CN206601492U - 一种三模式卫星信号转发模拟器 - Google Patents
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Abstract
一种三模式卫星信号转发模拟器，包括接收处理单元、导航处理控制单元和模拟输出单元；接收天线与接收处理单元相连，接收处理单元、导航处理控制单元、模拟输出单元依次相连，模拟输出单元还与发射天线相连；本实用新型通过调节输出信号的强度，解决了转发器由于多径效应导致抗干扰接收机室内定位测试效果差的问题；通过模拟产生卫星信号，克服了转发器由于传输距离限制导致在洞库内无法使用的难题；通过接收和存储室外实时的卫星信号并进行模拟输出，弥补了模拟器无法输出最新星历的缺陷。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种三模式卫星信号转发模拟器，属于卫星导航接收机测试技术领域。
背景技术
卫星导航系统是覆盖一定区域或者全球的卫星系统，利用在轨卫星发射无线电信号，使接收机实现定位、测速和授时等功能，在航空、航天、船舶和汽车等导航领域得到日益广泛的应用。目前比较成熟的卫星导航系统有美国的GPS(Global Positioning System)系统和俄罗斯的GLONASS(GlobalNavigation Satellites System)系统，我国正在发展“北斗Ⅱ”(BD2)系统。
随着卫星导航技术在军事导航领域的作用日益重要，其干扰技术也得到快速发展，主要有压制干扰和欺骗干扰。因此，能够兼容多种导航模式、具备抗干扰功能的接收机已然成为导弹武器系统卫星导航技术的主流发展趋势。
导航卫星距离地球较远，其发射的信号到达地球时功率非常低，通常被淹没在背景噪声之中。当存在建筑物的遮挡时，由于信号衰减便无法接收到有效的卫星信号。为了在室内对弹上抗干扰接收机进行测试，需要使用卫星信号转发器或者模拟器来产生卫星信号。但是一般的卫星信号转发器只是接收室外的卫星信号，对其经过放大滤波后再进行输出，无法对输出信号的强度进行调节，在室内测试抗干扰接收机时，由于多径效应的影响，其使用效果很差，并且由于转发器传输距离的限制，无法在洞库内使用。模拟器是通过仿真计算产生和输出模拟的卫星发送信号，能够调节输出信号的强度，保持一致性，但是卫星星历更新麻烦，无法输出含有最新星历的信号。
实用新型内容
本实用新型解决的技术问题是，针对现有技术中的不足，提供一种三模式卫星信号转发模拟器，通过调节输出信号的强度，解决了转发器由于多径效应导致抗干扰接收机室内定位测试效果差的问题；通过模拟产生卫星信号，克服了转发器由于传输距离限制导致在洞库内无法使用的难题；通过接收和存储室外实时的卫星信号并进行模拟输出，弥补了模拟器无法输出最新星历的缺陷。
本实用新型的技术方案包括：
一种三模式卫星信号转发模拟器，包括接收处理单元、导航处理控制单元和模拟输出单元；接收天线与接收处理单元相连，接收处理单元、导航处理控制单元、模拟输出单元依次相连，模拟输出单元还与发射天线相连；
接收处理单元包括射频前端模块和基带处理模块；所述接收天线与射频前端模块的输入端连接，射频前端模块的输出端与基带处理模块的输入端连接，基带处理模块的输出端与导航处理控制单元连接；
导航处理控制单元包括导航解算处理模块、控制模块、存储模块、显示模块和指令模块；所述基带处理模块的输出端与导航解算处理模块的输入端连接，导航解算处理模块分别与控制模块和模拟输出单元连接，控制模块分别与存储模块、显示模块、指令模块连接；
模拟输出单元包括信道处理模块和上变频模块；所述导航解算处理模块的输出端与信道处理模块的输入端连接，信道处理模块的输出端与上变频模块的输入端连接，上变频模块的输出端与所述发射天线连接。
在上述的一种三模式卫星信号转发模拟器中，所述射频前端模块包括预滤波器、低噪声放大器、混频器、滤波器、自动增益控制器和模拟数字转换器；预滤波器的输入端与接收天线连接，预滤波器的输出端与低噪声放大器的输入端连接，低噪声放大器的输出端与混频器的输入端连接，混频器的输出端与滤波器的输入端连接，滤波器的输出端与自动增益控制器的输入端连接，自动增益控制器的输出端与模拟数字转换器的输入端连接，模拟数字转换器的输出端与基带处理模块的各个通道模块的输入端连接。
