CN114035209A - 一种卫星导航信号模型设计计算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及卫星导航的技术领域，公开了一种卫星导航信号模型设计计算方法，包括：设计卫星导航信号模型的信号结构；根据所设计的信号结构，生成卫星导航信号的测距码以及数据码；利用所生成的精密测距码以及数据码模拟生成卫星导航信号；根据多普勒频移以及卫星信号传播时延对模拟生成的卫星导航信号进行模拟优化，模拟生成基于多普勒频移以及传播时延的卫星导航信号。本发明所述方法通过设计卫星导航信号结构，模拟生成基于多普勒频移以及传播时延的卫星导航信号。

Description

一种卫星导航信号模型设计计算方法
技术领域
本发明涉及卫星导航的技术领域，尤其涉及一种卫星导航信号模型设计计算方法。
背景技术
现有的卫星导航接收机测试方案大部分采用对天实时导航系统或者转发系统进行测试，该测试方案依托于大系统的实时环境进行采样测试，无法进行各类不同环境的选择使用，存在测试范围覆盖不全面、测试过程不充分等情况。对此急需设计一种可以模拟卫星导航信号的测试系统对导航接受机进行模拟测试。而设计模拟卫星导航信号的测试系统主要核心部分为系统的软件设计，即卫星导航信号模型设计的算法。
本发明通过设计一种卫星导航信号模型设计的计算方法，为卫星导航信号模拟系统提供了一种新的计算方法，解决了卫星导航信号从数字信号到模拟信号转换的解算问题。
发明内容
本发明提供一种卫星导航信号模型设计计算方法，目的在于(1)设计卫星导航信号结构；(2)模拟生成基于多普勒频移以及传播时延的卫星导航信号。
实现上述目的，本发明提供的一种卫星导航信号模型设计计算方法，包括以下步骤：
S1：设计卫星导航信号模型的信号结构；
S2：根据所设计的信号结构，生成卫星导航信号的测距码以及数据码；
S3：利用所生成的精密测距码以及数据码模拟生成卫星导航信号；
S4：根据多普勒频移以及卫星信号传播时延对模拟生成的卫星导航信号进行模拟优化，模拟生成基于多普勒频移以及传播时延的卫星导航信号。
作为本发明的进一步改进方法：
所述S1步骤中设计卫星导航信号模型中的卫星导航信号结构，包括：
设计卫星导航信号模型中的卫星导航信号由载波、测距码和数据码三种信号分量构成，其中载波频率为：
fs,k＝fs+kΔfs
其中：
s表示卫星导航信号的载波s；
k表示卫星发射信号时的频道号，k＝-7～+7；
Δfs表示载波s的频率间隔；
fs表示载波s的中心频率标称值；
fs,k表示载波s在频道k上的频率；
在本发明一个具体实施例中，载波主要包括B1/B2、L1/L2，其中L1的中心频率标称值为1602MHz，L2的中心频率标称值为1246MHz，B1的中心频率标称值为1590MHz，B2的中心频率标称值为1561MHz。
所述S2步骤中根据所设计的信号结构，生成卫星导航信号的测距码，包括：
根据所设计的信号结构，生成卫星导航信号的测距码，所述卫星导航信号测距码分为普通测距码C码和精密测距码P码；
所述精密测距码P码的生成流程为：
构建P码生成装置，所述P码生成装置主要由4个线性反馈移位寄存器，所述线性反馈移位寄存器包括X1A、X1B、X2A、X2B，装置的系统时钟为10.23MHz，P码的4个移位寄存器其自然周期为4095，均做截断并按照一定的规律周期运行；X1A和X1B移位寄存器被截短为4092个码片一个周期，X2A和X2B被截短为4093个码片一个周期；
X1A按其4092个码片为1周期，运行3750个周期；X1B按4093个码片为1周期，运行完成其自身的3749个周期，然后停止推送待X1A运行完结后一同复位重新开始；X1B在完成其3749个周期后，需停止推送343个码钟，便载入初相重新运转；将X1A与X1B异或得到序列X1；
X2A和X2B的时序关系与X1A和X1B的规律一样，当X2A到一个3750周期结束时，X2A和X2B同时停止推送，待37个码片时钟后重新开始启动，即X2A需停止推送37个码钟，X2B需停止343+37个码钟，再重新载入各自的初相重新运转；将X2A与X2B异或得到序列X2
将序列X1和序列X2异或得到精密测距码P码序列P(t)。
所述普通测距码C码的生成流程为：
