CN106249257B - 卫星定位信号的基带仿真系统及基带仿真信号生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种卫星定位信号的基带仿真系统及基带仿真信号生成方法，其中，该系统包括：控制主机、与控制主机分别连接的载波生成模块、码和滤波器系数生成模块、电文移位控制模块和Neuman‑Hofman码生成模块，以及依次连接的扩频调制模块、滤波模块和混频模块；控制主机用于分别向载波生成模块、码和滤波器系数生成模块、电文移位控制模块和Neuman‑Hofman码生成模块发送仿真数据和控制命令；混频模块用于对载波数据和滤波信号进行混频计算，得到基带仿真信号，并输出基带仿真信号。本发明可以较为便捷地获取卫星信号的基带仿真信号，且仿真信号准确，进而降低了特定应用环境下卫星信号接收机的研发成本。

Description

卫星定位信号的基带仿真系统及基带仿真信号生成方法

技术领域

本发明涉及卫星导航技术领域，具体而言，涉及一种卫星定位信号的基带仿真系统及基带仿真信号生成方法。

背景技术

全球定位系统GPS的第三代民用信号GPS-L5可以应用于生命安全传输等对信号精准度要求极高的领域。GPS-L5的中心频率为1176MHz，该波段可以供航空安全服务使用；GPS-L5信号有更高的功率、更大的带宽和更先进的信号设计。因而，未来航行器的通信信号采用L1载波上的C/A码信号和GPS-L5信号结合使用以提高通信信号精度和性能。另外，除了更加安全和精确的优点之外，该GPS-L5信号还可以提高航空、铁路、水路和高速公路的吞吐率和燃料利用率。

目前，为了保证上述GPS-L5信号等GNSS卫星信号接收机的性能，在该接收机的研发阶段，通常需要处在研发状态的接收机接收真实的GPS-L5信号，以获得该接收机的测试数据；研发人员根据该测试数据对该接收机进行试验和改进。然而，对于特定条件下(比如高动态，复杂轨迹等条件)真实的GPS-L5信号获取需要较高的经济和时间成本，且信号的获取不便捷，导致接收机的生产需要较高的试验成本和研发投入。

针对上述GPS-L5信号的获取便捷性较差且成本较高的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种卫星定位信号的基带仿真系统及基带仿真信号生成方法，可以较为便捷地获取卫星信号的基带仿真信号，且仿真信号准确，进而降低了特定应用环境下的卫星信号接收机的研发成本。

