專利名稱：一種gps直達(dá)與多徑信號模擬器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及GPS衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域，具體涉及一種GPS直達(dá)與多徑信號模擬器。
背景技術(shù)：
在GPS接收機(jī)生產(chǎn)、調(diào)試、研究過程中，需要測定接收機(jī)對衛(wèi)星信號接收及定位性能，以及接收機(jī)在彈載等復(fù)雜環(huán)境下的定位可用性，要獲得這樣的統(tǒng)計特性，不可能進(jìn)行大數(shù)量的實際飛行驗證。為方便地在實驗環(huán)靜態(tài)環(huán)境下實現(xiàn)這類測試，根據(jù)相對運動原理，不必把接收機(jī)放在導(dǎo)彈、星船等空間設(shè)備上，只需要模擬器模擬出接收機(jī)在這些軌跡下所接收到的導(dǎo)航衛(wèi)星信號，在室內(nèi)對靜止接收機(jī)測試，接收機(jī)的定位結(jié)果就是模擬器所預(yù)先設(shè)定的軌跡，可以方便測試接收機(jī)在高空、高速運動條件下定位效果，這樣節(jié)約了接收機(jī)的測試成本。根據(jù)這樣的應(yīng)用需求，GPS信號模擬器便應(yīng)運而生。GPS衛(wèi)星信號模擬器就是模擬產(chǎn)生GPS衛(wèi)星導(dǎo)航信號，為GPS接收機(jī)的研制開發(fā)、測試提供仿真環(huán)境，它是衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)和接收機(jī)(尤其是高動態(tài)接收機(jī))研制的關(guān)鍵儀器。GPS信號模擬器所模擬的仿真環(huán)境環(huán)境越逼真，對于GPS接收機(jī)的性能測定則越為準(zhǔn)確。在實際環(huán)境下，接收天線所接收到的信號，不僅包含有直達(dá)波信號、而且包含有經(jīng)周圍物體的反射后所產(chǎn)生的鏡面反射信號和漫散射信號等反射波信號。反射波信號將對直接來自衛(wèi)星的信號(直達(dá)波)產(chǎn)生干擾，從而使觀測值偏離真值，產(chǎn)生所謂“多徑誤差”?？梢姡芯慷鄰叫?yīng)，對于分析衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)和接收機(jī)的測量精度而言具有重要的意義。而要研究多徑效應(yīng)，就要求衛(wèi)星信號模擬器不僅能模擬高精度的衛(wèi)星直達(dá)波信號，更為主要的是模擬出特定時間、特定地點的接收機(jī)所接收到的所有衛(wèi)星星座發(fā)射或漫射的信號。

實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種GPS直達(dá)與多徑信號模擬器，以 DSP+FPGA數(shù)字信號處理平臺為核心，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的衛(wèi)星星歷以及接收機(jī)軌跡等參數(shù)，計算并產(chǎn)生高精密數(shù)字信號，高保真模擬用戶所設(shè)定場景的衛(wèi)星直達(dá)信號和多徑信號，并連接高速數(shù)模轉(zhuǎn)換及上變頻模塊，完成GPS射頻信號輸出。為解決上述問題，本實用新型是通過下述方案實現(xiàn)的一種GPS直達(dá)與多徑信號模擬器，包括DSP信息處理模塊、FPGA信號處理模塊、D/ A轉(zhuǎn)換模塊、上變頻模塊、以及發(fā)射天線或輸出電纜；DSP信息處理模塊與FPGA信號處理模塊相連；FPGA信號處理模塊輸出接D/A轉(zhuǎn)換模塊；D/A轉(zhuǎn)換模塊經(jīng)上變頻模塊與發(fā)射天線或輸出電纜連接；其中FPGA信號處理模塊內(nèi)設(shè)有時間延遲單元和信號合成單元；DSP信息處理模塊根據(jù)用戶需求，設(shè)定所模擬的GPS接收機(jī)運動軌跡；星歷參數(shù)提取并編碼為導(dǎo)航電文；根據(jù)用戶設(shè)定仿真時刻的運動軌跡和衛(wèi)星星座，預(yù)測GPS衛(wèi)星是否可見；對于可見星，計算相應(yīng)仿真時刻的延遲相位、和信號頻率，并把所有可見星的電文、相位信息和頻率信息發(fā)給FPGA信號處理模塊； FPGA信號處理模塊根據(jù)DSP信息處理模塊傳輸?shù)男l(wèi)星狀態(tài)，把可見星分配到相應(yīng)的信號生成通道；根據(jù)DSP信息處理模塊傳遞的參數(shù)，設(shè)定每個衛(wèi)星的初始載波相位、碼相位、導(dǎo)航電文選擇相位，再根據(jù)頻率信息