CN115345033B - 基于模块化仿真组件的导航信号仿真系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于模块化仿真组件的导航信号仿真系统及方法，包括可编辑场景的上位机控制软件及一个以上可配置通道参数的模块化仿真组件，上位机控制软件下发导航仿真参数至各所述模块化仿真组件，并对模块化仿真组件进行控制，各模块化仿真组件集成于一个独立硬件模块，且各模块化仿真组件以通道为单位进行基带信号仿真，形成根节点为导航信号仿真系统，子节点为模块化仿真组件，叶节点为通道的多叉树系统结构，导航信号仿真系统通过配置模块化仿真组件的各通道参数进行不同基带信号的组合仿真。在相同硬件资源的情况下，本发明的导航仿真系统通过配置通道，可仿真的信号类型更多样，能满足用户更多需求。

Description

基于模块化仿真组件的导航信号仿真系统及方法

技术领域

本申请涉及导航仿真技术领域，尤其涉及一种基于模块化仿真组件的导航信号仿真系统及方法。

背景技术

伴随北斗三号的建设以及全球导航系统建设，对于卫星导航仿真系统信号仿真规模要求日益增大；并且卫星导航应用民用化，对于卫星导航仿真系统的需求日益多样化，因此构建多系统兼容、灵活、可扩展且模块化的多需求导航仿真系统日渐迫切。

现有的导航仿真系统一般包括一个控制软件及多个相同或者不同的仿真组件。大部分的现有导航仿真系统，其仿真组件包括的数学仿真计算模块、基带信号生成模块、DA转换模块以及时钟模块分散于不同的硬件板卡或者芯片上，集成性差，因而仿真组件体积庞大，导航系统结构复杂，可扩展性差，尤其板卡需要配置不同的卡槽，当需要仿真更多星时，对应板卡更多，其导航仿真系统的卡槽结构也无法满足要求。而现有某些基于ZYNQ系统架构的卫星导航仿真系统，其中ZYNQ系统为是赛灵思公司（Xilinx）推出的新一代全可编程片上系统（APSoC），它将处理器的软件可编程性与 FPGA 的硬件可编程性进行完美整合，以提供无与伦比的系统性能、灵活性与可扩展性，仿真组件的数学仿真计算模块、基带信号生成模块、DA转换模块、时钟模块可集成到一个硬件板卡上，但未实现仿真组件的模块化，无法级联多个相同的仿真组件实现扩展，功能单一。

发明内容

本申请的实施方式提供一种功能多样化、系统架构简单灵活、体积小、易扩展的基于模块化仿真组件的导航信号仿真系统及方法。本发明采用了以下技术方案：

基于模块化仿真组件的导航信号仿真系统，包括可编辑场景的上位机控制软件及一个以上可配置通道参数的模块化仿真组件，所述上位机控制软件下发导航仿真参数至各所述模块化仿真组件，并对所述模块化仿真组件进行控制，各所述模块化仿真组件集成于一个独立硬件模块，且各所述模块化仿真组件以通道为单位进行基带信号仿真，形成根节点为导航信号仿真系统，子节点为模块化仿真组件，叶节点为通道的多叉树系统结构，所述导航信号仿真系统通过配置所述模块化仿真组件的各通道参数进行不同基带信号的组合仿真。

进一步地，各所述模块化仿真组件分别包括1个时钟单元、1个基带仿真单元以及1个DA单元，所述时钟单元产生基准时钟信号、PPS信号，并发送至所述基带仿真单元与所述DA单元，所述基带仿真单元仿真计算并生成数字基带信号，所述DA单元将所述数字基带信号转为模拟信号。

进一步地，所述基带仿真单元包括均为两层多叉树结构的数学仿真计算模块、基带信号生成模块，所述数学仿真计算模块和所述基带信号生成模块的叶节点均为通道，所述数学仿真计算模块和所述基带信号生成模块的总通道数相同。

进一步地，各所述数学仿真计算模块的通道根据所述上位机控制软件发送的导航仿真参数以及配置的通道参数进行独立仿真，形成单通道仿真数据，各所述基带信号生成模块的通道根据所述单通道仿真数据计算相应通道的数据，生成各通道的数字基带信号。