普通测距码是码长2046的Gold码，其生成方式由两个11级m序列G1和G2模二加产生平衡Gold码，并通过截短生成2046bit测距码，G1,G2的生成多项式为：
Figure BDA0003336470240000021
其中：
G1,G2分别为两个11级的线性序列；
X表示生成的伪随机码；
将两组线性序列G1,G2的初始状态全置为1，在系统时钟作用下循环产生长度为2046的伪随机码X；
G1使用线性序列的最后一个值作为输出形成G1序列G1(t)，G2通过选择不同的值进行模二相加操作，得到一个延时等价的G2序列作为输出；二者进行模二相加，相加结果即为普通测距码C码：
Figure BDA0003336470240000022
其中：
t0是一个码元持续的时间；
i是不同卫星的基码。
所述S2步骤中根据所设计的信号结构，生成卫星导航信号的数据码，包括：
根据所设计的信号结构，生成卫星导航信号的数据码，所述数据码的生成流程为：
1)根据卫星号提取每颗卫星导航数据并进行整合，每次提取5帧未经过编码处理的导航信息数据，按照ICD文件的格式重新编码，每颗卫星得到85组导航数据；
2)对每组85bit的导航数据进行汉明编码，产生5bit汉明码，与前85bit的数据合并，生成每组90bit数据加校验码；
3)对生成的90bit数据流与测距码模二相加，转换成180bit导航数据流，并在每组生成的180bit导航数据流后添加20bit时间标记；所述测距码分为普通测距码和精密测距码；
4)重复步骤2)-3)，直到将每颗卫星的85组导航数据编码为200bit的导航数据流，并拼接为17000bit的卫星导航信号数据码，所述卫星导航信号数据码分为普通测距码上调制的数据码以及精密测距码上调制的数据码。
所述S3步骤中根据卫星导航信号的信号结构，所计算得到的测距码和数据码，模拟生成卫星导航信号，包括：
根据卫星导航信号的信号结构，以及计算得到的测距码和数据码，模拟生成卫星导航信号，所模拟生成的卫星导航信号为：
Figure BDA0003336470240000023
其中：
s表示卫星导航信号的载波s；
k表示卫星发射信号时的频道号，k＝-7～+7；
j表示卫星编号；
Ac,s,k表示调制于载波s频道k的普通测距码振幅；
Ap,s,k表示调制于载波s频道k的精密测距码振幅；
Cj(t)表示卫星j的普通测距码；
Pj(t)表示卫星j的精密测距码；
Figure BDA0003336470240000031
表示普通测距码上调制的数据码；
Figure BDA0003336470240000032
表示精密测距码上调制的数据码；
Figure BDA0003336470240000033
表示载波s在频道k上的初相；
fs,k表示载波s在频道k上的频率；
在本发明一个具体实施例中，Cj(t)以及Pj(t)均为经过了脉冲成型的扩频基带信号。
所述S4步骤中计算发生多普勒频移的多普勒频率，包括：
由于卫星与信号接收机之间存在相对运动，当接收机作高速运动时，二者之间的相对速度更大，使得接收机接收的信号不再是卫星发射的原始频率，即信号频率会发生偏移，这种频率偏移为多普勒频移；
在本发明一个具体实施例中，若卫星发射信号的载波频率为f，采样周期为Ts，初始时刻初始时刻卫星与信号接收机距离为d，卫星运动速度为v，接收机静止。对于卫星而言，它不管如何运动，它总是以Ts为间隔发射信号；
第一个信号采样点在位置0，0时刻卫星发射信号，在
Figure BDA0003336470240000034
时刻信号接收机收到信号；
第二个信号采样点在位置Tsv，Ts时刻卫星发射信号，在
Figure BDA0003336470240000035
时刻信号接收机收到信号；
第三个样点在位置2Tsv，2Ts时刻卫星发射信号，在
Figure BDA0003336470240000036
时刻信号接收机收到信号；
因此对于卫星信号发射端每个样点间隔为Ts，而接收端每个样点间隔为
Figure BDA0003336470240000037
则信号接收机所接收到的信号周期为
Figure BDA0003336470240000038
接收信号频率≠f；
计算发生多普勒频移的多普勒频率fd：
Figure BDA0003336470240000039
其中：
vd表示卫星与信号接收机之间的相对速度；
