CN101261317A - 高动态多模式卫星导航信号源模拟方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高动态多模式卫星导航信号源模拟方法及其装置。高动态多模式卫星导航信号源可模拟动态导航接收机接收到的太空中的全球卫星定位系统、全球导航卫星系统和北斗二代卫星导航系统三种系统的卫星信号；模拟用户接收机的运动状态；模拟卫星信号在传播过程中的误差；实时产生三模卫星信号。实施例中，本发明由用户接口模块、控制模块、卫星参数计算模块、卫星信号产生模块、输出装置和接收数据分析模块组成；本发明同时模拟三种模式卫星信号，可以加快多模式导航接收机研制；使用内文利插值方法，节省了计算资源，提高了插值精度。使用了参数化设计，提高模块复用能力，可以针对不同的卫星导航系统进行便捷的转化。

Description

高动态多模式卫星导航信号源模拟方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种高动态多模式卫星导航信号源模拟方法及其装置。

背景技术

卫星导航定位技术在航天、航空、遥感、通信、测绘等领域已经得到广泛应用。随着应用领域的拓宽，对导航定位技术的精度和可靠性要求也逐步提高。原来单一模式的卫星导航接收技术，因为可见卫星有限，定位的可用性以及卫星完整性监测的性能难以提高；北斗二代卫星导航系统(BD-2)和全球卫星定位系统(GPS)，因为采用CDMA的复用方式，每个卫星采用相同的载波频率，在具有强干扰信号情况下，便不能很好地工作；全球导航卫星系统(GLONASS)系统则对抗干扰的能力较强，但因为伪码速率等系统原因，定位精度要低于北斗二代和GPS系统。多模式卫星导航的接收技术，可以结合各种模式的卫星导航系统的优点，增加可见卫星的数目，采用信息融合的处理技术，能有效提高系统的定位精度、可用性和可靠性。

高动态卫星导航技术在现代军事、航天、航空等领域具有广泛的应用，对国家安全具有重要意义。国外的高性能战机、远程攻击导航等武器都采用了高性能的高动态卫星导航接收机进行制导；同时，高动态卫星导航系统是航天飞机、航天飞船最理想的导航系统。目前我国在高动态卫星导航技术方面处于起步阶段，并正在积极地开发自主卫星导航系统。

多模式、高动态卫星导航接收技术具有很好的应用价值。而卫星模拟器是接收机研制的一项必不可少的工具，利用卫星模拟器进行接收机的研发和测试工作，可以大大加快接收机的研制过程。在研制开发地面GNSS接收机的进程中，需要对接收机在各类环境下进行进行多方面的检验和测试。而在现实的环境中，很难获得诸如高动态、低信噪比等各类的测试检验环境，这需要我们去模拟这类环境，为接收机的开发、测试提供各类条件。GNSS多模式卫星导航模拟器可以在接收机特别是高动态接收机的研制、开发、测试等阶段提供仿真环境，同时也能为接收机的研制提供系统级的仿真测试，为最终确定接收机方案提供依据。由此可见，卫星导航信号模拟器在军事、民用、科研等领域都有着广泛而的应用。目前，国内该方面的研究还很少，国外已经成熟的卫星信号模拟器价格非常昂贵，并且由于政治军事等原因，在进口方面受到很大的限制。因而研制高动态多模式卫星导航信号源模拟方法及其装置，极具战略意义。

高动态多模式卫星信号源模拟器是在假定高动态接收机按照设定的运动轨迹移动的情况下，模拟接收机接收到的信号，用来测试接收机的定位性能等。在同一时刻，卫星导航接收机可以观测到多颗卫星，接收机通过接收卫星星历，计算这些卫星到观测点的距离即伪距。进而求解观测点的位置坐标。因此，接收机收到信号的相应状态应该与接收机的伪距测量结果相关。由接收机伪距测量的过程可知，在相同的时刻接收机的伪距测量主要受导航卫星的到达时刻决定、对不同的地理位置、不同的运动状态、不同的观测卫星，接收机接收到的卫星信号的到达时刻不同。因此，模拟器的一大部分工作就是由不同的地理位置和不同状态推算出接收机接收到的卫星信号的时延、衰减和多普勒频移量，并通过控制模块控制信号发生器适时调整产生的信号。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术不足，提供一种高动态多模式卫星导航信号源模拟方法及其装置。