进一步地，各所述数学仿真计算模块的通道的配置参数相同。

进一步地，各所述基带信号生成模块的通道的配置参数不同。

本发明还提供一种基于模块化仿真组件的导航信号仿真方法，包括定义仿真树形步骤：

定义根节点：选择导航信号仿真系统；

定义根节点的子节点：至少选择一个模块化仿真组件；

定义子节点的叶节点：至少选择一个模块化仿真组件的通道；

上位机控制软件下发导航仿真参数，并且通过上位机控制软件配置仿真通道参数；

各所述通道根据导航仿真参数和所述仿真通道参数进行独立仿真，形成单通道仿真数据；

根据所述单通道仿真数据生成各通道的数字基带信号。

进一步地，所述仿真通道参数包括数学仿真计算通道和基带信号通道数量，及所述数学仿真计算通道的配置参数。

进一步地，所述数学仿真计算通道的配置参数相同。

进一步地，所述数学仿真计算通道的配置参数不同。

与现有技术相比，本发明的优点及积极效果在于：

1、本发明的导航仿真系统，仿真组件中所包含的时钟单元、基带仿真单元以及DA单元集成于一个整体的硬件模块，实现了仿真组件的模块化，可以对多个相同仿真组件进行简单组合形成系统。系统架构简单清晰、体积减小，可扩展性强，并且上位机控制软件下发各个仿真组件的仿真参数，可以仅通过增加仿真组件来适应需求的增加。

2、本发明的导航仿真系统从逻辑上再细化了仿真组件，实现了导航仿真系统的最小可配置逻辑单位为通道，因此导航仿真系统不再是仿真组件的组合，而是通道的组合，因此在相同硬件资源的情况下，本发明的导航仿真系统可仿真的信号类型更多样，能满足用户更多需求，并且仅仅通过改变配置，可以满足不同场景的需求，使用灵活性大大增加。

附图说明

图1为本发明一实施方式提供的导航信号仿真系统示意图；

图2为本发明一实施方式提供的导航信号仿真方法流程图；

图3为本发明一实施方式提供的导航信号仿真系统示意图；

图4为本发明一实施方式提供的导航信号仿真系统示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，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方式，都应当属于本申请保护的范围。

以下将结合说明书附图和具体实施方式对本申请做进一步详细说明。

请参考图1所示为本发明实施例提供的一个基于模块化仿真组件的导航仿真系统实施例，包括上位机控制软件及1个以上的模块化仿真组件。上位机控制软件可进行场景编辑并且下发同样的仿真参数至每个模块化仿真组件，并对每个模块化仿真组件进行控制。每个模块化仿真组件的基带仿真单元根据输入的仿真参数以及配置参数生成基带信号，基带信号输入DA单元后，DA单元为模数转换单元，DA单元将所述数字基带信号转为模拟信号，再可通过外部的射频模块进行上变频及功率控制实现信号的仿真。

每个模块化仿真组件的时钟单元产生基准时钟信号，如10MHz时钟信号，以及1PPS信号，1PPS信号为Pulse Per Second，指每秒脉冲数，发送至基带仿真单元与DA单元，基带仿真单元根据输入的仿真参数以及配置参数生成数字基带信号，DA单元接收基准时钟信号，与基带仿真单元同步，数字基带信号转为模拟信号，再可通过外部的射频模块进行上变频及功率控制实现导航信号的仿真。

具体的在一个实施例中，所述的导航仿真系统包括1个上位机控制软件及2个同样的模块化仿真组件。以此类推，还可以包括2个以上的相同的模块化仿真组件。在此说明，模块化仿真组件可以几个组成一个硬件，物理结构不限定，逻辑是不同的，可以按照用户需求，仿真导航信号的数量由通道自由组合。图2示出了该实施例的方法流程图，包括：

S1. 配置导航仿真系统每个仿真组件每个通道配置参数。

进一步的，假设实施例中导航仿真系统硬件资源，仿真模块可以支持26个通道，在S1步骤中所述的配置具体如下，仿真组件1的通道1~12配置频点号参数为B1、载体编号参数为1；通道13~24配置频点号参数为L1、载体编号参数为1；通道25~26配置信号类型参数为干扰信号。仿真组件2的通道1~12配置频点号参数为B1、载体编号参数为2；通道13~24配置频点号参数为L1、载体编号参数为2；通道25~26配置为频点号参数为L1，信号类型参数为多径信号。本实例通道可配置的参数仅涉及频点、阵元号、信号类型，本发明的导航仿真系统，还可根据用户需求开放更多通道配置参数，实现更多通道配置参数的组合，从逻辑上细化了仿真组件，实现了导航仿真系统的最小可配置逻辑单位为通道，在相同硬件资源的情况下，本发明的导航仿真系统可仿真的信号类型更多样，能满足用户更多需求，并且仅仅通过改变通道配置，可以满足不同场景的需求，实现单星多通道，多星多通道，多系统，使用灵活性大大增加。

