CN114280635A

CN114280635A - 基于导航模拟源接收机的软硬协同仿真系统及方法

Info

Publication number: CN114280635A
Application number: CN202210217579.1A
Authority: CN
Inventors: 成葵交; 张羽; 王孝辉; 邓胖; 罗敏
Original assignee: Hunan Overpass Bridge Aerospace Technology Co ltd
Current assignee: Hunan Overpass Bridge Aerospace Technology Co ltd
Priority date: 2022-03-07
Filing date: 2022-03-07
Publication date: 2022-04-05

Abstract

本发明公开了一种基于导航模拟源接收机的软硬协同仿真系统及方法。系统包括：导航仿真模块，所述导航仿真模型包括卫星模型、干扰站模型和导航终端模型；所述卫星模型包括卫星运行轨迹模块、生成播发导航电文模块和功率空间衰减模块；所述干扰站模型包括位置仿真模块、干扰信号类型模块和功率空间衰减模块；所述导航终端模型的功能至少包括导航电文接收解算模块和PVT解算模块。本发明实现了软硬协同的导航仿真，可以根据仿真场景动态控制单干扰模拟源实现多干扰源仿真，可以通过场景调整控制单导航终端实现多导航终端实物仿真。

Description

基于导航模拟源接收机的软硬协同仿真系统及方法

技术领域

本发明涉及卫星导航技术领域，更具体地说，特别涉及一种基于导航模拟源接收机的软硬协同仿真系统及方法。

背景技术

导航模拟源能够从信号层面对BDS、GPS等各类导航系统进行模拟仿真，根据用户配置仿真指定轨迹的信号，然而受限于硬件资源，只能仿真单个或少数导航终端的信号，无法同时进行大规格终端集群信号的仿真与试验。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于导航模拟源接收机的软硬协同仿真系统及方法，以克服现有技术所存在的缺陷。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于导航模拟源接收机的软硬协同仿真系统，包括：

导航仿真模块，所述导航仿真模型包括卫星模型、干扰站模型和导航终端模型；

所述卫星模型包括卫星运行轨迹模块、生成播发导航电文模块和功率空间衰减模块；

所述干扰站模型包括位置仿真模块、干扰信号类型模块和功率空间衰减模块；

所述导航终端模型的功能至少包括导航电文接收解算模块和PVT解算模块；

所述导航仿真模块与导航模拟源、干扰模拟源和导航接收机连接，所述导航仿真模块用于驱动导航模拟源、干扰模拟源生成仿真信号，以及接收导航接收机的输出数据并实时显示，所述导航模拟源所生成的仿真模拟信号和干扰源所生成的干扰模拟信号通过合路器后形成混合信号，所述混合信号通过接收导航接收机输出至导航仿真模块内。

进一步地，所述卫星运行轨迹模块用于根据不同卫星类型的运行模型、不同导航系统的星座分布使每颗卫星具有不同的运行轨迹，所述生成播发导航电文模块用于不同系统、不同卫星类型、不同频点在不同时刻播发不同的导航电文，所述功率空间衰减模块用于卫星模型与终端的距离使信号传输的功率衰减。

进一步地，所述位置仿真模块用于干扰台位置的固定特性，所述干扰信号类型模块用于干扰台发射干扰信号的类型，所述功率空间衰减模块用于干扰台与终端的距离使信号传输的功率衰减。