第一方面，本发明实施例提供了一种卫星定位信号的基带仿真系统，包括：控制主机、与控制主机分别连接的载波生成模块、码和滤波器系数生成模块、电文移位控制模块和Neuman-Hofman码生成模块，以及依次连接的扩频调制模块、滤波模块和混频模块；扩频调制模块分别与码和滤波器系数生成模块、电文移位控制模块和Neuman-Hofman码生成模块连接；滤波模块还与码和滤波器系数生成模块连接；混频模块还与载波生成模块连接；码和滤波器系数生成模块还与电文移位控制模块连接；电文移位控制模块还与Neuman-Hofman码生成模块连接；控制主机用于分别向载波生成模块、码和滤波器系数生成模块、电文移位控制模块和Neuman-Hofman码生成模块发送仿真数据和控制命令；其中，仿真数据是卫星定位信号的仿真数据；载波生成模块用于根据控制命令，对仿真数据进行载波计算，得到载波数据，并将载波数据输出至混频模块；其中，载波数据包括载波的正弦值和余弦值；码和滤波器系数生成模块用于根据控制命令，对仿真数据进行编码计算，得到伪码、滤波器系数和码周期进位信号；其中，伪码输出至扩频调制模块；滤波器系数输出至滤波模块；码周期进位信号输出至电文移位控制模块；电文移位控制模块用于在码周期进位信号的控制下输出仿真数据对应的电文内容至扩频调制模块；并输出电文内容的电文进位标志至Neuman-Hofman码生成模块；Neuman-Hofman码生成模块用于从控制命令中提取生成Neuman-Hofman码的初始值，并根据电文进位标志实时更新初始值，将更新后的初始值依次输出得到Neuman-Hofman码；将Neuman-Hofman码输出至扩频调制模块；扩频调制模块用于根据电文内容、伪码和Neuman-Hofman码计算生成扩频数据；并将扩频数据输出至滤波模块；滤波模块用于根据滤波器系数对扩频数据进行滤波处理，生成滤波信号；并将滤波信号发送至混频模块；混频模块用于对载波数据和滤波信号进行混频计算，得到基带仿真信号，并输出基带仿真信号。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，上述系统还包括接口模块；接口模块设置于控制主机与载波生成模块、码和滤波器系数生成模块、电文移位控制模块和Neuman-Hofman码生成模块之间，用于将控制主机发送的仿真数据和控制命令进行分类和筛选，将分类和筛选后的各路仿真数据和控制命令分别对应发送至载波生成模块、码和滤波器系数生成模块、电文移位控制模块和Neuman-Hofman码生成模块。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，上述系统还包括现场可编程门阵列ZYNQ芯片，ZYNQ芯片与控制主机连接；ZYNQ芯片包括载波生成模块和码和滤波器系数生成模块；ZYNQ芯片用于存储正余弦查找表，并通过载波生成模块生成载波数据；ZYNQ芯片还用于存储通过码和滤波器系数生成模块生成的伪码和滤波器系数。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，上述载波生成模块包括：接收单元，用于接收控制主机发送的仿真数据，其中，仿真数据包括载波相位、载波相位变化率、载波相位二阶变化率和载波相位三阶变化率；；计算单元，用于根据载波相位、载波相位变化率、载波相位二阶变化率和载波相位三阶变化率数据进行载波计算，得到数字控制振荡器的工作参数；载波数据生成单元，用于通过数字控制振荡器根据工作参数和正余弦查找表，生成载波数据；输出单元，用于将载波数据输出至混频模块。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，上述码和滤波器系数生成模块包括：接收单元，用于接收控制主机发送的伪距数据、伪距速度数据、伪距加速度数据和伪距加加速度数据；工作参数计算单元，用于根据伪距、伪距速度、伪距加速度、伪距加加速度计算获得滤波器的工作参数；滤波器地址计算单元，用于根据工作参数进行计算、查找，得到伪码、滤波器系数和码周期进位信号；输出单元，用于将伪码输出至扩频调制模块、码周期进位信号输出至电文移位控制模块；将滤波器系数输出至滤波模块。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，上述控制主机包括仿真单元和控制单元；仿真单元用于分别向载波生成模块、码和滤波器系数生成模块、电文移位控制模块和Neuman-Hofman码生成模块发送仿真数据；控制单元用于分别向载波生成模块、码和滤波器系数生成模块、电文移位控制模块和Neuman-Hofman码生成模块发送控制命令。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，上述电文移位控制模块包括：接收单元，用于接收控制主机发送的仿真数据对应的电文内容和码和滤波器系数生成模块发送的码周期进位信号；控制单元，用于根据码周期进位信号对电文内容进行移位控制；输出单元，用于将移位控制后的电文内容输出至扩频调制模块；并将电文内容的电文进位标志输出至Neuman-Hofman码生成模块。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，上述Neuman-Hofman码生成模块包括：提取接收单元，用于从控制命令中提取生成Neuman-Hofman码的初始值；并接收电文移位控制模块输出的电文进位标志；Neuman-Hofman码生成单元，用于根据电文进位标志更新初始值；并将更新后的初始值依次输出得到Neuman-Hofman码；输出单元，用于将Neuman-Hofman码输出至扩频调制模块。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，上述扩频调制模块包括：接收单元，用于接收电文移位控制模块发送的电文内容、码和滤波器系数生成模块发送的伪码和Neuman-Hofman码生成模块发送的Neuman-Hofman码；操作单元，用于对电文内容、伪码和Neuman-Hofman码进行异或操作；扩频单元，用于对异或操作后的电文内容、伪码和Neuman-Hofman码进行扩频，生成扩频数据；输出单元，用于将扩频数据输出至滤波模块。