S2. 通过上位机控制软件编辑场景，下发仿真参数至仿真组件。

进一步的，在S2步骤中所述的上位机控制软件提供图形化界面设置场景参数以及对仿真组件的控制入口。

进一步的，在S2步骤中所述的仿真参数主要包括时间参数、星座参数、环境参数、轨迹参数、天线参数、干扰参数、异常参数等，包括所有仿真组件需要仿真的场景参数。

S3. 仿真组件根据接收的仿真参数以及配置的通道参数进行各个通道基带信号仿真。

进一步的，在S3步骤中所述的基带信号仿真，仿真组件1的通道1~12根据接收的仿真参数，以及S1配置通道参数，仿真载体1，12颗可见星的B1基带信号；通道13~24仿真载体1，12颗可见星的L1基带信号；25~26仿真2个通道的压制干扰基带信号。同理，仿真组件2各个通道分别仿真了载体2，12颗可见星的B1、L1基带信号以及2个通道的L1多径基带信号。

S4. 仿真的基带信号经过DA芯片转为模拟信号，通过外部射频模块进行上变频及功率控制输出仿真的射频信号。

在本实施例中，在S4步骤中所述的射频信号，基于接收S3步骤各个通道的基带信号，包括了两个载体B1、L1分别12颗星的导航信号，以及2个通道的压制信号以及2个通道的L1多径信号。

如图4所示，通过本实施例，组建了三层多叉树结构的导航信号仿真系统，包括2个子节点，即2个模块化仿真组件，图4仅显示2个模块化仿真组件，其实还可以包括n个模块化仿真组件，每个子节点包括多个叶节点（图4仅显示叶节点示意图，多个通道），如本实施例中，导航信号仿真系统包括2个仿真组件，每个仿真组件包括基带仿真单元，基带仿真单元可以包括多个通道，结合图3所示以单个模块化仿真组件结构为例，如包括26个通道，则本导航信号仿真系统包括2*26=52个叶节点的通道；

定义根节点：选择导航信号仿真系统；

定义根节点的子节点：至少选择一个模块化仿真组件；比如选择仿真组件1，或者仿真组件2，或者都选择，本实施例中显示的2个模块化仿真组件，实际上是可以更多个，以此类推；

定义子节点的叶节点：至少选择一个模块化仿真组件的通道；仿真组件1的通道比如有26个通道，可以任意选择仿真组件1中的通道；仿真组件2类似；

上位机控制软件下发导航仿真参数，并且通过上位机控制软件配置仿真通道参数；用户可在上位机控制软件上下发载体编号参数，配置频点号参数，信号类型参数等；比如仿真组件1的通道1~12配置频点号参数为B1、载体编号参数为1；通道13~24配置频点号参数为L1、载体编号参数为1；通道25~26配置信号类型参数为干扰信号。仿真组件2的通道1~12配置频点号参数为B1、载体编号参数为2；通道13~24配置频点号参数为L1、载体编号参数为2；通道25~26配置为频点号参数为L1，信号类型参数为多径信号；可实现2载体，2频点，各12颗卫星，多个信号类型的信号组合仿真。

在其他实施例中，各通道可以任意配置，不限于本实施例中的通道划分，可根据用户需求开放更多通道配置参数，实现更多通道配置参数的组合，从逻辑上细化了仿真组件，实现了导航仿真系统的最小可配置逻辑单位为通道，在相同硬件资源的情况下，本发明的导航仿真系统可仿真的信号类型更多样，能满足用户更多需求，并且仅仅通过改变通道配置，可以满足不同场景的需求，实现单星多通道，多星多通道，多系统，使用灵活性大大增加。

