CN109407116B - 一种多频点卫星导航质量测试信号生成装置及生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多频点卫星导航质量测试信号生成装置及生成方法，所述装置，包括顺序连接的异常信号生成模块、数模转换模块、上变频模块和天线发射模块。这种装置成本低、可移植性强，平台易于升级。所述方法包括：1）用户设置卫星信号参数；2）ARM芯片处理；3）FPGA芯片处理；4）数模转换处理；5）上变频处理。这种方法可生成实时信号，实时满足生成多频点卫星导航质量测试信号需求，可实时生成多频点异常卫星信号实现正常信号与异常信号的切换，对多频点卫星导航信号监测设备的开发、快速验证、测试具有便捷性。

Description

一种多频点卫星导航质量测试信号生成装置及生成方法

技术领域

本发明涉及导航信号监测技术，具体是一种多频点卫星导航质量测试信号生成装置及生成方法。

背景技术

进行空间卫星导航信号质量监测评估，不仅可以在系统试验阶段为研发设计者提供可靠的调试依据，进一步为完善和确保卫星导航系统的完好性提供有力保障，还可以通过对其他较为成熟和先进的卫星导航系统的监测评估，为自身导航系统的理论研究、建设内容完善和应用提供极有意义的参考。然而，由于不同卫星导航系统由不同的国家或地区独立建设，它们的运行条件和状态有所不同，在导航信号体制和性能上均存在差异。然而，目前国际上尚未形成完善的GNSS导航信号质量的评估方法与装置，并且在评估系统进行开发，没有一套完善的信号异常生成装置，单靠理论与真实卫星出现异常的发生概率极低的不实际性，无法保证评估系统的实际的可靠性与实用性。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，而提供一种多频点卫星导航质量测试信号生成装置及生成方法。这种装置成本低、可移植性强，平台易于升级。这种方法可生成实时信号，实时满足生成多频点卫星导航质量测试信号需求，可实时生成多频点异常卫星信号实现正常信号与异常信号的切换，对多频点卫星导航信号监测设备的开发、快速验证、测试具有便捷性。

实现本发明目的技术方案是：

一种多频点卫星导航质量测试信号生成装置，与现有技术不同处在于，包括顺序连接的异常信号生成模块、数模转换模块、上变频模块和天线发射模块。

所述异常信号生成模块设有由GPMC总线和四根信号控制线连接的ARM芯片和FPGA芯片，ARM芯片用于接收用户设置卫星信号参数，并依据用户设置的卫星信号参数计算出当前导航系统的可见卫星参数，生成包含载波NCO、伪码NCO信息和电文信息后发送至FPGA信号生成通道生成导航数字中频信号。

所述数模转换模块包括由两根输出差分线连接的12位数模转换芯片即DAC芯片和运算大器，DAC芯片将异常信号生成模块输入的导航数字中频信号转换为模拟数字中频信号，运算放大器将模拟数字中频信号进行差分放大输出进入到射频上变频模块。

所述上变频模块包括顺序连接的单片机、本振芯片、射频增益放大器、混频器、滤波器、低噪声放大器、高线性功率放大器芯片，其中混频器的一端连接数模转换模块中的运算放大器，高线性功率放大器芯片与天线发射模块连接，单片机由SPI总线与本振芯片连接，通过SPI协议控制本振芯片生成导航高频率本振信号，高频率本振信号经过射频增益放大器放大提供给混频器，混频器对输入的本振信号与模拟数字中频信号进行混频，将数字中频信号频率由低频段信号提高到导航高频段信号，滤波器将混频器出来的模拟卫星导航信号进行滤波，抑制噪声干扰，低噪声放大器放大器在对高频导航信号进行放大增益，高线性功率放大器芯片将信号进行功率增益，增强信号远距离发射能力。