c表示光速；
f表示卫星发射卫星导航信号的信号频率。
所述S4步骤中根据多普勒频率调整模拟生成的卫星导航信号，包括：
根据所计算得到的多普勒频率，调整模拟生成的卫星导航信号：
Figure BDA00033364702400000310
对上式进行化简：
Figure BDA00033364702400000311
Figure BDA00033364702400000312
其中：
fd为计算得到的多普勒频率。
所述S4步骤中计算卫星导航信号的时延，并根据卫星导航信号的时延，优化调整后的卫星导航信号，模拟生成基于多普勒频移以及传播时延的卫星导航信号，包括：
计算卫星导航信号的时延：
Figure BDA0003336470240000041
其中：
ts为信号接收机接收到卫星导航信号的时间；
tf为卫星发射卫星导航信号的时间；
c表示光速；
L表示信号接收机与卫星之间的距离；
根据卫星导航信号的时延，优化调整后的卫星导航信号
Figure BDA0003336470240000042
Figure BDA0003336470240000043
模拟生成基于多普勒频移以及传播时延的卫星导航信号：
Figure BDA0003336470240000044
Figure BDA0003336470240000045
Figure BDA0003336470240000046
其中：
Figure BDA0003336470240000047
表示考虑了多普勒频移以及时延的卫星导航信号
Figure BDA0003336470240000048
的I路基带信号；
Figure BDA0003336470240000049
表示考虑了多普勒频移以及时延的卫星导航信号
Figure BDA00033364702400000410
的Q路基带信号；
Ts表示卫星发射信号的周期；
Figure BDA00033364702400000411
表示载波s在频道k上的初相；
fsk表示载波s在频道k上的频率；
Figure BDA00033364702400000412
表示卫星导航信号
Figure BDA00033364702400000413
的I路基带信号；
Figure BDA00033364702400000414
表示卫星导航信号
Figure BDA00033364702400000415
的Q路基带信号。
相对于现有技术，本发明提出一种卫星导航信号模型设计计算方法，该技术具有以下优势：
首先，本方案根据所提出的卫星导航信号模型设计卫星结构，并根据卫星导航信号的信号结构，所计算得到的测距码和数据码，模拟生成卫星导航信号，但由于卫星与信号接收机之间存在相对运动，当接收机作高速运动时，二者之间的相对速度更大，使得接收机接收的信号不再是卫星发射的原始频率，即信号频率会发生偏移，这种频率偏移为多普勒频移；即若卫星发射信号的载波频率为f，采样周期为Ts，初始时刻初始时刻卫星与信号接收机距离为d，卫星运动速度为v，接收机静止。对于卫星而言，它不管如何运动，它总是以Ts为间隔发射信号；第一个信号采样点在位置0，0时刻卫星发射信号，在
Figure BDA00033364702400000416
时刻信号接收机收到信号；第二个信号采样点在位置Tsv，Ts时刻卫星发射信号，在
Figure BDA00033364702400000417
时刻信号接收机收到信号；第三个样点在位置2Tsv，2Ts时刻卫星发射信号，在
Figure BDA00033364702400000418
时刻信号接收机收到信号；因此对于卫星信号发射端每个样点间隔为Ts，而接收端每个样点间隔为
Figure BDA00033364702400000419
则信号接收机所接收到的信号周期为
Figure BDA00033364702400000420
接收信号频率≠f；因此本方案计算发生多普勒频移的多普勒频率fd：
Figure BDA00033364702400000421
其中：vd表示卫星与信号接收机之间的相对速度；c表示光速；f表示卫星发射卫星导航信号的信号频率。根据所计算得到的多普勒频率，调整模拟生成的卫星导航信号：
Figure BDA00033364702400000422