第二方面，本发明实施例提供了一种应用上述系统的基带仿真信号生成方法，包括：控制主机分别向载波生成模块、码和滤波器系数生成模块、电文移位控制模块和Neuman-Hofman码生成模块发送仿真数据和控制命令；其中，仿真数据是卫星定位信号的仿真数据；载波生成模块根据控制命令，对仿真数据进行载波计算，得到载波数据，并将载波数据输出至混频模块；其中，载波数据包括载波的正弦值和余弦值；码和滤波器系数生成模块根据控制命令，对仿真数据进行编码计算，得到伪码、滤波器系数和码周期进位信号；其中，伪码输出至扩频调制模块；滤波器系数输出至滤波模块；码周期进位信号输出至电文移位控制模块；电文移位控制模块在码周期进位信号的控制下输出仿真数据对应的电文内容至扩频调制模块；并输出电文内容的电文进位标志至Neuman-Hofman码生成模块；Neuman-Hofman码生成模块用于从控制命令中提取生成Neuman-Hofman码的初始值，并根据电文进位标志实时更新初始值，将更新后的初始值依次输出得到Neuman-Hofman码；将Neuman-Hofman码输出至扩频调制模块；扩频调制模块用于根据电文内容、伪码和Neuman-Hofman码计算生成扩频数据；并将扩频数据输出至滤波模块；滤波模块用于对扩频数据进行滤波处理，生成滤波信号；并将滤波信号发送至混频模块；混频模块用于对载波数据和滤波信号进行混频计算，得到基带仿真信号，并输出基带仿真信号。

本发明实施例提供的一种卫星定位信号的基带仿真系统及基带仿真信号生成方法，通过控制主机向载波生成模块、码和滤波器系数生成模块、电文移位控制模块和Neuman-Hofman码生成模块分别发送仿真数据和控制命令，通过上述码和滤波器系数生成模块、电文移位控制模块和Neuman-Hofman码生成模块分别进行控制、编码和计算处理，输出电文内容、伪码和Neuman-Hofman码；通过扩频调制模块、滤波模块以及混频模块对上述电文内容、伪码和Neuman-Hofman码数据分别进行扩频、滤波和混频处理，生成并输出基带仿真信号；上述方式可以较为便捷地获取卫星信号的基带仿真信号，且仿真信号准确，进而降低了特定应用环境下卫星信号接收机的研发成本。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明实施例所提供的一种卫星定位信号的基带仿真系统的结构示意图；

图2示出了本发明实施例所提供的一种卫星定位信号的基带仿真系统的具体结构示意图；

图3示出了本发明实施例所提供一种应用上述卫星定位信号的基带仿真系统的基带仿真信号生成方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

考虑到现有特定条件下的GPS-L5信号的获取便捷性较差且成本较高的问题，本发明实施例提供了一种卫星定位信号的基带仿真系统及基带仿真信号生成方法；该技术可以应用于GPS-L5信号的基带仿真信号的生成；还可以应用于其他卫星信号的基带仿真信号的生成；该技术可以采用相关的软件和硬件实现，下面通过实施例进行描述。

实施例1

参见图1所示的一种卫星定位信号的基带仿真系统的结构示意图，该系统包括控制主机100、与该控制主机100分别连接的载波生成模块102、码和滤波器系数生成模块104、电文移位控制模块106和Neuman-Hofman码生成模块108，以及依次连接的扩频调制模块110、滤波模块112和混频模块114；该扩频调制模块110分别与码和滤波器系数生成模块104、电文移位控制模块106和Neuman-Hofman码生成模块108连接；滤波模块112还与码和滤波器系数生成模块104连接；混频模块114还与载波生成模块102连接；码和滤波器系数生成模块104还与电文移位控制模块106连接；电文移位控制模块还与Neuman-Hofman码生成模块连接；

上述控制主机100用于分别向载波生成模块102、码和滤波器系数生成模块104、电文移位控制模块106和Neuman-Hofman码生成模块108发送仿真数据和控制命令；其中，该仿真数据是卫星定位信号的仿真数据；

上述载波生成模块102用于根据控制命令，对仿真数据进行载波计算，得到载波数据，并将载波数据输出至混频模块114；其中，该载波数据包括载波的正弦值和余弦值；

上述码和滤波器系数生成模块104用于根据控制命令，对仿真数据进行编码计算，得到伪码、滤波器系数和码周期进位信号；其中，该伪码输出至扩频调制模块110；该滤波器系数输出至滤波模块112；该码周期进位信号输出至电文移位控制模块106；

上述电文移位控制模块106用于在码周期进位信号的控制下输出仿真数据对应的电文内容至扩频调制模块110；并输出电文内容的电文进位标志至Neuman-Hofman码生成模块108；

上述Neuman-Hofman码生成模块108用于从控制命令中提取生成Neuman-Hofman码的初始值，并根据电文进位标志实时更新初始值，将更新后的初始值依次输出得到Neuman-Hofman码；将Neuman-Hofman码输出至扩频调制模块110；