在上述的一种三模式卫星信号转发模拟器中，所述基带处理模块包括GPS通道组模块、GLONASS通道组模块和BD2通道组模块；GPS通道组模块、GLONASS通道组模块和BD2通道组模块为并联关系，且输入端均与模拟数字转换器的输出端连接，输出端均与导航解算处理模块的输入端连接，分别进行GPS、GLONASS和BD2卫星信号的处理。
在上述的一种三模式卫星信号转发模拟器中，所述导航解算处理模块为CPU处理器，CPU处理器采用ARM+FPGA架构。
在上述的一种三模式卫星信号转发模拟器中，所述控制模块与导航解算处理模块共用ARM处理器，用于对导航处理和控制单元的工作流程进行调度和控制，以及与其他模块的信息交互和指令控制。
在上述的一种三模式卫星信号转发模拟器中，所述存储模块包括不小于32GB的flash存储器和128Mbits的外部SDRAM存储器。
在上述的一种三模式卫星信号转发模拟器中，所述显示模块采用LCD液晶显示屏。
在上述的一种三模式卫星信号转发模拟器中，所述指令模块采用若干按键、旋钮开关和由FPGA实现的逻辑识别模块组成。
在上述的一种三模式卫星信号转发模拟器中，所述信道处理模块包括GPS信道组模块、GLONASS信道组模块和BD2信道组模块；GPS信道组模块、GLONASS信道组模块和BD2信道组模块为并联关系，且输入端均与导航解算处理模块的输出端连接，输出端均与上变频模块的输入端连接，分别生成GPS、GLONASS和BD2卫星星历的模拟信号。
在上述的一种三模式卫星信号转发模拟器中，所述上变频模块包括正交调制器、滤波器和功率衰减器。
有益效果：
【1】能够兼容GPS/GLONASS/BD2三种卫星导航模式，满足测试各种单一或者复合定位模式卫星导航接收机的测试需求，功能强大，使用方便。
【2】能够兼具卫星信号转发器和模拟器的功能，能够满足室内、厂房和洞库等不同工作场所的使用要求，适应性强，应用范围广，具有广阔的市场前景。
【3】既能够满足普通接收机的测试需求，又能够解决抗干扰接收机室内收星定位困难的问题，性能优越，满足新型接收机的测试要求。
【4】能够提供含有最新卫星星历的模拟卫星信号，为接收机冷启动下的快速收星定位提供保障。
【5】能够提供静态和动态多种场景的模拟卫星信号，满足接收机的静态和高动态测试条件的需求。
附图说明
图1为本实用新型的结构图
图2为接收处理单元的结构图
图3为导航处理控制单元的结构图
图4为模拟输出单元的结构图
其中：1接收处理单元；101射频前端模块；101-1预滤波器；101-2低噪声放大器；101-3混频器；101-4滤波器；101-5自动增益控制器；101-6模拟数字转换器；102基带处理模块；102-1GPS通道组模块；102-2GLONASS通道组模块；102-3BD2通道组模块；2导航处理控制单元；201导航解算处理模块；201-1CPU处理器；202控制模块；203存储模块；204显示模块；205指令模块；3模拟输出单元；301信道处理模块；301-1GPS信道组模块；301-2GLONASS信道组模块；301-3BD2信道组模块；302上变频模块；
具体实施方式
为了使本发明的方案更加明了，下面将结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细的说明：
如图1所示，一种三模式卫星信号转发模拟器，包括接收处理单元1、导航处理控制单元2和模拟输出单元3；接收处理单元1对通过接收天线收到的卫星信号，进行射频前端处理和基带处理。导航处理控制单元2控制和调度整个系统的工作过程，对导航电文进行解算，输出计算的结果以及模拟的星历信息和动态变量信息；模拟输出单元3将模拟的信息输入不同的处理信道，进行编码处理并转换成模拟的中频信号，之后将所有信号加入背景噪声进行混合和上变频，最终通过发射天线发送卫星模拟信号。