其中：fd为计算得到的多普勒频率；相较于传统方案，本方案所提出的卫星导航信号模拟生成方法考虑了在卫星信号传输过程中可能存在的多普勒频移，对卫星导航信号模拟生成方法进行修正，使得所生成的卫星导航信号具有更高的真实性。
同时，本方案通过计算卫星导航信号的时延，并根据卫星导航信号的时延，优化调整后的卫星导航信号，模拟生成基于多普勒频移以及传播时延的卫星导航信号，所述计算卫星导航信号的时延的公式为：
Figure BDA0003336470240000051
其中：ts为信号接收机接收到卫星导航信号的时间；tf为卫星发射卫星导航信号的时间；c表示光速；L表示信号接收机与卫星之间的距离；根据卫星导航信号的时延，优化调整后的卫星导航信号
Figure BDA00033364702400000516
Figure BDA0003336470240000053
模拟生成基于多普勒频移以及传播时延的卫星导航信号：
Figure BDA0003336470240000054
Figure BDA0003336470240000055
Figure BDA0003336470240000056
其中：
Figure BDA0003336470240000057
表示考虑了多普勒频移以及时延的卫星导航信号
Figure BDA0003336470240000058
的I路基带信号；
Figure BDA0003336470240000059
表示考虑了多普勒频移以及时延的卫星导航信号
Figure BDA00033364702400000510
的Q路基带信号；Ts表示卫星发射信号的周期；
Figure BDA00033364702400000511
表示载波s在频道k上的初相；fs，k表示载波s在频道k上的频率；
Figure BDA00033364702400000512
表示卫星导航信号
Figure BDA00033364702400000513
的I路基带信号；
Figure BDA00033364702400000514
表示卫星导航信号
Figure BDA00033364702400000515
的Q路基带信号。因此本方案综合考虑了传播时延以及多普勒频移，模拟生成了基于多普勒频移以及传播时延的卫星导航信号，由于本方案考虑到了多种卫星导航信号特性，所生成信号具有较高的鲁棒性。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的一种卫星导航信号模型设计计算方法的流程示意图；
图2为本发明一实施例提供的普通测距码发生器示意图；
图3为本发明一实施例提供的多普勒频移现象示意图；
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
S1：设计卫星导航信号模型的信号结构。
所述S1步骤中设计卫星导航信号模型中的卫星导航信号结构，包括：
设计卫星导航信号模型中的卫星导航信号由载波、测距码和数据码三种信号分量构成，其中载波频率为：
fs,k＝fs+kΔfs
其中：
s表示卫星导航信号的载波s；
k表示卫星发射信号时的频道号，k＝-7～+7；
Δfs表示载波s的频率间隔；
fs表示载波s的中心频率标称值；
fs,k表示载波s在频道k上的频率；
在本发明一个具体实施例中，载波主要包括B1/B2、L1/L2，其中L1的中心频率标称值为1602MHz，L2的中心频率标称值为1246MHz，B1的中心频率标称值为1590MHz，B2的中心频率标称值为1561MHz。
S2：根据所设计的信号结构，生成卫星导航信号的测距码以及数据码。
所述S2步骤中根据所设计的信号结构，生成卫星导航信号的测距码，包括：
根据所设计的信号结构，生成卫星导航信号的测距码，所述卫星导航信号测距码分为普通测距码C码和精密测距码P码；
所述精密测距码P码的生成流程为：
构建P码生成装置，所述P码生成装置主要由4个线性反馈移位寄存器，所述线性反馈移位寄存器包括X1A、X1B、X2A、X2B，装置的系统时钟为10.23MHz，P码的4个移位寄存器其自然周期为4095，均做截断并按照一定的规律周期运行；X1A和X1B移位寄存器被截短为4092个码片一个周期，X2A和X2B被截短为4093个码片一个周期；
