CN107462906A - 一种基于北斗卫星信号再生gps信号的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及卫星导航领域，公开一种基于北斗卫星信号再生GPS信号的方法及系统，包括如下步骤：S1：接收北斗卫星信号；S2：获得北斗位置和时间信息；S3：将北斗时间信息送至时频单元，将北斗位置和时间信息送至GPS数仿单元；S4：时频单元同步触发GPS数仿单元根据北斗位置信息和北斗时间信息、GPS星历计算GPS信号仿真数据；S5：根据所述GPS信号仿真数据实时生成原有GPS设备接收天线所需的GPS射频信号。通过本发明GPS信号再生，无需改变现有GPS设备，实现北斗位置和时间到GPS位置和时间的转换，原有GPS设备即可实现与接收实际GPS信号一样的位置和时间，还提高导航、授时的安全性，且建设成本低。
Description
技术领域
本发明涉及卫星导航领域，尤其涉及一种基于北斗卫星信号再生GPS信号的方法及系统。
背景技术
随着全球BDS、GPS、GLONASS、Galileo四大卫星导航系统的建设与发展，卫星导航系统已经被广泛应用于国民经济的各个领域。然而，目前国内卫星导航的90％市场都是GPS，而GPS又属美国的卫星导航系统，其服务能力和范围完全由美国军方操控，这对于我国一些完全依赖于美国GPS的重要行业而言是非常不利的，如对我国的通信、电力、银行和军事设备等将是隐患无穷，一旦GPS卫星信号被蓄意关闭或者出现意外情况导致GPS信号接收不到，或者接收错误的GPS信号，从而导致授时、导航紊乱，造成无法弥补的巨大损失。鉴于此，为了彻底摆脱GPS的制约和加强导航信息安全，应快速更换GPS终端设备。
虽然，我国BDS可以完全替代GPS，但对于有些GPS终端设备与外围其他设备耦合在一起，很难直接用BDS终端代替GPS终端，改换成本高，安装及调试周期长。因此，亟待解决如何在不改变现有的GPS卫星导航终端前提下实现有效安全授时与导航。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种安全、高效、且无需改变现有的GPS终端的北斗卫星信号再生GPS信号的方法及系统。具体采用以下技术方案：
一种基于北斗卫星信号再生GPS信号的方法，包括如下步骤：
S1：接收北斗卫星信号，经下变频和模数转换后送入基带信号处理；
S2：在基带信号处理过程中，对北斗卫星信号进行捕获、跟踪、解调，获得北斗位置信息和北斗时间信息；
S3：将北斗时间信息送至时频单元，将所述北斗位置信息送至GPS数仿单元；
S4：时频单元同步触发GPS数仿单元根据北斗位置信息、GPS星历计算GPS信号仿真数据；
S5：根据所述GPS信号仿真数据实时生成原有GPS设备接收天线所需的GPS射频信号。
其中，所述北斗位置信息包括经度、纬度和高程。
本发明还提供一种基于北斗卫星信号再生GPS信号的系统，包括依次连接的北斗接收机、GPS数仿单元、GPS信号生成单元、原有GPS设备信号接收天线，其中，北斗接收机还通过时频单元同步控制GPS数仿单元和GPS信号生成单元，所述GPS信号生成单元生成的GPS射频信号由所述原有GPS设备接收天线接收。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明利用我国自主研发的北斗卫星导航系统，通过北斗接收机接收北斗卫星信号获取北斗位置信息和北斗时间信息，通过模拟GPS信号仿真数据，生成原有GPS设备接收天线所需的GPS射频信号。在北斗接收机中还经过抗欺骗抗干扰处理，使得本发明所产生的GPS射频信号具备抗欺骗抗干扰能力，本发明不但解决无需改变现有GPS导航终端可以同步无缝接收GPS射频信号，所接收的GPS射频信号还比以往GPS信号更具有抗欺骗抗干扰能力，大大提高了导航、授时的安全性；
2、本发明通过时频单元提供时频基准给GPS数仿单元及GPS信号生成单元，以保证再生的GPS卫星导航信号与真实卫星导航信号的时间、频率同步一致性；GPS星历不但可以通过GPS数仿单元仿真，还可以直接通过数据注入接口，例如从互联网获取或外设GPS接收天线获取，或者通过上位机自动或手动输入，本发明灵活性强，可以适应在任何环境下实现北斗卫星信号再生为GPS信号，安装使用简便、建设成本低；
3、通过本发明北斗卫星信号到GPS信号再生，实现北斗位置和时间到GPS位置和时间的转换，这样对于原有GPS设备可以实现与接收实际GPS信号一样的位置和时间，其中接收再生的GPS信号所获得的位置和时间精度与接收实际GPS系统信号所获得的位置和时间精度相同，且在安装使用该装置时不会造成位置和时间突变。
附图说明
图1为本发明实施例所示的方法流程图；
图2为本发明实施例所示的结构示意图。