上述扩频调制模块110用于根据电文内容、伪码和Neuman-Hofman码计算生成扩频数据；并将扩频数据输出至滤波模块112；

上述滤波模块112用于根据滤波器系数对扩频数据进行滤波处理，生成滤波信号；并将滤波信号发送至混频模块114；

上述混频模块114用于对载波数据和滤波信号进行混频计算，得到基带仿真信号，并输出基带仿真信号。

本发明实施例提供的一种卫星定位信号的基带仿真系统，通过控制主机向载波生成模块、码和滤波器系数生成模块、电文移位控制模块和Neuman-Hofman码生成模块分别发送仿真数据和控制命令，通过上述码和滤波器系数生成模块、电文移位控制模块和Neuman-Hofman码生成模块分别进行控制、编码和计算处理，输出电文内容、伪码和Neuman-Hofman码；通过扩频调制模块、滤波模块以及混频模块对上述电文内容、伪码和Neuman-Hofman码数据分别进行扩频、滤波和混频处理，生成并输出基带仿真信号；上述方式可以较为便捷地获取卫星信号的基带仿真信号，且仿真信号准确，进而降低了特定应用环境下卫星信号接收机的研发成本。

实施例2

为了更详细地说明上述实施例1中提供的一种卫星定位信号的基带仿真系统，参见图2所示的一种卫星定位信号的基带仿真系统的具体结构示意图；在图1所示系统示意图的基础上，该系统还包括接口模块200；该接口模块200设置于控制主机与载波生成模块、码和滤波器系数生成模块、电文移位控制模块和Neuman-Hofman码生成模块之间，用于将控制主机发送的仿真数据和控制命令进行分类和筛选，将分类和筛选后的各路仿真数据和控制命令分别对应发送至载波生成模块、码和滤波器系数生成模块、电文移位控制模块和Neuman-Hofman码生成模块；即，该接口模块可以提供控制主机与其他模块之间的接口。

考虑到该系统中数据计算的实时性，上述系统还包括现场可编程门阵列ZYNQ芯片，该ZYNQ芯片与控制主机连接，该ZYNQ芯片包括载波生成模块和码和滤波器系数生成模块；ZYNQ芯片用于存储正余弦查找表，并通过载波生成模块生成载波数据；ZYNQ芯片还用于存储通过码和滤波器系数生成模块生成的伪码和滤波器系数；上述ZYNQ芯片内部的流水线操作方式处理信号效率较高；与传统FPGA芯片相比，ZYNQ芯片内部集成双核ARM，相对于DSP(或者ARM)和FPGA协同工作的方式，ZYNQ芯片更加节约电路板面积，且功耗更低；上述系统通过采用ZYNQ芯片可以提高系统生成信号的效率。

为了获取载波数据，上述载波生成模块包括如下部分：(1)接收单元，用于接收控制主机发送的仿真数据，其中，仿真数据包括载波相位、载波相位变化率、载波相位二阶变化率和载波相位三阶变化率；(2)计算单元，用于根据载波相位、载波相位变化率、载波相位二阶变化率和载波相位三阶变化率数据进行载波计算，得到数字控制振荡器的工作参数；(3)载波数据生成单元，用于通过数字控制振荡器根据工作参数和ZYNQ芯片中存储的正余弦查找表，生成载波数据(图2中，示出了载波数据中的正弦值和余弦值)；(4)输出单元，用于将载波数据输出至混频模块。具体地，上述载波生成模块可以根据接口模块送过来的载波相位、载波相位变化率、载波相位二阶变化率和载波相位三阶变化率算出载波数字控制振荡器NCO的累加字和初始相位。载波NCO根据累加字和初始相位每个时钟周期进行累加，在ZYNQ的ROM中存储正余弦查找表,然后根据载波NCO的累加结果得到正余弦查找表的索引地址，根据索引值我们可以得到载波的幅度值。通过上述载波生成模块可以输出载波数据，该载波数据可以用于混频模块的混频处理。