高动态多模式卫星导航信号源模拟方法及其装置包括以下步骤：

1)控制模块读取用户对模拟器工作参数，工作参数包括：接收机类型参数、接收机最大速度、加速度、加加速度参数、接收机工作环境参数、系统起始时刻时间协调时时间参数；

2)卫星参数计算模块根据工作参数，计算接收机当前时刻收到的全球卫星定位系统、全球导航卫星系统和北斗二代卫星导航系统三种模式导航系统中可见卫星的状态参数；

3)将卫星信号状态参数载入到卫星信号产生器中，产生实时卫星信号送入导航接收机，得到伪距和定位信息；

4)将伪距和定位信息送入接收机性能分析模块，与可见卫星状态参数值比较，判断接收机的捕获、跟踪和定位性能，并将结果输出给用户；

所述的卫星参数计算模块根据工作参数，计算接收机当前时刻收到的全球卫星定位系统、全球导航卫星系统和北斗二代导航系统三种模式导航系统中可见卫星的状态参数包括以下步骤：

1)初始化模块，将从接收机获得的卫星历书数据和广播星历数据导入存储器中；

2)从存储器读取卫星历书数据，根据历书数据计算卫星粗略轨道位置；

3)计算接收机速度、加速度和加加速度参数计算接收机在三种导航模式坐标系统中的位置坐标；

4)由卫星位置坐标和卫星粗略轨道位置判断卫星仰角，选取仰角大于规定值的卫星进行模拟；

5)根据用户设定的起始世界协调时时间，由广播星历数据计算每颗可见卫星精密轨道位置，得到N个插值节点时刻卫星精确位置；

6)利用内文利插值方法流水计算当前时刻每颗可见卫星位置，如果精度不够，使用广播星历计算一个新插值点，直到卫星轨道位置精度达到要求；

7)根据接收机位置和卫星轨道位置，迭代计算每颗可见卫星信号空间传播延时；

8)根据广播星历计算当前时刻电离层传播误差，使用霍普菲尔德模型计算对流层传播误差；

9)由用户设定的接收机环境，根据卫星信号三阶模型计算卫星多径误差；

10)根据广播星历，计算星钟误差；

11)由卫星信号空间传播延时、电离层传播误差、对流层传播误差、卫星多径误差和星钟误差，推算卫星信号发射时刻的状态参数，包括每颗可见卫星的码数控振荡器相位值、码相位、20ms历元计数器、电文比特位置、载波频率、信噪比、信号功率电平。

所述的将卫星信号状态参数载入到卫星信号产生器中，产生实时卫星信号送入导航接收机，得到伪距和定位信息包括以下步骤：

1)将载入的卫星状态参数解析到相应的寄存器，根据三模式可见卫星序列号，选择各自的码产生器，在码数控振荡器产生的码钟推动下产生伪随机码；

2)伪随机序列与卫星电文比特调制后，送入上变频器，产生I、Q两路矢量中频信号；

3)调整矢量中频卫星信号的功率，与固定功率的带限高斯白噪声相加，送入射频模块中进行矢量调制，经衰减器调节合成信号发射功率后输出。

所述的接收机性能分析模块包含以下步骤：

1)将卫星参数计算模块产生的接收机位置、卫星信号与接收机的伪距等信息存入寄存器中。

2)读取接收机的解算和接收机计算伪距值，并与模拟器本地保存的数据比较，分析接收机的捕获、跟踪和定位性能。

高动态多模式卫星导航信号源模拟方法及其装置中的用户接口模块107与控制模块101、卫星参数计算模块102、卫星信号产生模块103、输出装置104、高动态多模式接收机105、接收机性能分析模块106相接，控制模块101与卫星信号产生模块103、接收机性能分析模块106相接，接收机性能分析模块106与卫星参数计算模块102相接。