生成相應(yīng)的電文、碼、載波信號，并完成三者的擴(kuò)頻、調(diào)制，得到GPS直達(dá)信號；時間延遲單元復(fù)制所產(chǎn)生的GPS直達(dá)信號，并對其進(jìn)行相應(yīng)的延遲后得到多徑信號分量；GPS直達(dá)信號和多徑信號分量在信號合成單元中進(jìn)行迭加數(shù)字合成輸出給后端的D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊； D/A轉(zhuǎn)換模塊將FPGA信號處理模塊傳來的中頻數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號后，送至上變頻模塊；上變頻模塊對D/A轉(zhuǎn)換模塊輸入的中頻模擬信號進(jìn)行混頻、濾波，并上變頻到GPS 的標(biāo)稱射頻頻率后經(jīng)由發(fā)射天線或輸出電纜輸出。上述方案中，時間延遲單元延遲的時間量是模擬器工作時鐘周期的整數(shù)倍。上述方案中，DSP信息處理模塊還設(shè)有各類誤差源的誤差模型，DSP信息處理模塊根據(jù)各類誤差源，由誤差模型生成相應(yīng)的誤差仿真信號。上述方案所述GPS的直達(dá)波和多徑信號的標(biāo)稱射頻頻率為1575. 42MHz。上述方案所述發(fā)射天線為L波段右旋圓極化全向天線。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型設(shè)計了一種簡便的多徑信號模擬方法，在FPGA信號處理模塊中，復(fù)制所生產(chǎn)的直達(dá)信號，并對其進(jìn)行相應(yīng)的延遲，就得到了一個多徑信號分量。因為FPGA是按照工作時鐘的時序進(jìn)行工作的，可以按照工作時鐘頻率對復(fù)制的直達(dá)信號延遲一個時鐘的時間在輸出，這樣就實現(xiàn)了一個多徑信號，依次類推，多徑分量也可以延遲2個至任意個時鐘周期，可以供接收機(jī)端測試多徑抑制算法效果。本實用新型使得多徑信號相對直達(dá)信號的時間時間量與系統(tǒng)工作時鐘聯(lián)系起來，更易于數(shù)字實現(xiàn)，而模擬輸出的衛(wèi)星信號為全數(shù)字實現(xiàn)，直達(dá)信號和多徑信號參數(shù)可調(diào)可控，十分精確，儀器使用方便， 可廣泛應(yīng)用于GPS領(lǐng)域。

圖1為本實用新型一種GPS直達(dá)與多徑信號模擬器的原理示意圖。
具體實施方式
本實用新型一種GPS直達(dá)與多徑信號模擬器的原理示意圖如圖1所示，其硬件平臺主要由DSP信息處理模塊、FPGA信號處理模塊、D/A轉(zhuǎn)換模塊、上變頻模塊、以及發(fā)射天線或輸出電纜構(gòu)成。DSP信息處理模塊與FPGA信號處理模塊相連；FPGA信號處理模塊輸出接D/A轉(zhuǎn)換模塊；D/A轉(zhuǎn)換模塊經(jīng)上變頻模塊與發(fā)射天線或輸出電纜連接；其中FPGA信號處理模塊內(nèi)設(shè)有時間延遲單元和信號合成單元。DSP信息處理模塊完成參數(shù)設(shè)定和信號頻率、相位等數(shù)值計算，相應(yīng)的控制字送給FPGA信號處理模塊，完成相應(yīng)頻率的GPS載波信號、偽隨機(jī)碼信號和導(dǎo)航電文的模擬、調(diào)制，多顆衛(wèi)星信號進(jìn)行數(shù)字疊加，輸出給D/A轉(zhuǎn)換模塊，實現(xiàn)數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換，最后送到上變頻模塊，把中頻信號變?yōu)镚PS的射頻頻率信號，并輸出給發(fā)射天線或輸出電纜，以供接收機(jī)測試。根據(jù)測試環(huán)境，模擬器提供精確的多徑信號，根據(jù)已經(jīng)計算好的直達(dá)信號，F(xiàn)PGA信號處理模塊內(nèi)的時間延遲單元延遲相應(yīng)的工作時鐘，就可以得到多徑信號，而不必重新計算信號，節(jié)省了計算時間和電路功耗，延遲時間最短為一個時鐘周期。[0018]1、DSP信息處理模塊 DSP信息處理模塊在模擬器中完成參數(shù)初始化及控制、計算等大部分工作，包括 根據(jù)用戶需求，設(shè)定所模擬的GPS接收機(jī)運動軌跡(時間、位置、速度、加速度等)；星歷參數(shù)提取并編碼為導(dǎo)航電文；根據(jù)用戶設(shè)定仿真時刻的運動軌跡和衛(wèi)星星座，預(yù)測GPS衛(wèi)星是否可見；對于可見星，計算相應(yīng)仿真時刻的延遲相位、和信號頻率，并把所有可見星的電文、相位信息和頻率信息發(fā)給FPGA信號處理模塊。在此過程中DSP信息處理模塊還建立各類誤差源的誤差模型，根據(jù)各類誤差源，由誤差模型生成相應(yīng)的誤差仿真信號。