为了获取伪码和其他相关数据，上述码和滤波器系数生成模块包括如下部分：(1)接收单元，用于接收控制主机发送的伪距数据、伪距速度数据、伪距加速度数据和伪距加加速度数据；(2)工作参数计算单元，用于根据伪距、伪距速度、伪距加速度、伪距加加速度计算获得滤波器的工作参数；(3)滤波器地址计算单元，用于根据工作参数进行计算、查找，得到伪码、滤波器系数和码周期进位信号；(4)输出单元，用于将伪码输出至扩频调制模块、码周期进位信号输出至电文移位控制模块；将滤波器系数输出至滤波模块。具体地，上述码和滤波器系数生成模块根据GPS ICD文件对码生成的描述，生成I\Q两路伪码存储在硬件ZYNQ的ROM中，将通过matlab软件设计好的延迟滤波器系数也存储在ZYNQ的ROM中。根据接口模块送过来的伪距、伪距加速度、伪距加速度和伪距加加速度计算出滤波器的累加字和初始值。滤波器地址计算模块根据累加字和初始地址每个时钟进行累加，根据累加结果得到滤波器系数的索引地址和伪码的索引地址，根据索引值可以得到滤波器的系数和码表的IQ两路的伪码，并同时给电文移位模块输出码周期进位信号。通过上述码和滤波器系数生成模块可以获取伪码、滤波器系数和码周期进位信号等数据，用于系统进行再处理进而生成基带仿真信号。

为了方便实施，上述控制主机包括仿真单元和控制单元；该仿真单元用于分别向载波生成模块、码和滤波器系数生成模块、电文移位控制模块和Neuman-Hofman码生成模块发送仿真数据；该控制单元用于分别向载波生成模块、码和滤波器系数生成模块、电文移位控制模块和Neuman-Hofman码生成模块发送控制命令。具体地，上述控制主机运行数学仿真软件和控制软件，数学仿真软件具有GNSS卫星导航系统全星座仿真功能，可仿真空间环境参数、相对论效应对用户观测量的影响，能够仿真载体旋转带来的信号多普勒、载波相位和信号功率强度的变化。控制软件控制仿真系统的整个仿真系统的工作流程。通过上述主机的仿真单元和控制单元可以分别向后续相关处理模块发送相应的仿真数据和控制指令，以使系统生成准确的基带仿真信号。

考虑到上述控制主机发送的电文内容需要在相关控制下进行输出，上述电文移位控制模块包括如下部分：(1)接收单元，用于接收控制主机发送的仿真数据对应的电文内容和码和滤波器系数生成模块发送的码周期进位信号；(2)控制单元，用于根据码周期进位信号对电文内容进行移位控制；(3)输出单元，用于将移位控制后的电文内容输出至扩频调制模块；并将电文内容的电文进位标志输出至Neuman-Hofman码生成模块。具体地，控制主机中的数学仿真软件已经根据ICD文件对电文生成的定义生成好了电文内容,并通过接口模块发送下来。电文移位控制模块根据码生成模块的码片周期进位信号来进行电文的移位控制，最后输出I/Q数据通道共二路电文。通过上述电文移位控制模块可以使电文内容在移位控制下输出至扩频调制模块。

为了便于实现，上述Neuman-Hofman码生成模块包括如下部分：(1)提取接收单元，用于从控制命令中提取生成Neuman-Hofman码的初始值；并接收电文移位控制模块输出的电文进位标志；(2)Neuman-Hofman码生成单元，用于根据电文进位标志更新初始值；并将更新后的初始值依次输出得到Neuman-Hofman码；(3)输出单元，用于将Neuman-Hofman码输出至扩频调制模块。具体地，上述系统启动时，根据控制接口过传送的仿真时间得到Neuman-Hofman码的初始值，程序运行过程中，根据电文移位控制模块产生的电文进位标志来不断更新Neuman-Hofman的值，输出当前值供后续调制模块使用。通过上述Neuman-Hofman码生成模块可以获得Neuman-Hofman码，并输出至扩频调制模块。

进一步，本发明实施例在实际实现时，上述扩频调制模块包括如下部分：(1)接收单元，用于接收电文移位控制模块发送的电文内容、码和滤波器系数生成模块发送的伪码和Neuman-Hofman码生成模块发送的Neuman-Hofman码；(2)操作单元，用于对电文内容、伪码和Neuman-Hofman码进行异或操作；(3)扩频单元，用于对异或操作后的电文内容、伪码和Neuman-Hofman码进行扩频，生成扩频数据；(4)输出单元，用于将扩频数据输出至滤波模块(该扩频数据包括相互正交的I路和Q路信号，均输出至滤波模块)。具体地，上述扩频调制模块根据电文移位控制模块送过来的电文、码生成模块送过来的伪码和Neuman-Hofman码生成模块送过来的Neuman-Hofman码，对它们进行异或操作，最后输出扩频后的数据。通过上述扩频调制模块可以对上述电文内容、伪码和Neuman-Hofman码进行异或和扩频处理。