所述天线发射模块为导航频段增益天线。

使用上述多频点卫星导航质量测试信号生成装置的多频点卫星导航质量测试信号生成方法，包括如下步骤：

1）用户设置卫星信号参数：用户将设置好的卫星运动轨迹参数、星历参数、导航电文参数、钟差和卫星信号异常参数即电文异常参数、多径效应异常参数、码片异常参数、功率异常参数、电离层异常参数输入到信号异常生成模块中的ARM芯片中；

2）ARM芯片处理：ARM芯片接收卫星运动轨迹和星历参数，计算卫星的坐标位置，实时计算接收机与卫星的相对位置，对用户设置的卫星信号异常参数进行判断，是否进行卫星钟差异常添加，若需要则进行卫星钟差异常添加，是否进行电离层异常添加，若需要则添加电离层异常，对用户设置的卫星信号异常参数进行判断，是否进行异常码片添加，若需要则进行异常码片添加，进行计算伪距率，计算出卫星信号发送时刻的信号码相位控制字，载波NCO控制字，同时判断仿真时间是否结束，若结束则停止信号生成，否则继续读取用户参数与载体轨迹，对用户设置的卫星信号异常参数进行判断，是否需要对编码导航电文进行异常编码，若需要，则对编码导航电文添加异常电文进行编码，生成编码导航电文，对用户设置的卫星信号异常参数进行判断，是否需要对功率参数进行异常添加，若需要则添加卫星功率异常参数，ARM处理结束后对处理数据通过GPMC总线传输至FPGA中；

3）FPGA芯片处理：依据ARM的计算结果和对卫星信号异常参数判断，若需要进行电文异常生成，则FPGA信号生成通道内的电文生成单元通过进行编码生成异常导航电文，否则，电文生成单元生成正常卫星导航电文；若需要进行伪码异常生成，则FPGA信号生成通道内的伪码NCO单元生成异常伪随机码片同时与导航电文进行数据调制，否则，伪码NCO单元生成正常伪码码片；若需要进行电离层异常生成，则FPGA信号生成通道内的载波NCO单元与伪码电文调制数据调制信号进行信号合成，生成异常载波相位与异常码相位，否则，载波NCO单元进行正常电离层延时；若进行功率异常控制，则FPGA信号生成通道内的功率控制单元进行变化与增加噪声、增加固定频点干扰，否则，进行正常功率控制并对各个通道进行合路输出12位数字中频信号；

4）数模转换处理：FPGA生成12位数字中频信号通过12根数据线连接至DAC芯片，DAC芯片将输入信号输出生成为两路差分模拟信号，并通过差分放大器进行放大生成单路模拟中频信号输入至上变频模块中；

5）上变频处理：上变频模块中单片机由SPI总线与本振芯片连接，生成高频本振信号后与模拟中频信号进行混频生成模拟卫星信号，通过天线发射模块进行发射。

这种装置成本低、可移植性强，平台易于升级。这种方法可生成实时信号，实时满足生成多频点卫星导航质量测试信号需求，可实时生成多频点异常卫星信号实现正常信号与异常信号的切换，对多频点卫星导航信号监测设备的开发、快速验证、测试具有便捷性。

附图说明

图1为实施例中装置的结构示意图；

图2为实施例中装置的原理示意图；

图3为实施例中方法ARM流程框图示意图。

图4为实施例中方法FPGA流程框图示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明内容做进一步的阐述，但不是对本发明的限定。

实施例：

参照图1，一种多频点卫星导航质量测试信号生成装置，包括顺序连接的异常信号生成模块、数模转换模块、上变频模块和天线发射模块。

所述异常信号生成模块设有由GPMC总线和四根信号控制线连接的ARM芯片和FPGA芯片，ARM芯片用于接收用户设置卫星信号参数，并依据用户设置的卫星信号参数计算出当前导航系统的可见卫星参数，生成包含载波NCO、伪码NCO信息和电文信息后发送至FPGA信号生成通道生成导航数字中频信号。

