星生成一個具有載波頻率的中頻信號11,該載波頻率中頻信號11 作為射頻模塊2的信息輸入。所述波頻率中頻信號11可以在模擬域，也可以在數字 域完成。
射頻模塊2用於將接收的載波頻率中頻信號11上變頻至射頻信號21後輸出至 天線，並由天線以電磁波的形式發送出去。
在本發明中，參見圖2A、圖2B所示，射頻模塊2由本振電路和模擬上變頻電 路組成。
其中本振電路中的各端子聯接為鑑相器U1 (ADF4153晶片)的l端通過電 阻R47接地；2端與壓控振蕩器U2 (V602ME26晶片)的1端聯接，且2端串聯 電容C50後接地，2端串聯電阻R45和電容C46後接地，2端串聯電阻R44和電 容C44後接地；3端接地；4端接地；5端串聯電容C47後接地；6端與壓控振蕩 器U2的2端之間順次聯接有電容C45、電阻R43、電阻R42,且6端順次通過電 容C45、電阻R43、電阻R41後與第一變壓器T1的1端；7端通過電感L12耦合 到15端，且7端接供電電平+3V， +3￥供電電平與地之間並聯有濾波電容048、 電容C49; 8端經電阻R46與晶振M3 (10M_SMA時鐘晶片)聯接；9端接地； 10端並聯電容C52、電容C54後接地；14端通過串聯電阻R48、電容C55後接 地，且14端通過串聯R48、電阻R49後接供電電平+3V， 14端通過串聯R48、發 光二極體D1、電阻R58後接地；15端通過並聯電容C51和電容C53後接地；16 端接供電電平+5V， +5￥供電電平與地之間並聯有濾波電容(31、電容C2。
壓控振蕩器U2 (V602ME26晶片)的3端接供電電平+5V， +5￥供電電平與 地之間並聯有濾波電容C42、電容C43。
其中模擬上變頻電路中的各端子聯接為模擬上變頻晶片U1 (AD8346晶片) 的1端經電容C9聯接在第二變壓器T2的3端，且1端通過串聯電阻Rl、電阻R2 後接供電電平+5V， 1端通過串聯電阻R4後接地；2端經電容C6聯接在第二變壓 器T2的5端，且2端通過串聯電阻R3、電阻R1後接供電電平+5V, 2端通過串 聯電阻R5後接地；3端、4端、9端、10端、13端、14端分別接地；5端經電容 C3後聯接在第一變壓器Tl的3端；6端經電容C4後聯接在第一變壓器Tl的5 端；8端與7端相聯，且7端聯接到供電電平+5V上，+5￥供電電平與地之間並聯 有電容C7、電容C10; 11端經電容C13後與濾波器U4 (SF1186B晶片)的2 端聯接；12端接供電電平+5V, +5￥供電點平與地之間並聯有電容(:16、電容C17; 15端經電容C15聯接在第三變壓器T3的3端，且15端通過串聯電阻R6、電阻
Rl後接供電電平+5V， 15端通過串聯電阻R8後接地；16端經電容C12聯接在第 三變壓器T3的5端，且16端通過串聯電阻R7、電阻Rl後接供電電平+5V， 16 端通過串聯電阻R9後接地；
濾波器U4 (SF1186B晶片)的5端與天線聯接，天線將濾波器U4後的射頻 信號21以電磁波的形式發送出去；l端、3端、4端和6端分別接地。
第一變壓器T1的1端與鑑相器U1 (ADF4153晶片)的2端聯接，2端經電 容C18接地，3端經電容C3與模擬上變頻晶片U1 (AD8346晶片)的5端聯接， 4端接地，5端經電容C4與模擬上變頻晶片U1 (AD8346晶片)的6端聯接。模 擬上變頻晶片Ul的5端、6端與第一變壓器T1耦合。