所述的卫星参数计算模块102的内部模块连接关系为：高动态接收机位置计算模块201与可见卫星计算模块202、卫星轨道计算模块203、卫星传播延时计算模块204相接，卫星信号状态计算模块205与卫星传播延时计算模块204、卫星传播误差计算模块206相接。

所述的卫星信号产生模块103的内部模块连接关系为：码数控振荡器302与码产生器301、电文调制模块304上变频器305、信噪比控制模块307、功率控制模块309相接，电文产生模块与303与电文调制模块304相接，噪声产生模块306与信噪比控制模块307相接，多径衰落模块308与功率控制模块309相接。

所述的控制模块101的内部模块连接关系为：控制时钟模块401与用户设定参数整合模块402、卫星参数计算控制模块403、信号发生器控制模块404、接收机性能输出模块405相接，用户设定参数整合模块402与控制卫星参数计算模块403、控制信号发生器模块404相接。

本发明具有的有益效果包括：同时产生三种模式卫星信号，不仅可以为单一的GNSS接收机提供测试手段，同时可以测试双模、三模联合接收机的定位性能；使用Neville插值方法，大大节省了计算资源，提高了插值精度。三种模式的卫星信号产生使用了参数化设计，提高模块复用能力，可以针对不同的卫星导航系统的制式进行便捷的转化，适用于大部分的卫星导航系统，节省了系统资源。

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

附图说明

图1是本发明所述的高动态多模式卫星导航信号源模拟器的电路方框图；

图2是本发明所述的卫星参数计算模块的电路方框图；

图3是本发明所述的卫星信号产生模块的电路方框图；

图4是本发明所述的控制模块的电路方框图。

具体实施方式

本发明实现高动态卫星导航信号源模拟器的装置，在控制模块的作用下，每个控制时钟的上升沿时刻，计算当前时刻卫星参数状态，载入到卫星信号产生模块中，并定时接收导航接收机定位数据处理。在实施例中，控制时钟采用1ms，接收导航接收机定位数据间隔为20ms。考虑到实际系统的规模，模拟器模拟的最多卫星个数为20。如果当前可视卫星超过20，则选择仰角较大的卫星进行模拟。

高动态多模式卫星导航信号源模拟装置包括以下步骤：

1)控制模块读取用户对模拟器工作参数，工作参数包括：接收机类型参数、接收机最大速度、加速度、加加速度参数、接收机工作环境参数、系统起始时刻时间协调时时间参数；

首先，用户可以在用户接口模块107中设定所需要仿真的各种参数，这些参数包括：接收机类型参数、接收机最大速度、加速度、加加速度参数、接收机环境参数、系统起始时刻世界协调时时间参数。模拟卫星导航系统选择中用户可以选择模拟所有三种制式，也可以只模拟其中的任意一种。接收机类型设定中用户可以选择接收机所处载体类型，实施例中有飞机、导弹、舰船运动模型。接收机最大速度、加速度、加加速度设定中用户可以设定该载体的最大速度、加速度和加加速度值。接收机环境设定中用户可以设定接收机所处的工作环境，实施例中有城市、丘陵地带和空旷郊外三种环境。系统起始时刻UTC时间决定了模拟器起始工作时刻各颗卫星的系统发射时间。