2、FPGA信號處理模塊FPGA信號處理模塊根據(jù)DSP信息處理模塊傳輸?shù)男l(wèi)星狀態(tài)，把可見星分配到相應(yīng)的信號生成通道；根據(jù)DSP信息處理模塊傳遞的參數(shù)，設(shè)定每個衛(wèi)星的初始載波相位、碼相位、導(dǎo)航電文選擇相位，再根據(jù)頻率信息生成相應(yīng)的電文、碼、載波信號，并完成三者的擴(kuò)頻、調(diào)制，得到GPS直達(dá)信號；時間延遲單元復(fù)制所產(chǎn)生的GPS直達(dá)信號，并對其進(jìn)行相應(yīng)的延遲后得到多徑信號分量；GPS直達(dá)信號和多徑信號分量在信號合成單元中進(jìn)行迭加數(shù)字合成輸出給后端的D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊。本實用新型所述的一定頻率的信號生成，均采用高精度數(shù)字頻率合成(NCO)技術(shù)進(jìn)行信號頻率精確模擬，輸出高精度數(shù)字中頻GPS模擬信號。GPS接收機(jī)接收到的是衛(wèi)星直射信號和接收機(jī)周圍物體的反射多徑信號的合成信號，因此往往需要在模擬器中產(chǎn)生多徑信號。GPS信號是典型的直接序列擴(kuò)頻信號，接收機(jī)天線接收到的直達(dá)信號可以表示為x(t) = Ad(t)c(t)cos(co0t)(1)多徑信號都是滯后于直達(dá)信號到達(dá)接收機(jī)的，而且幅度一般是衰減的，因此相對此直達(dá)信號的多徑信號可以表示為m(t) = α AcKt-τ DcU-τ Jcoslico。!；!-τ》](2)相位延遲一般仍表示成相位，因此多徑信號的表達(dá)式可以表示為m(t) = α jAcKt-τ i)c(t-τ ^οοβ ω^+Φ^ )](3)多個多徑信號和直達(dá)信號一起可以表示為
權(quán)利要求1.一種GPS直達(dá)與多徑信號模擬器，其特征在于包括DSP信息處理模塊、FPGA信號處理模塊、D/A轉(zhuǎn)換模塊、上變頻模塊、以及發(fā)射天線或輸出電纜；DSP信息處理模塊與FPGA信號處理模塊相連；FPGA信號處理模塊輸出接D/A轉(zhuǎn)換模塊；D/A轉(zhuǎn)換模塊經(jīng)上變頻模塊與發(fā)射天線或輸出電纜連接；其中FPGA信號處理模塊內(nèi)設(shè)有時間延遲單元和信號合成單元； 所述時間延遲單元復(fù)制DSP信息處理模塊所產(chǎn)生的GPS直達(dá)信號，并對其進(jìn)行相應(yīng)的延遲后得到多徑信號分量；GPS直達(dá)信號和多徑信號分量在信號合成單元中進(jìn)行迭加數(shù)字合成輸出給后端的D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種GPS直達(dá)與多徑信號模擬器，其特征在于時間延遲單元延遲的時間量是模擬器工作時鐘周期的整數(shù)倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種GPS直達(dá)與多徑信號模擬器，其特征在于發(fā)射天線為L 波段右旋圓極化全向天線。
專利摘要本實用新型公開一種GPS直達(dá)與多徑信號模擬器，其硬件平臺主要由DSP信息處理模塊、FPGA信號處理模塊、D/A轉(zhuǎn)換模塊、上變頻模塊、以及發(fā)射天線或輸出電纜構(gòu)成；其中FPGA信號處理模塊內(nèi)設(shè)有時間延遲單元和信號合成單元。其中時間延遲單元復(fù)制所產(chǎn)生的GPS直達(dá)信號，并對其進(jìn)行相應(yīng)的延遲后得到多徑信號分量；GPS直達(dá)信號和多徑信號分量在信號合成單元中進(jìn)行迭加數(shù)字合成輸出給后端的D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊。本實用新型使得多徑信號相對直達(dá)信號的時間時間量與系統(tǒng)工作時鐘聯(lián)系起來，更易于數(shù)字實現(xiàn)，而模擬輸出的衛(wèi)星信號為全數(shù)字實現(xiàn)，直達(dá)信號和多徑信號參數(shù)可調(diào)可控，十分精確，儀器使用方便，可廣泛應(yīng)用于GPS領(lǐng)域。
文檔編號G01S19/23GK202110287SQ20102069644
公開日2012年1月11日 申請日期2010年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月31日
發(fā)明者孫希剛, 孫希延, 施滸立, 王曉嵐, 紀(jì)元法, 蔡成林 申請人:桂林電子科技大學(xué)