各通道根据导航仿真参数和仿真通道参数进行独立仿真，形成单通道仿真数据；

根据单通道仿真数据生成各通道的数字基带信号。

导航仿真系统从逻辑上再细化了仿真组件，实现了导航仿真系统的最小可配置逻辑单位为通道，因此导航仿真系统不再是仿真组件的组合，而是通道的组合，因此在相同硬件资源的情况下，本发明的导航仿真系统可仿真的信号类型更多样，能满足用户更多需求，并且仅仅通过改变配置，可以满足不同场景的需求，使用灵活性大大增加。系统架构简单清晰、体积减小，可扩展性强，并且上位机控制软件下发各个仿真组件的仿真参数，可以仅通过增加仿真组件来适应需求的增加。基于本发明的其他实施例可通过增加通道数、增加仿真组件或者修改通道配置实现更多的信号的组合仿真。

虽然本申请已以较佳实施方式揭示如上，然而并非用以限定本申请。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本申请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申请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方式。因此，凡是未脱离本申请技术方案的内容，依据本申请技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本申请技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.基于模块化仿真组件的导航信号仿真系统，其特征在于，包括可编辑场景的上位机控制软件及一个以上可配置通道参数的模块化仿真组件，所述上位机控制软件下发导航仿真参数至各所述模块化仿真组件，并对所述模块化仿真组件进行控制，各所述模块化仿真组件集成于一个独立硬件模块，且各所述模块化仿真组件以通道为单位进行基带信号仿真，形成根节点为导航信号仿真系统，子节点为模块化仿真组件，叶节点为通道的多叉树系统结构，所述导航信号仿真系统通过配置所述模块化仿真组件的各通道参数进行不同基带信号的组合仿真。

2.根据权利要求1所述的导航信号仿真系统，其特征在于，各所述模块化仿真组件分别包括1个时钟单元、1个基带仿真单元以及1个DA单元，所述时钟单元产生基准时钟信号，并发送至所述基带仿真单元与所述DA单元，所述基带仿真单元仿真计算并生成数字基带信号，所述DA单元将所述数字基带信号转为模拟信号，所述时钟单元产生基准时钟信号包括10MHz时钟信号，以及1PPS信号，所述1PPS信号为每秒脉冲数。

3.根据权利要求2所述的导航信号仿真系统，其特征在于，所述基带仿真单元包括均为两层多叉树结构的数学仿真计算模块、基带信号生成模块，所述数学仿真计算模块和所述基带信号生成模块的叶节点均为通道，所述数学仿真计算模块和所述基带信号生成模块的总通道数相同。

4.根据权利要求3所述的导航信号仿真系统，其特征在于，各所述数学仿真计算模块的通道根据所述上位机控制软件发送的导航仿真参数以及配置的通道参数进行独立仿真，形成单通道仿真数据，各所述基带信号生成模块的通道根据所述单通道仿真数据计算相应通道的数据，生成各通道的数字基带信号。

5.根据权利要求3或4所述的导航信号仿真系统，其特征在于，各所述数学仿真计算模块的通道的配置参数相同。

6.根据权利要求3或4所述的导航信号仿真系统，其特征在于，各所述数学仿真计算模块的通道的配置参数不同。

7.基于模块化仿真组件的导航信号仿真方法，其特征在于，包括定义仿真树形步骤：

定义根节点：选择导航信号仿真系统；

定义根节点的子节点：至少选择一个模块化仿真组件；

定义子节点的叶节点：至少选择一个模块化仿真组件的通道；

上位机控制软件编辑场景，下发导航仿真参数至仿真组件，并且通过上位机控制软件配置仿真通道参数；

所述仿真组件根据接收的导航仿真参数以及仿真通道参数进行各个通道基带信号仿真，各所述通道根据导航仿真参数和所述仿真通道参数进行独立仿真，形成单通道仿真数据；

根据所述单通道仿真数据生成各通道的数字基带信号，

所述各模块化仿真组件集成于一个独立硬件模块，所述各模块化仿真组件包括多个不同仿真通道。

8.根据权利要求7所述的导航信号仿真方法，其特征在于，所述仿真通道参数包括数学仿真计算通道和基带信号通道数量，及所述数学仿真计算通道的配置参数。

9.根据权利要求8所述的导航信号仿真方法，其特征在于，所述数学仿真计算通道的配置参数相同。

10.根据权利要求8所述的导航信号仿真方法，其特征在于，所述数学仿真计算通道的配置参数不同。

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