2)卫星参数计算模块根据工作参数，计算接收机当前时刻收到的全球卫星定位系统、全球导航卫星系统和北斗二代导航系统三种模式导航系统中可见卫星的状态参数；

3)将卫星信号状态参数载入到卫星信号产生器中，产生实时卫星信号送入导航接收机，得到伪距和定位信息；

4)将伪距和定位信息送入接收机性能分析模块，与可见卫星状态参数值比较，判断接收机的捕获、跟踪和定位性能，并将结果输出给用户；

控制模块101读取用户接口模块107中的模拟器系统设定信息，在控制时钟的作用下，按照预定的时序向卫星参数计算模块102发出控制信号，在下一个控制时钟到来时刻，将卫星参数计算模块102计算的所以可视卫星信号状态参数分别送入卫星信号产生模块103和接收机性能分析模块106，这些信号状态参数包括：系统模式(全球卫星定位系统GPS、全球导航卫星系统GLONASS、北斗二代卫星导航系统BD-2)、卫星序列号、码数控振荡器相位值、码相位、20m历元计数、电文比特位置、载波频率、信噪比、信号功率电平。卫星信号产生器103在控制时钟下载入信号状态参数，输出的20路卫星信号在输出装置104中进行功率合成，送给接收机105进行解算。实施例中，由于接收机处于高动态环境下，接收机位置和接收到的载波变化率很大，因此控制时钟为1ms，在每一个控制时钟下完成一次信号状态计算以及状态参数值向卫星信号发生器103的载入。

高动态接收机105计算所得的卫星伪距和解算位置送入接收性能分析模块106，与控制时钟保存的接收机位置和卫星状态参数比较，分析接收机的捕获和跟踪能力、首次定位时间、测量精度。

所述的卫星参数计算模块根据工作参数，计算接收机当前时刻收到的全球卫星定位系统、全球导航卫星系统和北斗二代导航系统三种模式导航系统中可见卫星的状态参数包括以下步骤：

1)初始化模块，将从接收机获得的卫星历书数据和广播星历数据导入存储器中；

2)从存储器读取卫星历书数据，根据历书数据计算卫星粗略轨道位置；

3)计算接收机速度、加速度和加加速度参数计算接收机在三种导航模式坐标系统中的位置坐标；

4)由卫星位置坐标和卫星粗略轨道位置判断卫星仰角，选取仰角大于规定值的卫星进行模拟；

5)根据用户设定的起始世界协调时时间，由广播星历数据计算每颗可见卫星精密轨道位置，得到N个插值节点时刻卫星精确位置；

6)利用内文利插值方法流水计算当前时刻每颗可见卫星位置，如果精度不够，使用广播星历计算一个新插值点，直到卫星轨道位置精度达到要求；

7)根据接收机位置和卫星轨道位置，迭代计算每颗可见卫星信号空间传播延时；

8)根据广播星历计算当前时刻电离层传播误差，使用霍普菲尔德模型计算对流层传播误差；

9)由用户设定的接收机环境，根据卫星信号三阶模型计算卫星多径误差；

10)根据广播星历，计算星钟误差；

11)由卫星信号空间传播延时、电离层传播误差、对流层传播误差、卫星多径误差、星钟误差，推算卫星信号发射时刻的状态参数，包括每颗可见卫星的码数控振荡器相位值、码相位、20ms历元计数器、电文比特位置、载波频率、信噪比、信号功率电平。

卫星参数计算是根据接收机运动特性和接收机所处的环境，计算当前接收机所收到的各颗GPS，GLONASS和北斗二代卫星信号的序列号、码数控振荡器相位值、码相位、20m历元计数、电文比特位置、载波频率、信噪比、信号功率电平。码数控振荡器相位值、码相位、20m历元计数、电文比特组合代表了当前接收机接收到的卫星信号的发射时间，是卫星导航卫星定位中的关键信息。载波频率的变化是由当前接收机相对卫星的运动产生多普勒频偏造成的，而信噪比和信号功率电平则是由接收机所处的环境决定的。

卫星信号源模拟方法与装置只是仿真任意时刻接收机前端的接收信号，不必要求任意时刻给定的每颗卫星的位置与其真实位置相同，只要保持各轨道面、轨道面各星在空间的相对位置符合星座设计要求，且计算发射时刻信号状态所用星历参数与电文调制的参数相同即可，利用接收机连续工作24小时，完整地搜集三种系统星座内各颗健康卫星的导航电文，对电文解调，可以得到各星的广播星历参数和历书数据。