X1A按其4092个码片为1周期，运行3750个周期；X1B按4093个码片为1周期，运行完成其自身的3749个周期，然后停止推送待X1A运行完结后一同复位重新开始；X1B在完成其3749个周期后，需停止推送343个码钟，便载入初相重新运转；将X1A与X1B异或得到序列X1；
X2A和X2B的时序关系与X1A和X1B的规律一样，当X2A到一个3750周期结束时，X2A和X2B同时停止推送，待37个码片时钟后重新开始启动，即X2A需停止推送37个码钟，X2B需停止343+37个码钟，再重新载入各自的初相重新运转；将X2A与X2B异或得到序列X2
将序列X1和序列X2异或得到精密测距码P码序列P(t)。
所述普通测距码C码的生成流程为：
普通测距码是码长2046的Gold码，其生成方式由两个11级m序列G1和G2模二加产生平衡Gold码，并通过截短生成2046bit测距码，G1,G2的生成多项式为：
Figure BDA0003336470240000061
其中：
G1,G2分别为两个11级的线性序列；
X表示生成的伪随机码；
将两组线性序列G1,G2的初始状态全置为1，在系统时钟作用下循环产生长度为2046的伪随机码X；
G1使用线性序列的最后一个值作为输出形成G1序列G1(t)，G2通过选择不同的值进行模二相加操作，得到一个延时等价的G2序列作为输出；二者进行模二相加，相加结果即为普通测距码C码：
Figure BDA0003336470240000062
其中：
t0是一个码元持续的时间；
i是不同卫星的基码。
所述S2步骤中根据所设计的信号结构，生成卫星导航信号的数据码，包括：
根据所设计的信号结构，生成卫星导航信号的数据码，所述数据码的生成流程为：
1)根据卫星号提取每颗卫星导航数据并进行整合，每次提取5帧未经过编码处理的导航信息数据，按照ICD文件的格式重新编码，每颗卫星得到85组导航数据；
2)对每组85bit的导航数据进行汉明编码，产生5bit汉明码，与前85bit的数据合并，生成每组90bit数据加校验码；
3)对生成的90bit数据流与测距码模二相加，转换成180bit导航数据流，并在每组生成的180bit导航数据流后添加20bit时间标记；所述测距码分为普通测距码和精密测距码；
4)重复步骤2)-3)，直到将每颗卫星的85组导航数据编码为200bit的导航数据流，并拼接为17000bit的卫星导航信号数据码，所述卫星导航信号数据码分为普通测距码上调制的数据码以及精密测距码上调制的数据码。
S3：利用所生成的精密测距码以及数据码模拟生成卫星导航信号。
所述S3步骤中根据卫星导航信号的信号结构，所计算得到的测距码和数据码，模拟生成卫星导航信号，包括：
根据卫星导航信号的信号结构，以及计算得到的测距码和数据码，模拟生成卫星导航信号，所模拟生成的卫星导航信号为：
Figure BDA0003336470240000071
其中：
s表示卫星导航信号的载波s；
k表示卫星发射信号时的频道号，k＝-7～+7；
j表示卫星编号；
Ac,s,k表示调制于载波s频道k的普通测距码振幅；
Ap,s,k表示调制于载波s频道k的精密测距码振幅；
Cj(t)表示卫星j的普通测距码；
Pj(t)表示卫星j的精密测距码；
Figure BDA0003336470240000072
表示普通测距码上调制的数据码；
Figure BDA0003336470240000073
表示精密测距码上调制的数据码；
Figure BDA0003336470240000074
表示载波s在频道k上的初相；
fs,k表示载波s在频道k上的频率；
在本发明一个具体实施例中，Cj(t)以及Pj(t)均为经过了脉冲成型的扩频基带信号。
S4：根据多普勒频移以及卫星信号传播时延对模拟生成的卫星导航信号进行模拟优化，模拟生成基于多普勒频移以及传播时延的卫星导航信号。
所述S4步骤中计算发生多普勒频移的多普勒频率，包括：
由于卫星与信号接收机之间存在相对运动，当接收机作高速运动时，二者之间的相对速度更大，使得接收机接收的信号不再是卫星发射的原始频率，即信号频率会发生偏移，这种频率偏移为多普勒频移；
在本发明一个具体实施例中，若卫星发射信号的载波频率为f，采样周期为Ts，初始时刻初始时刻卫星与信号接收机距离为d，卫星运动速度为v，接收机静止。对于卫星而言，它不管如何运动，它总是以Ts为间隔发射信号；