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的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
本发明提供一种基于北斗卫星信号再生GPS信号的方法，包括如下步骤：
S1：接收北斗卫星信号，经下变频和模数转换后送入基带信号处理；
S2：在基带信号处理过程中，对北斗卫星信号进行捕获、跟踪、解调，获得北斗位置信息和北斗时间信息；
S3：将北斗时间信息送至时频单元，将所述北斗位置信息送至GPS数仿单元；
S4：时频单元同步触发GPS数仿单元根据北斗位置信息、GPS星历计算GPS信号仿真数据；
S5：根据所述GPS信号仿真数据实时生成原有GPS设备接收天线所需的GPS射频信号。
其中，所述北斗位置信息包括经度、纬度和高程。
本实施例中，在S3之前，对北斗卫星信号进行抗干扰抗欺骗处理，通过利用多阵元天线的自适应调零特性，对外来干扰信号进行调零处理，通常设置4阵元天线、7阵元天线或15阵元天线，亦或者在卫星信号不同来向上，选择性屏蔽功率过高的干扰信号，而在抗欺骗处理中，通常采用时延阈值比较法则，屏蔽时延差值大于预设阈值的欺骗信号，综上，使得本发明所产生的GPS射频信号同样具备抗欺骗抗干扰能力，本发明不但解决无需改变现有GPS卫星导航设备可以同步无缝接收GPS射频信号，还比以往GPS信号更具有抗欺骗抗干扰能力，大大提高了导航、授时的安全性。
本实施例中，在时频单元同步触发GPS数仿单元根据北斗位置信息、GPS星历计算GPS信号仿真数据，所述GPS星历可以由GPS数仿单元仿真。或者还可以通过外部接口将GPS星历注入到GPS数仿单元。具体的，GPS信号仿真数据由观测数据仿真模块和导航电文仿真模块生成，观测数据仿真模块根据北斗卫星信号接收时刻的北斗位置信息，如速度、经度、纬度和高程，仿真生成包括GPS观测数据如伪距、速度、加速度、加加速度；导航电文仿真模块根据GPS星历生成的导航电文模型：卫星状态、空间环境参数、时间系统改正参数、广域差分信息和系统完好性信息等和相关模型计算拟合后的参数如：卫星轨道数据、卫星钟差修正参数等实现GPS电文的编排。而其他例如卫星轨道及钟差计算模型使用GPS星历信息计算生成所需的GPS卫星状态数据。凡是能够实现获取GPS星历，且通过GPS数仿单元计算出GPS信号仿真数据的，都是本发明申请的保护范围。
通过本发明GPS信号再生，实现北斗位置和时间到GPS位置和时间的转换，这样对于原有GPS设备可以实现与接收实际GPS信号一样的位置和时间，其中接收再生的GPS信号所获得的位置和时间精度与接收实际GPS系统信号所获得的位置和时间精度相同，且在安装使用该装置时不会造成位置和时间突变。
进一步，在播发GPS射频信号之前调节所述GPS射频信号的功率，来调整信号的发射强度，以适合现有GPS设备接收天线所需的GPS射频信号，当然也可以增大或衰减播发的GPS导航信号的功率，例如在海上密集的海舰船上，以其中一艘海舰作为GPS信号基站，通过本系统再生的GPS射频信号，可以为几十海里内提供有效GPS卫星导航定位保障，不会因为信号微弱造成其他海舰上的GPS导航终端无法接收的问题，进行智能灵活调节，因此，本发明生成的GPS射频信号可广泛应用在通信系统、电力、银行和军事设备，为我国重大基础设施提供了安全保障。
本发明还提供一种基于北斗卫星信号再生GPS信号的系统，如图2所示，包括依次连接的北斗接收机、GPS数仿单元、GPS信号生成单元、原有GPS设备接收天线，其中，北斗接收机还通过时频单元同步控制GPS数仿单元和GPS信号生成单元，所述GPS信号生成单元生成的GPS射频信号由所述原有GPS设备接收天线接收。
在本实施例中，北斗接收机中还包括依次连接的下变频模块、模数转换模块和抗欺骗抗干扰处理模块，北斗接收天线接收北斗卫星信号，经下变频模块下变频然后经抗欺骗抗干扰处理模块进行抗欺骗抗干扰处理，在抗干扰处理中可通过利用多阵元天线的自适应调零特性，对外来干扰信号进行调零处理，通常设置4阵元天线、7阵元天线或15阵元天线，亦或者在卫星信号不同来向上，选择性屏蔽功率过高的干扰信号，而在抗欺骗处理中，可采用时延阈值比较法则，屏蔽时延差值大于预设阈值的欺骗信号，综上，本实施例中北斗接收机输出的北斗位置信息和北斗时间信息都具备抗欺骗抗干扰能力，使得本发明所产生的GPS射频信号同样具备抗欺骗抗干扰能力，本发明不但解决无需改变现有GPS导航终端可以同步无缝接收GPS射频信号，所接收的GPS射频信号还比以往GPS信号更具有抗欺骗抗干扰能力，大大提高了导航、授时的安全性。