在模拟器设计中，预先将获得的各星的广播星历参数和历书数据存入存储器中，供后续模块使用。

根据控制模块101载入的接收机运动特性和接收机最大速度、加速度和加加速度，接收机位置计算模块201首先计算接收机在大地坐标系的位置，由于三种导航模式使用不同的坐标系统，GPS使用WGS-84坐标系统，GLONASS使用PZ-90坐标系统，而BD-2则使用CGS2000坐标系统，因此需要将接收机的位置分别转换到三种坐标系统中。

位置坐标送入可见卫星判断模块202后，根据卫星历书数据，计算目前在轨的卫星粗略轨道位置，判断卫星仰角，选取仰角大于规定值的卫星进行模拟。GPS和BD-2卫星系统使用开普勒轨道参数计算方法获得当前卫星位置，而GLONASS则是直接提供卫星位置、速度和加速度。实例中考虑三模式下可用卫星较多且低仰角时卫星电离层误差较大，因此只选择仰角大于10度的卫星进行模拟。

可见卫星判断模块202将可见所以三种模式的卫星序列号送入卫星轨道计算模块203。卫星轨道计算模块203根据广播星历数据计算卫星精密轨道位置，得到N个插值时刻卫星精确位置；由于直接利用广播星历计算卫星轨道位置计算量很大，因此需要采用拟合的方法计算卫星任意时刻的轨道坐标。本实施例中，利用内文利(Neville)插值方法流水计算任意时刻卫星位置。Neville插值是一种线性逐次插值，其基本思想是通过低一次多项式的组合来获得高一次插值多项式。基本做法是首先求出若干个一次插值多项式的值，利用它们之间的两两组合得到若干个二次插值多项式，进一步利用这些二次多项式间的两两组合来得到若干个三次插值多项式，依此类推。该插值方法如下：给点N+1个插值节点(t_i，f(t_i))，t_i是插值节点时间，f(t_i)代表卫星坐标值，则在插值节点时间内任一点的卫星坐标递推公式如下：

T_i，0＝f(t_i)

$T_{i,j}=\frac{(t-t_i)T_{i-1,j-1}-(t-t_{i-j})T_{i,j-1}}{t_{i-j}-t_i}$

当|T_i，i-T_i-1，j-1|≤ε时，认为T_i，i即为t时刻的卫星坐标值。在实施例中，ε取10^-3，插值节点取11阶，卫星坐标即可达到5cm的精度。当要插入新节点时，只要按照递推公式计算新的T_i，i，前面的计算完全有效，减少了运算量，大大提高了资源利用率。

卫星传播延时计算模块204根据用户接收机位置和卫星轨道位置，得到卫星和接收机的距离，除以光速得到卫星信号空间传播时间。卫星传播误差计算模块206根据卫星仰角和接收环境计算卫星在传播中产生的误差。

卫星误差包括电离层传播误差、对流层传播误差、卫星多径误差和星钟误差。

电离层误差在GPS和BD-2中使用Klobuchar模型，该模型参数可以有广播星历获得，计算方法参见卫星导航控制接口文件。GLONASS星历中没有发送电离层误差，在本设计中可以直接使用GPS的Klobuchar参数计算其电离层传播误差。

对流层误差使用霍普菲尔德模型。该模型公式可以在卫星导航文献中方便查阅。该模型的参数包括温度、大气压和空气湿度可以直接使用标准气象元素。

多径误差模型使用了Karasawa提出的三阶参数模型，该模型给出了多径反射对卫星信号功率的衰减。该模型公式和参数可以在EERL网站中方便找到。

星钟误差可以有卫星广播星历直接获得，即卫星广播星历中含有对卫星系统时的修正，因此在星钟误差中也必须相应的加入该项误差，以提高卫星信号源模拟的可信度。

卫星传播时延和电离层传播误差、对流层传播误差、卫星多径误差和星钟误差送入卫星信号状态模块205中，得到当前卫星状态参数。这些卫星参数包括：卫星序列号、码数控振荡器相位值、码相位、20m历元计数、电文比特位置、载波频率、信噪比、信号功率电平。