第一个信号采样点在位置0，0时刻卫星发射信号，在
Figure BDA0003336470240000075
时刻信号接收机收到信号；
第二个信号采样点在位置Tsv，Ts时刻卫星发射信号，在
Figure BDA0003336470240000076
时刻信号接收机收到信号；
第三个样点在位置2Tsv，2Ts时刻卫星发射信号，在
Figure BDA0003336470240000077
时刻信号接收机收到信号；
因此对于卫星信号发射端每个样点间隔为Ts，而接收端每个样点间隔为
Figure BDA0003336470240000078
则信号接收机所接收到的信号周期为
Figure BDA0003336470240000079
接收信号频率≠f；
计算发生多普勒频移的多普勒频率fd
Figure BDA00033364702400000710
其中：
vd表示卫星与信号接收机之间的相对速度；
c表示光速；
f表示卫星发射卫星导航信号的信号频率。
所述S4步骤中根据多普勒频率调整模拟生成的卫星导航信号，包括：
根据所计算得到的多普勒频率，调整模拟生成的卫星导航信号：
Figure BDA0003336470240000081
对上式进行化简：
Figure BDA0003336470240000082
Figure BDA0003336470240000083
其中：
fd为计算得到的多普勒频率。
所述S4步骤中计算卫星导航信号的时延，并根据卫星导航信号的时延，优化调整后的卫星导航信号，模拟生成基于多普勒频移以及传播时延的卫星导航信号，包括：
计算卫星导航信号的时延：
Figure BDA0003336470240000084
其中：
ts为信号接收机接收到卫星导航信号的时间；
tf为卫星发射卫星导航信号的时间；
c表示光速；
L表示信号接收机与卫星之间的距离；
根据卫星导航信号的时延，优化调整后的卫星导航信号
Figure BDA0003336470240000085
Figure BDA0003336470240000086
模拟生成基于多普勒频移以及传播时延的卫星导航信号：
Figure BDA0003336470240000087
Figure BDA0003336470240000088
Figure BDA0003336470240000089
其中：
Figure BDA00033364702400000811
表示考虑了多普勒频移以及时延的卫星导航信号
Figure BDA00033364702400000812
的I路基带信号；
Figure BDA00033364702400000813
表示考虑了多普勒频移以及时延的卫星导航信号
Figure BDA00033364702400000814
的Q路基带信号；
Ts表示卫星发射信号的周期；
Figure BDA00033364702400000815
表示载波s在频道k上的初相；
fs,k表示载波s在频道k上的频率；
Figure BDA00033364702400000816
表示卫星导航信号
Figure BDA00033364702400000817
的I路基带信号；
Figure BDA00033364702400000818
表示卫星导航信号
Figure BDA00033364702400000819
的Q路基带信号。
发明还提供了如图2所示的普通测距码发生器示意图，用以说明实施例中普通测距码的计算流程；图3为本发明一实施例提供的多普勒频移现象示意图，用以说明实施例中提到的多普勒频移现象。
需要说明的是，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。并且本文中的术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、装置、物品或者方法不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、装置、物品或者方法所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、装置、物品或者方法中还存在另外的相同要素。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在如上所述的一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种卫星导航信号模型设计计算方法，其特征在于，所述方法包括：