上述滤波模块用于根据滤波器系数对扩频数据进行滤波处理，生成滤波信号(该滤波信号包括相互正交的I路和Q路信号，包括I路量化值信号和Q路量化值信号，均输出至混频模块)；并将滤波信号发送至混频模块114；具体地，扩频后的数据经过FIR滤波生成滤波后的信号。

上述混频模块用于对载波数据和滤波信号进行混频计算，得到基带仿真信号(该基带仿真信号包括相互正交的I路和Q路信号)，并输出基带仿真信号。具体地，混频模块根据载波生成模块输出的正余弦值和滤波模块滤波后的量化值(I路和Q路)进行复数乘法操作，最后输出基带数据(I路和Q路)。

实施例3

对应于上述实施例1和实施例2，本发明实施例提供了一种应用上述卫星定位信号的基带仿真系统的基带仿真信号生成方法；全球导航卫星系统GNSS卫星信号仿真是以卫星导航用户机为视角，利用计算机仿真技术和高性能硬件处理平台实时模拟播发GNSS卫星导航信号；该方式可以模拟多种环境条件下的信号，且可重复播放，可在实验室中直接生成高性能GNSS接收机研发和测试所需的卫星导航信号，极大降低了试验成本和研发投入。具体地，在GNSS卫星信号中，GPS L5信号采用QPSK调制方式，伪码速率10.23MHz，它与Galileo信号相似，由同向的数据支路和正交的导频支路组成。因为L5伪码速率较高，因此更优质的测距性能进而提高定位精度，同时与Galileo E5a信号共用一频段，保留未来与Galileo E5a信号良好的互操作性；因此上述方法可以应用于GPS L5信号的基带仿真信号的生成；该方法可以在硬件ZYNQ中用载波NCO模拟器高动态载波多普勒，用延迟滤波器模拟高精度伪码相位控制。

上述GPS L5信号由两个彼此相位正交的载波部分组成，每个载波部分使用BPSK方式调制一串独立的比特序列。I5-伪码序列、电文和同步序列模2和得到I路的比特序列，Q5-伪码序列和同步序列模2和后得到Q路的比特序列，Q路不调制任何电文信息。

参见图3所示的一种应用上述卫星定位信号的基带仿真系统的基带仿真信号生成方法的流程图，该方法包括如下步骤：

步骤S302，控制主机分别向载波生成模块、码和滤波器系数生成模块、电文移位控制模块和Neuman-Hofman码生成模块发送仿真数据和控制命令；其中，仿真数据是卫星定位信号的仿真数据；

步骤S304，载波生成模块根据控制命令，对仿真数据进行载波计算，得到载波数据，并将载波数据输出至混频模块；其中，载波数据包括载波的正弦值和余弦值；

步骤S306，码和滤波器系数生成模块根据控制命令，对仿真数据进行编码计算，得到伪码、滤波器系数和码周期进位信号；其中，伪码输出至扩频调制模块；滤波器系数输出至滤波模块；码周期进位信号输出至电文移位控制模块；

步骤S308，电文移位控制模块在码周期进位信号的控制下输出仿真数据对应的电文内容至扩频调制模块；并输出电文内容的电文进位标志至Neuman-Hofman码生成模块；

步骤S310，Neuman-Hofman码生成模块用于从控制命令中提取生成Neuman-Hofman码的初始值，并根据电文进位标志实时更新初始值，将更新后的初始值依次输出得到Neuman-Hofman码；将Neuman-Hofman码输出至扩频调制模块；