所述的将卫星信号状态参数载入到卫星信号产生器中，产生实时卫星信号送入导航接收机，得到伪距和定位信息包括以下步骤：

1)将载入的卫星状态参数解析到相应的寄存器，根据三模式可见卫星序列号，选择各自的码产生器，在码数控振荡器产生的码钟推动下产生伪随机码；

2)伪随机序列与卫星电文调制后，送入上变频器，产生I、Q两路矢量中频信号；

3)调整中频卫星信号的功率，与固定功率的带限高斯白噪声相加，送入射频模块中进行矢量调制，经衰减器调节合成信号发射功率后输出。

卫星信号产生在控制器的作用下，按照卫星参数计算模块传递的卫星状态值，完成GPS，GLONASS和北斗二代各自卫星的伪码和导航电文调制、产生载波信号、控制输出信号功率和信噪比，输出信号送给接收机进行解算。

图中是其中一路卫星信号的产生过程，其他通道设计完全相同。在多模式卫星信号源模拟器中，根据接收机所处位置，最多可能有26颗卫星可见，在实施例中，考虑实现的规模和资源的占用情况，使用20路卫星信号产生通道，当可见卫星超过20颗时，自动选择仰角较大的卫星模拟。

码数控振荡器302产生码钟，控制码产生器301产生伪随机码。考虑系统的精度，实施例中码数控振荡器采用30比特量化。由于要产生三种不同的伪随机码，且三种码具有较大的相似性。所以码产生器是可配置的，其寄存器的抽头系数可以保持在控制模块中，在系统工作时，按照当前卫星模式和序列号，使用不同的抽头系数。

电文产生模块303可以产生三种制式的卫星导航电文数据。卫星导航电文数据是卫星导航系统的关键部分，电文里包括有信号发送时间、卫星星历和历书数据、电离层修正模型等信息。GPS、GLONASS和BD分别使用不同的时间系统，需要将时间协调时时间转换成三个系统各自的系统时间。三模式电文速率相同(50bps)且数据格式相近，在导航数据产生模块303中，按照卫星导航系统规定的电文格式，一次产生一帧数据，GPS为1500比特，GLONASS为7500比特，BD-2为36000比特，产生电文以50Hz速率依次送入电文调制模块304中，当一帧的数据传完后，再产生下一帧的数据。电文中的广播星历数据和历书数据是预先存储在寄存器中的，可以直接读取。具体帧格式见卫星系统在ICD。

上变频器305将基带信号转换为中频信号，噪声产生模块306产生带限高斯噪声，在实施例中，使用32位的m序列移位寄存器的高10为作为地址，读取预先存入均值为零的高斯白噪声数值的RAM。读出数据经过半带滤波，四倍增采样和FIR滤波，产生5M的带限高斯噪声。在GNSS卫星信号中，噪声功率远大于卫星信号功率，即信号完全淹没在噪声中，所以在信噪比控制模块307中，噪声保持不变，通过改变信号幅度来调整信噪比。

功率控制模块309是调整卫星信号发射电平，同时，多径衰落模块308产生的多径衰落也加入发射信号中。

20路信号产生通道输出的卫星实时信号经过衰减器最后合成输出给接收机。

所述的接收机性能分析模块包含以下步骤：

1)将卫星参数计算模块产生的接收机位置、卫星信号与接收机的伪距等信息存入寄存器中。

2)读取接收机的解算和接收机计算伪距值，并与模拟器本地保存的数据比较，分析接收机的捕获、跟踪和定位性能。

如图1所示，高动态多模式卫星导航信号源模拟装置中的用户接口模块107与控制模块101、卫星参数计算模块102、卫星信号产生模块103、输出装置104、高动态多模式接收机105、接收机性能分析模块106相接，控制模块101与卫星信号产生模块103、接收机性能分析模块106相接，接收机性能分析模块106与卫星参数计算模块102相接。