S1：设计卫星导航信号模型的信号结构；
S2：根据所设计的信号结构，生成卫星导航信号的测距码以及数据码；
S3：利用所生成的精密测距码以及数据码模拟生成卫星导航信号；
S4：根据多普勒频移以及卫星信号传播时延对模拟生成的卫星导航信号进行模拟优化，模拟生成基于多普勒频移以及传播时延的卫星导航信号。
2.如权利要求1所述的一种卫星导航信号模型设计计算方法，其特征在于，所述S1步骤中设计卫星导航信号模型中的卫星导航信号结构，包括：
设计卫星导航信号模型中的卫星导航信号由载波、测距码和数据码三种信号分量构成，其中载波频率为：
fs,k＝fs+kΔfs
其中：
s表示卫星导航信号的载波s；
k表示卫星发射信号时的频道号，k＝-7～+7；
Δfs表示载波s的频率间隔；
fs表示载波s的中心频率标称值；
fs,k表示载波s在频道k上的频率。
3.如权利要求2所述的一种卫星导航信号模型设计计算方法，其特征在于，所述S2步骤中根据所设计的信号结构，生成卫星导航信号的测距码，包括：
根据所设计的信号结构，生成卫星导航信号的测距码，所述卫星导航信号测距码分为普通测距码C码和精密测距码P码；
所述精密测距码P码的生成流程为：
构建P码生成装置，所述P码生成装置主要由4个线性反馈移位寄存器，所述线性反馈移位寄存器包括X1A、X1B、X2A、X2B，装置的系统时钟为10.23MHz，P码的4个移位寄存器其自然周期为4095，均做截断并按照一定的规律周期运行；X1A和X1B移位寄存器被截短为4092个码片一个周期，X2A和X2B被截短为4093个码片一个周期；
X1A按其4092个码片为1周期，运行3750个周期；X1B按4093个码片为1周期，运行完成其自身的3749个周期，然后停止推送待X1A运行完结后一同复位重新开始；X1B在完成其3749个周期后，需停止推送343个码钟，便载入初相重新运转；将X1A与X1B异或得到序列X1；
X2A和X2B的时序关系与X1A和X1B的规律一样，当X2A到一个3750周期结束时，X2A和X2B同时停止推送，待37个码片时钟后重新开始启动，即X2A需停止推送37个码钟，X2B需停止343+37个码钟，再重新载入各自的初相重新运转；将X2A与X2B异或得到序列X2
将序列X1和序列X2异或得到精密测距码P码序列P(t)。
所述普通测距码C码的生成流程为：
普通测距码是码长2046的Gold码，其生成方式由两个11级m序列G1和G2模二加产生平衡Gold码，并通过截短生成2046bit测距码，G1,G2的生成多项式为：
Figure FDA0003336470230000011
其中：
G1,G2分别为两个11级的线性序列；
X表示生成的伪随机码；
将两组线性序列G1,G2的初始状态全置为1，在系统时钟作用下循环产生长度为2046的伪随机码X；
G1使用线性序列的最后一个值作为输出形成G1序列G1(t)，G2通过选择不同的值进行模二相加操作，得到一个延时等价的G2序列作为输出；二者进行模二相加，相加结果即为普通测距码C码：
Figure FDA0003336470230000021
其中：
t0是一个码元持续的时间；
i是不同卫星的基码。
4.如权利要求2所述的一种卫星导航信号模型设计计算方法，其特征在于，所述S2步骤中根据所设计的信号结构，生成卫星导航信号的数据码，包括：
根据所设计的信号结构，生成卫星导航信号的数据码，所述数据码的生成流程为：
1)根据卫星号提取每颗卫星导航数据并进行整合，每次提取5帧未经过编码处理的导航信息数据，按照ICD文件的格式重新编码，每颗卫星得到85组导航数据；
2)对每组85bit的导航数据进行汉明编码，产生5bit汉明码，与前85bit的数据合并，生成每组90bit数据加校验码；
3)对生成的90bit数据流与测距码模二相加，转换成180bit导航数据流，并在每组生成的180bit导航数据流后添加20bit时间标记；所述测距码分为普通测距码和精密测距码；
