CN102621560B - 一种基于微波暗室的大场景卫星星座模拟方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于微波暗室的大场景卫星星座模拟方法，其特征在于步骤如下：将转台向天线方向沿直线移动扩大视场角，计算N颗导航卫星与卫星接收机的距离，从多根天线中选择出最小的N根辐射天线，从而确定N根辐射天线的位置；导航信号模拟器输出的N路导航信号由选定的N根天线向被测接收端载体转台方向进行发射，从而可实现卫星空间位置在微波暗室的空域模拟。本发明方法，利用N输出卫星导航模拟器，通过采用N根天线射频输出，构造了一个大角域仿真环境，通过对导航卫星星座的位置解算，将卫星空间位置的实际分布情况在微波暗室进行物理映射，从而能够真实反映卫星导航接收机测试性能。

Description

一种基于微波暗室的大场景卫星星座模拟方法

技术领域

本发明涉及一种卫星星座的模拟方法，具体涉及一种基于微波暗室的大场景卫星星座模拟方法，通过在微波暗室内构造一个大角域的仿真环境，模拟卫星导航信号的空域特征，从而提高了卫星导航接收机测试的真实性。

背景技术

卫星导航信号的室内模拟应已成为卫星导航接收机测试的重要组成部分，目前，卫星导航信号采用的模拟方法都比较简单，一般是通过射频导航信号模拟生成特定场景下的多星合成射频信号，并利用单天线辐射到微波暗室内，从而实现卫星信号的室内模拟；但是，由于单天线只能辐射到一个方向，从而无法模拟仿真卫星空间位置(卫星星座)，因此无法满足卫星导航接收机的测试需求。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种基于微波暗室的大场景卫星星座模拟方法。

技术方案

一种基于微波暗室的大场景卫星星座模拟方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：将转台向天线方向沿直线移动d米，扩大视场角α，

其中，l为微波暗室内原转台距天线距离，β为微波暗室的原视场角；

步骤2：计算M根辐射天线与转台的距离D_i，i∈(1，2，…M)：

其中，

为第i根辐射天线在微波暗室原坐标系中的位置坐标，转台移动前的位置为坐标原点，d为转台移动的距离；

计算辐射天线相对于移动后的转台位置的坐标

i∈(1，2，…M)；

步骤3：计算N颗导航卫星与卫星接收机的距离

j∈(1，2，…N)：

${\hat{D}}_j=\sqrt{{(X_{\mathrm{Sj}}-X_U)}^2+{(Y_{\mathrm{Sj}}-Y_U)}^2+{(Z_{\mathrm{Sj}}-Z_U)}^2}+c\·\mathrm{\τ}+c\·{\mathrm{\δt}}_S+c\·{\mathrm{\δt}}_U$

其中，(X_U，Y_U，Z_U)为接收机的位置坐标，(X_Sj，Y_Sj，Z_Sj)为导航卫星j在地心坐标系的位置坐标，τ为电离层延迟，δt_S为卫星钟相对理想GPS时钟的钟差，δt_S为接收钟相对理想GPS时钟的钟差，c为光速；

计算导航卫星j在卫星接收机球坐标系的位置坐标

j∈(1，2，…N)；

步骤4：根据计算结果，比较

与

i∈(1，2，…M)j∈(1，2，…N)，M≥N的大小，并从M根天线中选择出最小的N根辐射天线，从而确定N根辐射天线的位置；

步骤5：导航信号模拟器输出的N路导航信号由选定的N根天线向被测接收端载体转台方向进行发射，从而可实现卫星空间位置在微波暗室的空域模拟。

有益效果

本发明提出的一种基于微波暗室的大场景卫星星座模拟方法，利用N输出卫星导航模拟器，通过采用N根天线射频输出，构造了一个大角域仿真环境，通过对导航卫星星座的位置解算，将卫星空间位置的实际分布情况在微波暗室进行物理映射，从而能够真实反映卫星导航接收机测试性能。

附图说明

图1：卫星空间几何关系在微波暗室的模拟原理框图；

图2：微波暗室内辐射天线面阵示意图；

图3：西安上空卫星星座空间分布仿真图。

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

1)参见图1，微波暗室原转台距天线系统距离l为12米，视场角β为42°(±21°)，模拟卫星星座的空间范围有限，通过将被测接收机向面阵方向移动，可进一步加大视场角，拓宽卫星星座空间模拟范围，由公式计算可知，将被测接收端载体转台向天线系统方向移动距离d为10.4米时，视场角α将扩大至160°(±80°)，基本上可达到上半空间(即星座仰角范围为0°～90°)的星座角域模拟能力。

2)微波暗室内已有的辐射天线为天线面阵系统，由211个天线辐射单元构成，面阵为球冠结构，接收端载体转台正对辐射天线位置为坐标原点，参见图2，通过公式计算211根辐射天线相对于移动后的转台位置的坐标，即

3)由卫星星历可知，上午8点时刻西安上空可见的导航卫星星数目为9颗，其卫星星座图的空间分布图参见图3，经过公式计算导航卫星在卫星接收机球坐标系的位置坐标，即

其中

(j∈(1，2，…9)如表1所示。

表1卫星相对于接收机的角域位置关系

4)比较

与

的大小，从

中选出

最小的9根辐射天线单元，如表2所示，并将导航信号模拟器的9路射频信号从这9根面阵天线单元向被测接收端载体转台方向进行发射，角域误差在13°之内，基本实现导航信号的空域星座模拟输出。

表2天线辐射单元相对于转台的角域位置关系

Claims (1)

1.一种基于微波暗室的大场景卫星星座模拟方法，其特征在于步骤如下： 

步骤1：将转台向天线方向沿直线移动d米，扩大视场角α，

其中，l为微波暗室内原转台距天线距离，β为微波暗室的原视场角； 

步骤2：计算M根辐射天线与转台的距离D_i，i∈(1,2,…M)： 

其中，

为第i根辐射天线在微波暗室原坐标系中的位置坐标，转台移动前的位置为坐标原点，d为转台移动的距离； 

计算辐射天线相对于移动后的转台位置的坐标

i∈(1,2,…M)； 

步骤3：计算N颗导航卫星与卫星接收机的距离

，j∈(1,2,…N)： 

其中，(X_U,Y_U,Z_U)为接收机的位置坐标，(X_Sj,Y_Sj,Z_Sj)为导航卫星j在地心坐标系的位置坐标，τ为电离层延迟，δt_S为卫星钟相对理想GPS时钟的钟差，δt_U为接收钟相对理想GPS时钟的钟差，c为光速； 

计算导航卫星j在卫星接收机球坐标系的位置坐标

j∈(1,2,…N)； 

步骤4：根据计算结果，比较

与

i∈(1,2,…M)，j∈(1,2,…N)，M≥N的大小， 并从M根天线中选择出

最小的N根辐射天线，从而确定N根辐射天线的位置； 

步骤5：导航信号模拟器输出的N路导航信号由选定的N根天线向被测接收端载体转台方向进行发射，从而可实现卫星空间位置在微波暗室的空域模拟。 

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