所述数模转换模块包括由两根输出差分线连接的12位数模转换芯片即DAC芯片和运算大器，DAC芯片将异常信号生成模块输入的导航数字中频信号转换为模拟数字中频信号，运算放大器将模拟数字中频信号进行差分放大输出进入到射频上变频模块。

所述上变频模块包括顺序连接的单片机、本振芯片、射频增益放大器、混频器、滤波器、低噪声放大器、高线性功率放大器芯片，其中混频器的一端连接数模转换模块中的运算放大器，高线性功率放大器芯片与天线发射模块连接，单片机由SPI总线与本振芯片连接，通过SPI协议控制本振芯片生成导航高频率本振信号，高频率本振信号经过射频增益放大器放大提供给混频器，混频器对输入的本振信号与模拟数字中频信号进行混频，将数字中频信号频率由低频段信号提高到导航高频段信号，滤波器将混频器出来的模拟卫星导航信号进行滤波，抑制噪声干扰，低噪声放大器放大器在对高频导航信号进行放大增益，高线性功率放大器芯片将信号进行功率增益，增强信号远距离发射能力，如图2所示。

所述天线发射模块为导航频段增益天线。

参照图3与图4信号生成流程图，使用上述多频点卫星导航质量测试信号生成装置的多频点卫星导航质量测试信号生成方法，包括如下步骤：

1）用户设置卫星信号参数：用户将设置好的卫星运动轨迹参数、星历参数、导航电文参数、钟差和卫星信号异常参数即电文异常参数、多径效应异常参数、码片异常参数、功率异常参数、电离层异常参数输入到信号异常生成模块中的ARM芯片中；

2）ARM芯片处理：ARM芯片接收卫星运动轨迹和星历参数，计算卫星的坐标位置，实时计算接收机与卫星的相对位置，对用户设置的卫星信号异常参数进行判断，是否进行卫星钟差异常添加，若需要则进行卫星钟差异常添加，是否进行电离层异常添加，若需要则添加电离层异常，对用户设置的卫星信号异常参数进行判断，是否进行异常码片添加，若需要则进行异常码片添加，进行计算伪距率，计算出卫星信号发送时刻的信号码相位控制字，载波NCO控制字，同时判断仿真时间是否结束，若结束则停止信号生成，否则继续读取用户参数与载体轨迹，对用户设置的卫星信号异常参数进行判断，是否需要对编码导航电文进行异常编码，若需要，则对编码导航电文添加异常电文进行编码，生成编码导航电文，对用户设置的卫星信号异常参数进行判断，是否需要对功率参数进行异常添加，若需要则添加卫星功率异常参数，ARM处理结束后对处理数据通过GPMC总线传输至FPGA中；

3）FPGA芯片处理：依据ARM的计算结果和对卫星信号异常参数判断，若需要进行电文异常生成，则FPGA信号生成通道内的电文生成单元通过进行编码生成异常导航电文，否则，电文生成单元生成正常卫星导航电文；若需要进行伪码异常生成，则FPGA信号生成通道内的伪码NCO单元生成异常伪随机码片同时与导航电文进行数据调制，否则，伪码NCO单元生成正常伪码码片；若需要进行电离层异常生成，则FPGA信号生成通道内的载波NCO单元与伪码电文调制数据调制信号进行信号合成，生成异常载波相位与异常码相位，否则，载波NCO单元进行正常电离层延时；若进行功率异常控制，则FPGA信号生成通道内的功率控制单元进行变化与增加噪声、增加固定频点干扰，否则，进行正常功率控制并对各个通道进行合路输出12位数字中频信号；

4）数模转换处理：FPGA生成12位数字中频信号通过12根数据线连接至DAC芯片，DAC芯片将输入信号输出生成为两路差分模拟信号，并通过差分放大器进行放大生成单路模拟中频信号输入至上变频模块中；

5）上变频处理：上变频模块中单片机由SPI总线与本振芯片连接，生成高频本振信号后与模拟中频信号进行混频生成模拟卫星信号，通过天线发射模块进行发射。

Claims (1)