进一步地，所述导航电文接收解算模块用于按导航电文传输速率接收解算，所述PVT解算模块用于根据导航电文及传输时延进行PVT解算位置、速度与时间信息。

本发明还提供一种根据上述的基于导航模拟源接收机的软硬协同仿真系统的方法，包括：

S1、启动导航仿真模块，根据场景参数创建卫星模型、干扰站模型和导航终端模型并初始化；

S2、连接导航仿真模块与导航模拟源、干扰模拟源，并完成导航模拟源和干扰模拟源的工作参数初始化；

S3、以时间和事件作为驱动，推动时间演进，并根据时间触发各仿真模型的事件处理，生成各时刻的仿真数据并缓存；

S4、导航模拟源和干扰模拟源定时请求工作通道的动态参数，导航仿真模块根据仿真数据下发通道动态参数；

S5、导航模拟源根据接收的通道动参数据、分量功率数据、频点开关数据实时生成导航模拟信号；

S6、干扰模拟源根据接收的通道开关、功率参数及干扰信号类型参数实时生成干扰模拟信号；

S7、导航接收机同时接收导航模拟源生成的导航模拟信号和干扰模拟源生成的干扰信号进行导航定位，输出导航定位数据给导航仿真软件；

S8、仿真过程中，根据仿真数据实时展示当前仿真时刻、卫星状态、导航终端轨迹数据、仿真观测数据仿真信息；

S9、根据仿真结束时间或用户手动终止事件结束仿真，并清除仿真过程数据和清除设备数据、恢复初始状态。

进一步地，所述步骤S2中的工作参数初始化具体为：对导航模拟源和干扰模拟源进行授时以使导航模拟源和干扰模拟源的时间与仿真时间同步。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明实现了软硬协同的导航仿真，可以根据仿真场景动态控制单干扰模拟源实现多干扰源仿真，也可以通过场景调整控制单导航终端实现多导航终端实物仿真。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。

图1是本发明基于导航模拟源接收机的软硬协同仿真系统的原理图。

图2是本发明基于导航模拟源接收机的软硬协同仿真方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

参阅图1所示，本发明提供一种基于导航模拟源接收机的软硬协同仿真系统，包括：

导航仿真模块，所述导航仿真模型包括卫星模型、干扰站模型和导航终端模型；所述导航仿真模块与导航模拟源、干扰模拟源和导航接收机连接，所述导航仿真模块用于驱动导航模拟源、干扰模拟源生成仿真信号，以及接收导航接收机的输出数据并实时显示，所述导航模拟源所生成的仿真模拟信号和干扰源所生成的干扰模拟信号通过合路器后形成混合信号，所述混合信号通过接收导航接收机输出至导航仿真模块内。

本实施例中，模型是为完成仿真应用目标而对真实世界、主体及客体进行的抽象，建模则提供真实客观的一致性描述，把具体的仿真需求转化为详细的设计框架，从而反映其特征的过程。本系统根据卫星、干扰台及导航终端的导航相关特性进行模型建模，参照实物功能、性能特性建立，以下为各实物抽象后建模所需要仿真的主要特点。

所述卫星模型包括卫星运行轨迹模块、生成播发导航电文模块和功率空间衰减模块。其中，卫星运行轨迹模块用于不同卫星类型（GEO、MEO、IGSO）的运行模型、不同导航系统的星座分布导致每颗卫星不同的运行轨迹；生成播发导航电文模块用于不同系统不同卫星类型不同频点不同时刻播发不同的导航电文；功率空间衰减模块用于卫星与终端的距离导致信号传输的功率衰减。

所述干扰站模型包括位置仿真模块、干扰信号类型模块和功率空间衰减模块。其中，位置仿真模块用于干扰台位置的固定特性，干扰信号类型模块用于干扰台发射干扰信号的类型，功率空间衰减模块用于干扰台与终端的距离导致信号传输的功率衰减。

所述导航终端模型的功能至少包括导航电文接收解算模块和PVT解算模块。其中，导航电文接收解算：按导航电文传输速率接收解算PVT解算：根据导航电文及传输时延进行PVT解算位置、速度与时间信息；影响模块，用于不同干扰信号功率强弱对导航信号功率叠加后的处理能力。

本实施例中，所述的导航仿真模块是整个系统仿真的驱动平台，通过网络、串口等通信接口实现与其他设备的数据通信、状态控制，主要实现卫星模型、空间传输模型、导航终端模型、干扰源模型等仿真功能，在导航仿真软件的统一调度下，驱动导航模拟源、干扰模拟源生成仿真信号，同时接收导航终端的输出数据并实时展示，从而实现典型场景的业务流程模拟。导航仿真模块支持用户配置仿真场景，包括卫星星座参数、干扰源参数、各终端的运动轨迹参数与工作参数，从而仿真导航终端在各种环境下的工作状态、输出数据等整个过程及相应数据，包括卫星星座对导航的影响、干扰信号对导航的影响等各种功能，为各类试验、评估、应用提供了数据支撑。

结合图2所示，本发明还提供一种根据上述的基于导航模拟源接收机的软硬协同仿真系统的方法，包括：

步骤S1、启动导航仿真模块，根据场景参数创建卫星模型、干扰站模型和导航终端模型并初始化；

步骤S2、连接导航仿真模块与导航模拟源、干扰模拟源，并完成导航模拟源和干扰模拟源的工作参数初始化，具体为：对导航模拟源和干扰模拟源进行授时以使导航模拟源和干扰模拟源的时间与仿真时间同步；