4)重复步骤2)-3)，直到将每颗卫星的85组导航数据编码为200bit的导航数据流，并拼接为17000bit的卫星导航信号数据码，所述卫星导航信号数据码分为普通测距码上调制的数据码以及精密测距码上调制的数据码。
5.如权利要求2-4所述的一种卫星导航信号模型设计计算方法，其特征在于，所述S3步骤中根据卫星导航信号的信号结构，所计算得到的测距码和数据码，模拟生成卫星导航信号，包括：
根据卫星导航信号的信号结构，以及计算得到的测距码和数据码，模拟生成卫星导航信号，所模拟生成的卫星导航信号为：
Figure FDA0003336470230000022
其中：
s表示卫星导航信号的载波s；
k表示卫星发射信号时的频道号，k＝-7～+7；
j表示卫星编号；
Ac,s,k表示调制于载波s频道k的普通测距码振幅；
Ap,s,k表示调制于载波s频道k的精密测距码振幅；
Cj(t)表示卫星j的普通测距码；
Pj(t)表示卫星j的精密测距码；
Figure FDA0003336470230000023
表示普通测距码上调制的数据码；
Figure FDA0003336470230000024
表示精密测距码上调制的数据码；
Figure FDA0003336470230000025
表示载波s在频道k上的初相；
fs,k表示载波s在频道k上的频率。
6.如权利要求5所述的一种卫星导航信号模型设计计算方法，其特征在于，所述S4步骤中计算发生多普勒频移的多普勒频率，包括：
计算发生多普勒频移的多普勒频率fd：
Figure FDA0003336470230000026
其中：
vd表示卫星与信号接收机之间的相对速度；
c表示光速；
f表示卫星发射卫星导航信号的信号频率。
7.如权利要求6所述的一种卫星导航信号模型设计计算方法，其特征在于，所述S4步骤中根据多普勒频率调整模拟生成的卫星导航信号，包括：
根据所计算得到的多普勒频率，调整模拟生成的卫星导航信号：
Figure FDA0003336470230000031
对上式进行化简：
Figure FDA0003336470230000032
Figure FDA0003336470230000033
其中：
fd为计算得到的多普勒频率。
8.如权利要求7所述的一种卫星导航信号模型设计计算方法，其特征在于，所述S4步骤中计算卫星导航信号的时延，并根据卫星导航信号的时延，优化调整后的卫星导航信号，模拟生成基于多普勒频移以及传播时延的卫星导航信号，包括：
计算卫星导航信号的时延：
Figure FDA0003336470230000034
其中：
ts为信号接收机接收到卫星导航信号的时间；
tf为卫星发射卫星导航信号的时间；
c表示光速；
L表示信号接收机与卫星之间的距离；
根据卫星导航信号的时延，优化调整后的卫星导航信号
Figure FDA0003336470230000035
Figure FDA0003336470230000036
模拟生成基于多普勒频移以及传播时延的卫星导航信号：
Figure FDA0003336470230000037
Figure FDA0003336470230000038
Figure FDA0003336470230000039
其中：
Figure FDA00033364702300000310
表示考虑了多普勒频移以及时延的卫星导航信号
Figure FDA00033364702300000311
的I路基带信号；
Figure FDA00033364702300000312
表示考虑了多普勒频移以及时延的卫星导航信号
Figure FDA00033364702300000313
的Q路基带信号；
Ts表示卫星发射信号的周期；
Figure FDA00033364702300000314
表示载波s在频道k上的初相；
fs,k表示载波s在频道k上的频率；
Figure FDA00033364702300000315
表示卫星导航信号
Figure FDA00033364702300000316
的I路基带信号；
Figure FDA00033364702300000317
表示卫星导航信号
Figure FDA00033364702300000318
的Q路基带信号。
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