第二變壓器T2的1端經電容C8後與計算機的一串口聯接，2端經電容C5接 地，3端經電容C9與模擬上變頻晶片U1 (AD8346晶片)的1端聯接，4端接地， 5端經電容C6與模擬上變頻晶片U1 (AD8346晶片)的2端聯接。模擬上變頻芯 片Ul的1端、2端與第二變壓器T2耦合。
第三變壓器T3的1端經電容C14後與計算機的另一 串口聯接，2端經電容C11 接地，3端經電容C15與模擬上變頻晶片U1 (AD8346晶片)的15端聯接，4端 接地，5端經電容C12與模擬上變頻晶片U1 (AD8346晶片)的16端聯接。模擬 上變頻晶片Ul的15端、15端與第三變壓器T3耦合。
本發明的信號發生裝置可以模擬不同風場條件下海面的反射信號特徵及其功率； 也可模擬船隻、艦艇、空間飛行器等移動目標對導航衛星信號的反射。
權利要求
1、一種模擬導航衛星反射信號的發生裝置，包括有一公知計算機、天線，其特徵在於還包括有導航信息模塊(3)、中頻信號產生模塊和射頻模塊(2)，導航信息模塊(3)、中頻信號產生模塊存儲在所述計算機的存儲器中；中頻信號產生模塊包括有擴頻調製器(1)、碼數字控制振蕩器(4)、載波數字控制振蕩器(5)、碼延遲產生器(6)和都卜勒頻移產生器(7)；所述導航信息模塊(3)一方面用於生成包含有導航衛星軌道數據和導航衛星時鐘數據的衛星星曆(31)；另一方面用於生成接收機在動態環境下的軌跡參數(32)；該軌跡參數(32)包括有導航衛星接收機的位置，導航衛星接收機運行時的速度以及加速度；碼延遲產生器(6)用於將接收的衛星星曆(31)計算出偽隨機碼的延遲時間(61)輸出碼數字控制振蕩器(4)；都卜勒頻移器(7)用於將接收的軌跡參數(32)計算出接收機接收到的信號載波的都卜勒頻移值(71)輸出給載波數字控制振蕩器(5)；載波數字控制振蕩器(5)根據接收的信號載波的都卜勒頻移值(71)生成中頻載波(51)輸出給擴頻調製器(1)；碼數字控制振蕩器(4)根據接收的延遲時間(61)生成偽隨機碼(41)輸出給擴頻調製器(1)；擴頻調製器(1)根據接收的偽隨機碼(41)和中頻載波(51)進行調製，為導航信息模塊(3)中採集的衛星生成一個具有載波頻率的中頻信號(11)，該載波頻率中頻信號(11)作為射頻模塊(2)的信息輸入；射頻模塊(2)用於將接收的載波頻率中頻信號(11)上變頻為射頻信號(21)後輸出至天線，並由天線以電磁波的形式發送出去。
2、 根據權利要求1所述的模擬導航衛星反射信號的發生裝置，其特徵在於射頻模 塊(2)由本振電路和模擬上變頻電路組成；本振電路中的鑑相器選取ADF4153 晶片，壓控振蕩器選取V602ME26晶片；模擬上變頻電路中的模擬上變頻晶片 選取AD8346晶片、濾波器選取SF1186B晶片、三個放大器選取ETC1-1-13 型變壓器；本振電路中的各端子聯接為鑑相器U1的1端通過電阻R47接地；2端與壓 控振蕩器U2的l端聯接，且2端串聯電容C50後接地，2端串聯電阻R45和電容 C46後接地，2端串聯電阻R44和電容C44後接地；3端接地；4端接地；5端串 聯電容C47後接地；6端與壓控振蕩器U2的2端之間順次聯接有電容C45、電阻 R43、電阻R42,且6端順次通過電容C45、電阻R43、電阻R41後與第一變壓 器T1的l端；7端通過電感L12耦合到15端，且7端接供電電平+3V, +3￥供電 電平與地之間並聯有濾波電容C48、電容C49; 8端經電阻R46與晶振M3聯接； 9端接地；10端並聯電容C52、電容C54後接地；14端通過串聯電阻R48、電容 C55後接地，且14端通過串聯R48、電阻R49後接供電電平+3V， 