步骤S312，扩频调制模块用于根据电文内容、伪码和Neuman-Hofman码计算生成扩频数据；并将扩频数据输出至滤波模块；

步骤S314，滤波模块用于对扩频数据进行滤波处理，生成滤波信号；并将滤波信号发送至混频模块；

步骤S316，混频模块用于对载波数据和滤波信号进行混频计算，得到基带仿真信号，并输出基带仿真信号。

本发明实施例提供的一种应用上述卫星定位信号的基带仿真系统的基带仿真信号生成方法，通过控制主机向载波生成模块、码和滤波器系数生成模块、电文移位控制模块和Neuman-Hofman码生成模块分别发送仿真数据和控制命令，通过上述码和滤波器系数生成模块、电文移位控制模块和Neuman-Hofman码生成模块分别进行控制、编码和计算处理，输出电文内容、伪码和Neuman-Hofman码；通过扩频调制模块、滤波模块以及混频模块对上述电文内容、伪码和Neuman-Hofman码数据分别进行扩频、滤波和混频处理，生成并输出基带仿真信号；上述方式可以较为便捷地获取卫星信号的基带仿真信号，且仿真信号准确，进而降低了特定应用环境下卫星信号接收机的研发成本。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种卫星定位信号的基带仿真系统，其特征在于，包括：控制主机、与所述控制主机分别连接的载波生成模块、码和滤波器系数生成模块、电文移位控制模块和Neuman-Hofman码生成模块，以及依次连接的扩频调制模块、滤波模块和混频模块；所述扩频调制模块分别与所述码和滤波器系数生成模块、所述电文移位控制模块和所述Neuman-Hofman码生成模块连接；所述滤波模块还与所述码和滤波器系数生成模块连接；所述混频模块还与所述载波生成模块连接；所述码和滤波器系数生成模块还与所述电文移位控制模块连接；所述电文移位控制模块还与所述Neuman-Hofman码生成模块连接；

所述控制主机用于分别向所述载波生成模块、所述码和滤波器系数生成模块、所述电文移位控制模块和所述Neuman-Hofman码生成模块发送仿真数据和控制命令；其中，所述仿真数据是卫星定位信号的仿真数据；

所述载波生成模块用于根据所述控制命令，对所述仿真数据进行载波计算，得到载波数据，并将所述载波数据输出至所述混频模块；其中，所述载波数据包括载波的正弦值和余弦值；

所述码和滤波器系数生成模块用于根据所述控制命令，对所述仿真数据进行编码计算，得到伪码、滤波器系数和码周期进位信号；其中，所述伪码输出至所述扩频调制模块；所述滤波器系数输出至滤波模块；所述码周期进位信号输出至所述电文移位控制模块；

所述电文移位控制模块用于在所述码周期进位信号的控制下输出所述仿真数据对应的电文内容至所述扩频调制模块；并输出所述电文内容的电文进位标志至所述Neuman-Hofman码生成模块；

所述Neuman-Hofman码生成模块用于从所述控制命令中提取生成Neuman-Hofman码的初始值，并根据所述电文进位标志实时更新所述初始值，将更新后的所述初始值依次输出得到Neuman-Hofman码；将所述Neuman-Hofman码输出至所述扩频调制模块；

所述扩频调制模块用于根据所述电文内容、所述伪码和所述Neuman-Hofman码计算生成扩频数据；并将所述扩频数据输出至所述滤波模块；

所述滤波模块用于根据所述滤波器系数对所述扩频数据进行滤波处理，生成滤波信号；并将所述滤波信号发送至所述混频模块；

所述混频模块用于对所述载波数据和所述滤波信号进行混频计算，得到基带仿真信号，并输出所述基带仿真信号；所述基带仿真信号包括GPS-L5信号的基带仿真信号。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括接口模块；所述接口模块设置于所述控制主机与所述载波生成模块、所述码和滤波器系数生成模块、所述电文移位控制模块和所述Neuman-Hofman码生成模块之间，用于将所述控制主机发送的所述仿真数据和控制命令进行分类和筛选，将分类和筛选后的各路仿真数据和控制命令分别对应发送至所述载波生成模块、所述码和滤波器系数生成模块、所述电文移位控制模块和所述Neuman-Hofman码生成模块。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括现场可编程门阵列ZYNQ芯片，所述ZYNQ芯片与控制主机连接；所述ZYNQ芯片包括所述载波生成模块和所述码和滤波器系数生成模块；所述ZYNQ芯片用于存储正余弦查找表，并通过所述载波生成模块生成载波数据；所述ZYNQ芯片还用于存储通过所述码和滤波器系数生成模块生成的所述伪码和所述滤波器系数。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述载波生成模块包括：