1.一种多频点卫星导航质量测试信号生成方法，采用多频点卫星导航质量测试信号生成装置，所述生成装置包括顺序连接的异常信号生成模块、数模转换模块、上变频模块和天线发射模块，其中：

所述异常信号生成模块设有由GPMC总线和四根信号控制线连接的ARM芯片和FPGA芯片，ARM芯片用于接收用户设置卫星信号参数，并依据用户设置的卫星信号参数计算出当前导航系统的可见卫星参数，生成包含载波NCO、伪码NCO信息和电文信息后发送至FPGA信号生成通道生成导航数字中频信号；

所述数模转换模块包括由两根输出差分线连接的12位数模转换芯片即DAC芯片和运算大器，DAC芯片将异常信号生成模块输入的导航数字中频信号转换为模拟数字中频信号，运算放大器将模拟数字中频信号进行差分放大输出进入到射频上变频模块；

所述上变频模块包括顺序连接的单片机、本振芯片、射频增益放大器、混频器、滤波器、低噪声放大器、高线性功率放大器芯片，其中混频器的一端连接数模转换模块中的运算放大器，高线性功率放大器芯片与天线发射模块连接；

所述天线发射模块为导航频段增益天线；

其特征在于，所述方法包括如下步骤：

1）用户设置卫星信号参数：用户将设置好的卫星运动轨迹参数、星历参数、导航电文参数、钟差和卫星信号异常参数即电文异常参数、多径效应异常参数、码片异常参数、功率异常参数、电离层异常参数输入到信号异常生成模块中的ARM芯片中；

2）ARM芯片处理：ARM芯片接收卫星运动轨迹和星历参数，计算卫星的坐标位置，实时计算接收机与卫星的相对位置，对用户设置的卫星信号异常参数进行判断，是否进行卫星钟差异常添加，若需要则进行卫星钟差异常添加，是否进行电离层异常添加，若需要则添加电离层异常，对用户设置的卫星信号异常参数进行判断，是否进行异常码片添加，若需要则进行异常码片添加，进行计算伪距率，计算出卫星信号发送时刻的信号码相位控制字，载波NCO控制字，同时判断仿真时间是否结束，若结束则停止信号生成，否则继续读取用户参数与载体轨迹，对用户设置的卫星信号异常参数进行判断，是否需要对编码导航电文进行异常编码，若需要，则对编码导航电文添加异常电文进行编码，生成编码导航电文，对用户设置的卫星信号异常参数进行判断，是否需要对功率参数进行异常添加，若需要则添加卫星功率异常参数，ARM处理结束后对处理数据通过GPMC总线传输至FPGA中；

3）FPGA芯片处理：依据ARM的计算结果和对卫星信号异常参数判断，若需要进行电文异常生成，则FPGA信号生成通道内的电文生成单元通过进行编码生成异常导航电文，否则，电文生成单元生成正常卫星导航电文；若需要进行伪码异常生成，则FPGA信号生成通道内的伪码NCO单元生成异常伪随机码片同时与导航电文进行数据调制，否则，伪码NCO单元生成正常伪码码片；若需要进行电离层异常生成，则FPGA信号生成通道内的载波NCO单元与伪码电文调制数据调制信号进行信号合成，生成异常载波相位与异常码相位，否则，载波NCO单元进行正常电离层延时；若进行功率异常控制，则FPGA信号生成通道内的功率控制单元进行变化与增加噪声、增加固定频点干扰，否则，进行正常功率控制并对各个通道进行合路输出12位数字中频信号；

4）数模转换处理：FPGA生成12位数字中频信号通过12根数据线连接至DAC芯片，DAC芯片将输入信号输出生成为两路差分模拟信号，并通过差分放大器进行放大生成单路模拟中频信号输入至上变频模块中；

5）上变频处理：上变频模块中单片机由SPI总线与本振芯片连接，生成高频本振信号后与模拟中频信号进行混频生成模拟卫星信号，通过天线发射模块进行发射。