如图2所示，所述的卫星参数计算模块102的内部模块连接关系为：高动态接收机位置计算模块201与可见卫星计算模块202、卫星轨道计算模块203、卫星传播延时计算模块204相接，卫星信号状态计算模块205与卫星传播延时计算模块204、卫星传播误差计算模块206相接。

如图3所示，所述的卫星信号产生模块103的内部模块连接关系为：码数控振荡器302与码产生器301、电文调制模块304上变频器305、信噪比控制模块307、功率控制模块309相接，电文产生模块与303与电文调制模块304相接，噪声产生模块306与信噪比控制模块307相接，多径衰落模块308与功率控制模块309相接。

如图4所示，所述的控制模块101的内部模块连接关系为：控制时钟模块401与用户设定参数整合模块402、卫星参数计算控制模块403、信号发生器控制模块404、接收机性能输出模块405相接，用户设定参数整合模块402与控制卫星参数计算模块403、控制信号发生器模块404相接。

控制时钟模块401是控制整个系统工作的时钟，在时钟的激励下，首先控制用户设定参数整合模块402将不同数据整合，送入不同的模块。然后卫星参数计算控制模块403开始向卫星参数计算模块102发送设定参数，并读回上一时钟发送时刻卫星参数计算模块102计算结果。接着信号发生器控制模块403控制卫星参数计算模块102将计算参数传给卫星信号产生模块103。接收机性能输出模块405将接收到接收机数据与本地保存数据比较，判断接收机性能。

本发明能够进行高动态卫星导航信号源模拟器的装置的开发与卫星信号验证测试平台的搭建。这里所述的方法与设备，彼此分离的单体部件可以完全是传统的，我们要求将它们的组合作为发明进行保护。以上所述仅为本发明对于高动态卫星导航信号源模拟器方法与装置较佳的具体实施方式，但本发明的真实精神和范围不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员可以修改单体部件的算法，实现不同应用场合的高动态多模式卫星导航信号源模拟器方法与装置。本发明仅由后附权利要求书及其等效技术方案来限定，我们要求将这些作为本发明来保护。

Claims (8)

1、一种高动态多模式卫星导航信号源模拟方法及其装置，其特征在于包括以下步骤：

1)控制模块读取用户对模拟器工作参数，工作参数包括：接收机类型参数、接收机最大速度、加速度、加加速度参数、接收机工作环境参数、系统起始时刻时间世界协调时时间参数；

2)卫星参数计算模块根据工作参数，计算接收机当前时刻收到的全球卫星定位系统、全球导航卫星系统和北斗二代卫星导航系统三种模式导航系统中可见卫星的状态参数；

3)将卫星信号状态参数载入到卫星信号产生器中，产生实时卫星信号送入导航接收机，得到伪距和定位信息；

4)将伪距和定位信息送入接收机性能分析模块，与可见卫星状态参数值比较，判断接收机的捕获、跟踪和定位性能，并将结果输出给用户。

2、根据权利要求1所述的一种高动态多模式卫星导航信号源模拟方法及其装置，其特征在于，所述的卫星参数计算模块根据工作参数，计算接收机当前时刻收到的全球卫星定位系统、全球导航卫星系统和北斗二代卫星导航系统三种模式导航系统中可见卫星的状态参数包括以下步骤：