在本实施例中，时频单元实时接收北斗时间信息，经处理输出本地时频基准信号(10MHz和1PPS)，驱动与分频生成如GPS数仿单元、GPS信号生成单元所需的频标信号，如此，频标信号与真实北斗卫星系统的时间频率同步，保证再生的GPS射频信号的可靠性。此外，时频单元还可以内置接口，方便用户查询工作状态、授时质量等，以保证现有GPS导航终端实现连续导航。
在本实施例中，GPS数仿单元包括观测数据仿真模块和导航电文仿真模块，通过获取北斗接收机中解析的北斗位置信息和北斗时间时间信息，以及在数仿单元中仿真GPS星历，通过GPS观测数据格式及电文编码格式，模拟GPS观测数据，GPS导航电文数据。
进一步的，GPS数仿单元还包括外部数据注入接口，通过本外部数据注入接口可以从互联网获取GPS星历或从外设GPS接收天线获取实时GPS星历，或者从上位机自动或手动输入GPS星历，本发明灵活性强，可以适应在任何环境下实现北斗卫星信号再生为GPS信号，安装使用简便、建设成本低。
本实施例中，GPS信号生成单元包括依次连接的基带信号生成模块、上变频模块、信号功率控制模块，通过基带信号生成模块中的模数转换，以及上变频模块的上变频处理，生成GPS射频信号，当然在通过发射天线进行播发之前，还需要信号功率控制模块进行信号调节，以适合现有GPS设备接收天线所需的GPS射频信号，具体应用中，也可以增大或衰减播发的GPS导航信号的功率，例如在海上密集的海舰船上，以其中一艘海舰作为GPS信号基站，通过本系统再生的GPS射频信号，可以为几十海里内提供有效GPS卫星导航定位保障，不会因为信号微弱造成其他海舰上的GPS导航终端无法接收的问题，进行智能灵活调节。优选的，在本实施例中，GPS信号生成单元经GPS发射天线播发原有GPS设备接收天线所需的GPS射频信号，在GPS发射天线到原有GPS设备接收天线之间设有屏蔽外部GPS信号或其他欺骗干扰信号的构件，保障了本发明原有GPS设备接收天线所接收的是通过北斗卫星信号经抗欺骗抗干扰处理后生成GPS射频信号，确保了原有GPS设备终端应用的安全性。当然在本发明中，原有GPS设备接收天线可以和原有GPS设备终端在一起，也可以是分开设置，通过电连接到原有GPS设备终端上，可以根据需要灵活配置。
综上所述，本发明方法及系统生成的GPS射频信号可广泛应用在通信系统、电力、银行和军事设备，为我国重大基础设施提供了安全保障。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。
Claims (10)
1.一种基于北斗卫星信号再生GPS信号的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：接收北斗卫星信号，经下变频和模数转换后送入基带信号处理；
S2：在基带信号处理过程中，对北斗卫星信号进行捕获、跟踪、解调，获得北斗位置信息和北斗时间信息；
S3：将北斗时间信息送至时频单元，将所述北斗位置信息送至GPS数仿单元；
S4：时频单元同步触发GPS数仿单元根据北斗位置信息、GPS星历计算GPS信号仿真数据；
S5：根据所述GPS信号仿真数据实时生成原有GPS设备接收天线所需的GPS射频信号。
2.根据权利要求1所述的基于北斗卫星信号再生GPS信号的方法，其特征在于：在S3之前，对北斗卫星信号进行抗干扰抗欺骗处理。
3.根据权利要求2所述的基于北斗卫星信号再生GPS信号的方法，其特征在于：在S4中，GPS数仿单元仿真所述GPS星历。
4.根据权利要求2所述的基于北斗卫星信号再生GPS信号的方法，其特征在于：在S4中，所述GPS星历由外部接口注入。
5.根据权利要求3或4所述的基于北斗卫星信号再生GPS信号的方法，其特征在于：在播发GPS射频信号之前调节所述GPS射频信号的功率。
6.一种基于北斗卫星信号再生GPS信号的系统，其特征在于：包括依次连接的北斗接收机、GPS数仿单元、GPS信号生成单元、原有GPS设备接收天线，其中，北斗接收机还通过时频单元同步控制GPS数仿单元和GPS信号生成单元，所述GPS信号生成单元生成的GPS射频信号由所述原有GPS设备接收天线接收。
7.根据权利要求6所述的基于北斗卫星信号再生GPS信号的系统，其特征在于：所述北斗接收机中还包括依次连接的下变频模块、模数转换模块和抗欺骗抗干扰处理模块。
8.根据权利要求7所述的基于北斗卫星信号再生GPS信号的系统，其特征在于：所述GPS数仿单元包括观测数据仿真模块和导航电文仿真模块。
9.根据权利要求8所述的基于北斗卫星信号再生GPS信号的系统，其特征在于：所述GPS数仿单元还包括外部数据注入接口。
10.根据权利要求8或9所述的基于北斗卫星信号再生GPS信号的系统，其特征在于：所述GPS信号生成单元包括依次连接的基带信号生成模块、上变频模块、信号功率控制模块。
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