14端通過串聯 R48、發光二極體D1、電阻R58後接地；15端通過並聯電容C51和電容C53後 接地；16端接供電電平+5V， +5V供電電平與地之間並聯有濾波電容C1、電容C2; 壓控振蕩器U2的3端接供電電平+5V，+5V供電電平與地之間並聯有濾波電容C42、 電容C43;其中模擬上變頻電路中的各端子聯接為模擬上變頻晶片Ul的1端經電容C9 聯接在第二變壓器T2的3端，且1端通過串聯電阻Rl、電阻R2後接供電電平+5V， 1端通過串聯電阻R4後接地；2端經電容C6聯接在第二變壓器T2的5端，且2 端通過串聯電阻R3、電阻R1後接供電電平+5V， 2端通過串聯電阻R5後接地；3 端、4端、9端、10端、13端、14端分別接地；5端經電容C3後聯接在第一變壓 器T1的3端；6端經電容C4後聯接在第一變壓器T1的5端；8端與7端相聯， 且7端聯接到供電電平+5V上，+5￥供電電平與地之間並聯有電容07、電容C10; 11端經電容C13後與濾波器U4的2端聯接；12端接供電電平+5V，十5V供電點 平與地之間並聯有電容C16、電容C17; 15端經電容C15聯接在第三變壓器T3 的3端，且15端通過串聯電阻R6、電阻R1後接供電電平+5V， 15端通過串聯電阻R8後接地；16端經電容C12聯接在第三變壓器T3的5端，且16端通過串聯 電阻R7、電阻R1後接供電電平+5V， 16端通過串聯電阻R9後接地；濾波器U4 的5端與天線聯接，天線將濾波器U4後的射頻信號21以電磁波的形式發送出去； l端、3端、4端和6端分別接地；第一變壓器Tl的1端與鑑相器Ul的2端聯接，2端經電容C18接地，3端經 電容C3與模擬上變頻晶片U1的5端聯接，4端接地，5端經電容C4與模擬上變 頻晶片U1的6端聯接；第二變壓器T2的1端經電容C8後與計算機的一串口聯接，2端經電容C5接 地，3端經電容C9與模擬上變頻晶片Ul的1端聯接，4端接地，5端經電容C6 與模擬上變頻晶片Ul的2端聯接；第三變壓器T3的1端經電容C14後與計算機的另一串口聯接，2端經電容C11 接地，3端經電容C15與模擬上變頻晶片的15端聯接，4端接地，5端經電容C12 與模擬上變頻晶片Ul的16端聯接。
3、 根據權利要求1所述的模擬導航衛星反射信號的發生裝置，其特徵在於所述波 頻率中頻信號(11)為模擬域，或者為數字域。
4、 根據權利要求1所述的模擬導航衛星反射信號的發生裝置，其特徵在於導航信 息模塊(3)、中頻信號產生模塊採用Visual 0++6.0語言編寫。
全文摘要
本發明公開了一種模擬導航衛星反射信號的發生裝置，包括有一公知計算機、天線、導航信息模塊(3)、中頻信號產生模塊和射頻模塊(2)，導航信息模塊(3)、中頻信號產生模塊存儲在所述計算機的存儲器中；中頻信號產生模塊包括有擴頻調製器(1)、碼數字控制振蕩器(4)、載波數字控制振蕩器(5)、碼延遲產生器(6)和都卜勒頻移產生器(7)；本發明是一種用於模擬導航衛星信號經由反射面或反射體後的變化情況，並根據接收機運行軌跡的變化產生反射信號的傳播時延和都卜勒頻移。本發明信號發生裝置可用於測試延遲映射接收機，為海洋遙感器的開發、全球導航衛星系統反射信號的利用提供一種新型的測試手段。
文檔編號G01S7/282GK101349749SQ20081011992
公開日2009年1月21日 申請日期2008年9月10日 優先權日2008年9月10日
發明者波 張, 張其善, 楊東凱, 勇 路 申請人:北京航空航天大學