接收单元，用于接收所述控制主机发送的所述仿真数据，其中，所述仿真数据包括载波相位、载波相位变化率、载波相位二阶变化率和载波相位三阶变化率；

计算单元，用于根据所述载波相位、所述载波相位变化率、所述载波相位二阶变化率和所述载波相位三阶变化率进行载波计算，得到数字控制振荡器的工作参数；

载波数据生成单元，用于通过所述数字控制振荡器根据所述工作参数和所述正余弦查找表，生成载波数据；

输出单元，用于将所述载波数据输出至所述混频模块。

5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述码和滤波器系数生成模块包括：

接收单元，用于接收所述控制主机发送的伪距数据、伪距速度数据、伪距加速度数据和伪距加加速度数据；

工作参数计算单元，用于根据所述伪距、所述伪距速度、所述伪距加速度、所述伪距加加速度计算获得滤波器的工作参数；

滤波器地址计算单元，用于根据所述工作参数进行计算、查找，得到所述伪码、所述滤波器系数和码周期进位信号；

输出单元，用于将所述伪码输出至所述扩频调制模块、所述码周期进位信号输出至所述电文移位控制模块；将所述滤波器系数输出至所述滤波模块。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制主机包括仿真单元和控制单元；所述仿真单元用于分别向所述载波生成模块、所述码和滤波器系数生成模块、所述电文移位控制模块和所述Neuman-Hofman码生成模块发送所述仿真数据；所述控制单元用于分别向所述载波生成模块、所述码和滤波器系数生成模块、所述电文移位控制模块和所述Neuman-Hofman码生成模块发送所述控制命令。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电文移位控制模块包括：

接收单元，用于接收所述控制主机发送的所述仿真数据对应的电文内容和所述码和滤波器系数生成模块发送的所述码周期进位信号；

控制单元，用于根据所述码周期进位信号对所述电文内容进行移位控制；

输出单元，用于将移位控制后的所述电文内容输出至所述扩频调制模块；并将所述电文内容的所述电文进位标志输出至所述Neuman-Hofman码生成模块。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述Neuman-Hofman码生成模块包括：

提取接收单元，用于从所述控制命令中提取生成Neuman-Hofman码的所述初始值；并接收所述电文移位控制模块输出的所述电文进位标志；

Neuman-Hofman码生成单元，用于根据所述电文进位标志更新所述初始值；并将更新后的所述初始值依次输出得到所述Neuman-Hofman码；

输出单元，用于将所述Neuman-Hofman码输出至所述扩频调制模块。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述扩频调制模块包括：

接收单元，用于接收所述电文移位控制模块发送的所述电文内容、所述码和滤波器系数生成模块发送的所述伪码和所述Neuman-Hofman码生成模块发送的所述Neuman-Hofman码；

操作单元，用于对所述电文内容、所述伪码和所述Neuman-Hofman码进行异或操作；

扩频单元，用于对异或操作后的所述电文内容、所述伪码和所述Neuman-Hofman码进行扩频，生成所述扩频数据；

输出单元，用于将所述扩频数据输出至所述滤波模块。

10.一种应用权利要求1至9中任一项所述系统的基带仿真信号生成方法，其特征在于，包括：

控制主机分别向载波生成模块、码和滤波器系数生成模块、电文移位控制模块和Neuman-Hofman码生成模块发送仿真数据和控制命令；其中，所述仿真数据是卫星定位信号的仿真数据；

所述载波生成模块根据所述控制命令，对所述仿真数据进行载波计算，得到载波数据，并将所述载波数据输出至混频模块；其中，所述载波数据包括载波的正弦值和余弦值；

所述码和滤波器系数生成模块根据所述控制命令，对所述仿真数据进行编码计算，得到伪码、滤波器系数和码周期进位信号；其中，所述伪码输出至扩频调制模块；所述滤波器系数输出至滤波模块；所述码周期进位信号输出至所述电文移位控制模块；

所述电文移位控制模块在所述码周期进位信号的控制下输出所述仿真数据对应的电文内容至所述扩频调制模块；并输出所述电文内容的电文进位标志至所述Neuman-Hofman码生成模块；

所述Neuman-Hofman码生成模块用于从所述控制命令中提取生成Neuman-Hofman码的初始值，并根据所述电文进位标志实时更新所述初始值，将更新后的所述初始值依次输出得到Neuman-Hofman码；将所述Neuman-Hofman码输出至所述扩频调制模块；

所述扩频调制模块用于根据所述电文内容、所述伪码和所述Neuman-Hofman码计算生成扩频数据；并将所述扩频数据输出至滤波模块；

所述滤波模块用于对所述扩频数据进行滤波处理，生成滤波信号；并将所述滤波信号发送至所述混频模块；

所述混频模块用于对所述载波数据和所述滤波信号进行混频计算，得到基带仿真信号，并输出所述基带仿真信号；所述基带仿真信号包括GPS-L5信号的基带仿真信号。