步骤S3、以时间和事件作为驱动，推动时间演进，并根据时间触发各仿真模型的事件处理，生成各时刻的仿真数据并缓存；

步骤S4、导航模拟源和干扰模拟源定时请求工作通道的动态参数，导航仿真模块根据仿真数据下发通道动态参数；

步骤S5、导航模拟源根据接收的通道动参数据、分量功率数据、频点开关数据实时生成导航模拟信号；

步骤S6、干扰模拟源根据接收的通道开关、功率参数及干扰信号类型参数实时生成干扰模拟信号；

步骤S7、导航接收机同时接收导航模拟源生成的导航模拟信号和干扰模拟源生成的干扰信号进行导航定位，输出导航定位数据给导航仿真软件；

步骤S8、仿真过程中，根据仿真数据实时展示当前仿真时刻、卫星状态、导航终端轨迹数据、仿真观测数据等仿真信息；

步骤S9、根据仿真结束时间或用户手动终止事件结束仿真，并清除仿真过程数据和清除设备数据、恢复初始状态。

本发明中的轨迹仿真和电文仿真由软件的仿真模型实现，而导航信号、干扰信号的时延特性、功率特性、频率特性由导航模拟源实现，而模型仿真与实物仿真都由仿真软件统一管理和控制，本发明通过同时控制仿真模型以及由导航模拟源、干扰模拟源、导航终端组成的实物仿真平台，实现卫星模型同步软件仿真+硬件仿真、导航终端的少数硬件仿真+多数软件仿真、干扰模拟源通过动态切换支持的同步软件仿真+硬件仿真。

本发明为保证硬件在指定的仿真时刻能输出当前仿真时刻的信号，软件模型的仿真必须在当前仿真时刻之前完成，并将生成的仿真时刻的对应数据提前发送到实物仿真平台，而实物仿真平台产生的数据发送到仿真模拟软件对应的仿真模型，由于数据传输存在时延，仿真模型不能使用当前系统时间或仿真时间，这就要求实物仿真平台在传输数据中必须自带数据时间戳，而仿真模型在使用数据时必须从数据中获取当前仿真时间，这就要求仿真平台需要支持可能出现的同一时刻各模型的仿真时间各不相同的场景，因此本发明的仿真模块的任务管理、时统管理以及消息管理在进行数据处理时需要兼容这种场景。

通过本发明的实施，实现了软硬协同的导航仿真，可以根据仿真场景动态控制单干扰模拟源实现多干扰源仿真，可以通过场景调整控制单导航终端实现多导航终端实物仿真。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是专利所有者可以在所附权利要求的范围之内做出各种变形或修改，只要不超过本发明的权利要求所描述的保护范围，都应当在本发明的保护范围之内。

Claims

1.基于导航模拟源接收机的软硬协同仿真系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于导航模拟源接收机的软硬协同仿真系统，其特征在于，所述卫星运行轨迹模块用于根据不同卫星类型的运行模型、不同导航系统的星座分布使每颗卫星具有不同的运行轨迹，所述生成播发导航电文模块用于不同系统、不同卫星类型、不同频点在不同时刻播发不同的导航电文，所述功率空间衰减模块用于卫星模型与终端的距离使信号传输的功率衰减。

3.根据权利要求1所述的基于导航模拟源接收机的软硬协同仿真系统，其特征在于，所述位置仿真模块用于干扰台位置的固定特性，所述干扰信号类型模块用于干扰台发射干扰信号的类型，所述功率空间衰减模块用于干扰台与终端的距离使信号传输的功率衰减。

4.根据权利要求1所述的基于导航模拟源接收机的软硬协同仿真系统，其特征在于，所述导航电文接收解算模块用于按导航电文传输速率接收解算，所述PVT解算模块用于根据导航电文及传输时延进行PVT解算位置、速度与时间信息。

5.一种根据权利要求1-4任意一项所述的基于导航模拟源接收机的软硬协同仿真系统的方法，其特征在于，包括：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中的工作参数初始化具体为：对导航模拟源和干扰模拟源进行授时以使导航模拟源和干扰模拟源的时间与仿真时间同步。