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高动态GPS卫星信号模拟器工作原理

文章来源:ca88亚洲城人气:1027www.ca88.com:2016-01-18 17:49:36

1.工作原理 GPS卫星信号模拟器由GPS信号产生器、计算机和仿真控制软件组成,GPS卫星信号模拟器工作原理见图1。 GPS卫星信号模拟器就是要产生用户天线端收到的可见GPS卫星L1频率C/A码信号,这些信号的表达式为[2] 式中Ai(t) 表示t时刻第i颗卫星的信号幅度; Ci(t) 表示t时刻第i颗卫星发射的C/A码信号; Di(t) 表示在第i颗卫星信号上调制的导航电文数据; fi(t)表示第i颗卫星的瞬时载波频率; φi(t)表示载波信号的相位; τi表示第i颗卫星信号传播的群延迟。
在模拟器设计方案中,首先产生离散的中频GPS信号,中频GPS信号的采样率为fs,对应采样间隔为Ts,则在第k个采样时刻,产生的离散中频GPS信号为[2] 式中fIFi(kTs)为第k个采样时刻瞬时GPS中频信号频率,包含多普勒频率影响。 为了以较低的采样频率产生所需的中频信号,并降低FPGA(大规模在线可编程器件)计算速度要求,对S(kTs)进行4倍零内插[3],即每隔1个采样点插入3个零点,得到新的内插信号S4(kTs),S4(kTs)经D/A变为模拟信号,再由带通滤波器滤出需要的中频信号,通过上变频便产生L1频率的GPS信号。衰减器控制模拟器输出的信号强度,使输出信号电平保持在规定的范围之内。
     2.软件组成 仿真控制软件是模拟器的核心,模拟器需要的控制参数由该软件计算得到。它主要由以下模块组成:初始化模块、自检模块、通信控制模块、卫星导航参数计算模块、电文控制模块、目标运动轨迹计算模块、误差计算模块、天线特性计算模块、用户输入与显示模块及数据分析模块。 初始化模块和自检模块完成模拟器初始参数设置和模拟器硬件的自检,确保模拟器各个部分处于正常状态。 
    通信控制模块完成计算机与PCI插卡之间的通信,向信号产生器发送导航数据和控制命令,接收信号产生器发送的状态信息。 导航参数计算模块选择最佳GPS卫星,根据星历和目标运动状态计算信号发射时刻伪码的状态、载波多普勒频率、多普勒频率变化率。卫星电文控制模块自动编辑各颗GPS卫星的导航信息,管理电文数据中各种数据域和特殊标志,设定卫星星历误差,包括卫星径向、切向和横向误差。修改卫星电文参数供接收机进行RAIM检测。 误差计算模块计算星历误差、电离层、对流层折射误差、多径效应等各种误差源对码相位和载波相位的影响。 载体运动轨迹计算模块建有一系列复杂的载体运动模型,可生成载体运动轨迹。按载体类型可以分为以下子模块:卫星(飞船)、火箭、飞机、舰船和汽车运动轨迹子模块。另外,该模块允许用户自定义载体的运动特性。 GPS接收机天线增益和相位具有一定的方向性,从不同方位、不同仰角入射的信号天线的增益和相位是不同的。特别目标姿态变化较大时,GPS接收天线方向性图对信号的接收及测量精度会产生一定的影响。另外,若目标周围环境有遮挡,会造成部分卫星信号中断。天线特性计算模块考虑这些因素的影响,在方位和俯仰上分别按一定的分辨率,建立天线方向性图,计算载体姿态变化对GPS信号接收的影响。 
用户输入与显示模块拟采用交互式图形式界面,允许用户完成仿真的各种参数设置与修改,同时以动画方式逼真显示试验过程。 数据分析模块根据仿真软件产生的模拟数据和被试GPS接收机的测量数据,完成接收机捕获时间、测量精度等项指标的评定。
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