1)初始化模块，将从接收机获得的卫星历书数据和广播星历数据导入存储器中；

2)从存储器读取卫星历书数据，根据历书数据计算卫星粗略轨道位置；

3)计算接收机速度、加速度和加加速度参数计算接收机在三种导航模式坐标系统中的位置坐标；

4)由卫星位置坐标和卫星粗略轨道位置判断卫星仰角，选取仰角大于规定值的卫星进行模拟；

5)根据用户设定的起始世界协调时时间，由广播星历数据计算每颗可见卫星精密轨道位置，得到N个插值节点时刻卫星精确位置；

6)利用内文利插值方法流水计算当前时刻每颗可见卫星位置，如果精度不够，使用广播星历计算一个新插值点，直到卫星轨道位置精度达到要求；

7)根据接收机位置和卫星轨道位置，迭代计算每颗可见卫星信号空间传播延时；

8)根据广播星历计算当前时刻电离层传播误差，使用霍普菲尔德模型计算对流层传播误差；

9)由用户设定的接收机环境，根据卫星信号三阶模型计算卫星多径误差；

10)根据广播星历，计算星钟误差；

11)由卫星信号空间传播延时、电离层传播误差、对流层传播误差、卫星多径误差和星钟误差，推算卫星信号发射时刻的状态参数，包括每颗可见卫星的码数控振荡器的相位值、码相位、20ms历元计数器、电文比特位置、载波频率、信噪比、信号功率电平。

3、根据权利要求1所述的一种高动态多模式卫星导航信号源模拟方法及其装置，其特征在于，所述的将卫星信号状态参数载入到卫星信号产生器中，产生实时卫星信号送入导航接收机，得到伪距和定位信息包括以下步骤：

1)将载入的卫星状态参数解析到相应的寄存器，根据三模式可见卫星序列号，选择各自的码产生器，在码数控振荡器中产生的码钟推动下产生伪随机码；

2)伪随机序列与卫星电文比特调制后，送入上变频器，产生I、Q两路矢量中频信号；

3)调整矢量中频卫星信号的功率，与固定功率的带限高斯白噪声相加，送入射频模块中进行矢量调制，经衰减器调节合成信号发射功率后输出。

4、根据权利要求1所述的高动态多模式卫星导航信号源模拟方法及其装置，其特征在于，所述的接收机性能分析模块包含以下步骤：

1)将卫星参数计算模块产生的接收机位置、卫星信号与接收机的伪距等信息存入寄存器中；

2)读取接收机的解算和接收机计算伪距值，并与模拟器本地保存的数据比较，分析接收机的捕获、跟踪和定位性能。

5、一种如权利要求1所述方法设计的高动态多模式卫星导航信号源模拟方法及其装置，其特征在于，用户接口模块(107)与控制模块(101)、卫星参数计算模块(102)、卫星信号产生模块(103)、输出装置(104)、高动态多模式接收机(105)、接收机性能分析模块(106)相接，控制模块(101)与卫星信号产生模块(103)、接收机性能分析模块(106)相接，接收机性能分析模块(106)与卫星参数计算模块(102)相接。

6、根据权利要求6所述的高动态多模式卫星导航信号源模拟方法及其装置，其特征在于，所述的卫星参数计算模块(102)的内部模块连接关系为：高动态接收机位置计算模块(201)与可见卫星计算模块(202)、卫星轨道计算模块(203)、卫星传播延时计算模块(204)相接，卫星信号状态计算模块(205)与卫星传播延时计算模块(204)、卫星传播误差计算模块(206)相接。

7、根据权利要求6所述的高动态多模式卫星导航信号源模拟方法及其装置，其特征在于，所述的卫星信号产生模块(103)的内部模块连接关系为：码数控振荡器(302)与码产生器(301)、电文调制模块(304)上变频器(305)、信噪比控制模块(307)、功率控制模块(309)相接，电文产生模块与(303)与电文调制模块(304)相接，噪声产生模块(306)与信噪比控制模块(307)相接，多径衰落模块(308)与功率控制模块(309)相接。

8、根据权利要求6所述的高动态多模式卫星导航信号源模拟方法及其装置，其特征在于，所述的控制模块(101的内部模块连接关系为：控制时钟模块(401)与用户设定参数整合模块(402)、卫星参数计算控制模块(403)、信号发生器控制模块(404)、接收机性能输出模块(405)相接，用户设定参数整合模块(402)与控制卫星参数计算模块(403)、控制信号发生器模块(404)相接。

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