如图2所示，接收处理单元1包括射频前端模块101和基带处理模块102；射频前端模块101将天线接收到的射频信号转换成中频信号，先对接收到的所有信号，经过低噪声放大器101-2和预滤波器101-1进行信号调理，保留有用的导航卫星信号，之后与混频器101-3进行混频，再经过滤波器101-4和自动增益控制器101-5转换成中频信号，然后经过模拟数字转换器101-6转变成离散时间的数字中频信号。基带处理模块102进行导航卫星信号的捕获、跟踪、导航电文解调和原始观测量，基带处理模块102包括三个通道组，分别为GPS通道组102-1、GLONASS通道组102-2和BD2通道组102-3，分别对GPS L1频点(中心频率1575.42MHz)、GLONASS L1频点(中心频率1602MHz)和BD2B1频点(中心频率1561.098MHz)三种导航系统的卫星信号进行处理。每个通道组均包含12个通道，即最多能够处理每种导航系统的12颗卫星的信号。
如图3所示，导航处理控制单元2是本实施例的核心，对整个系统的工作进行调度和控制，包括导航解算处理模块201、控制模块202、存储模块203、显示模块204和指令模块205；导航解算处理模块201的CPU处理器201-1采用ARM+FPGA架构。
导航解算处理模块201对经过基带处理的卫星信号进行导航电文的解析和处理，包括电文解析、伪距及多普勒提取、PVT(Position、Velocity and Time)解算、计算结果输出和存储等。
控制模块202接收外部指令模块205的信息，设定导航解算处理模块201的工作模式和工作状态，将系统的工作状态和相关信息在显示模块204上进行实时的显示，并将计算结果保存在存储模块203中。
控制模块202能够设定5种工作模式。工作模式1是转发方式，实时接收并模拟发送室外的卫星信号。工作方式2是转发存储方式，实时接收并模拟发送室外的卫星信号，同时将模拟所用的信息进行存储，以用于工作方式3，存储信号时长可达1个小时。工作方式3是室外模拟方式，根据工作方式2中存储的卫星信息，进行循环模拟输出卫星信号。工作方式4是静态模拟模式，根据预存的静态场景信息，按照静态位置模拟输出卫星信号，每个星座中都含有12颗卫星信号。工作方式5是动态模拟模式，根据预存的动态场景信息，按照预定的轨迹模拟输出卫星信号。
控制模块202能够设定输出卫星信号的模式，既可以输出GPS、GLONASS和BD2三种导航模式中任意一种模式的卫星信号，也可以输出任意两种或者三种模式的卫星信号。此外，还能够设定输出信号的强度，输出功率范围-90dBm～-140dBm。
存储模块203用于存储程序、预存的静态场景和动态场景数据，还用于存储程序运行时的数据和接收到的室外卫星的模拟数据等。存储模块203包含不少于32GB的flash存储器和128Mbits的外部SDRAM存储器。
显示模块204用于实时显示系统的工作状态和相关信息，采用LCD液晶显示屏。
指令模块205是用于人机交互，通过按键和旋钮来设定系统的工作模式、输出卫星信号的类型和强度，控制系统的工作过程，如开始、暂停和停止等。
如图4所示，模拟输出单元3包括信道处理模块301和上变频模块302；信道处理模块301包括三个信道组，分为GPS信道组301-1、GLONASS信道组301-2和BD2信道组组301-3，分别进行GPS、GLONASS和BD2模拟卫星信号的生成。每个信道组均包含12个信道，即每种导航系统最多能够生成12颗卫星的模拟信号。
在高精度本地时钟的控制下，获取星历信息和动态变量，进行信道编码处理，对星历信息进行直接扩频调制，再利用动态变量控制直接频率合成器，将扩频后的信号进行调制，调制后多路的信号进行合成，产生离散的多模式卫星数字中频信号，经过高速数字模拟转换器D/A变换成模拟的中频信号波形，最后将模拟信号进行带通滤波BPF和上变频，从而形成卫星信号。
上变频模块302主要包括正交调制器、滤波器和功率衰减器。正交调制器将模拟中频信号变频到载波射频上，经过滤波器调理后，由功率衰减器对信号功率进行调节，然后通过发射天线进行信号输出。
本实用新型的工作原理：
利用接收处理单元1对天线收到的GPS/GLONASS/BD2三种模式导航卫星信号进行下变频转换、捕获和跟踪，然后经过导航处理控制单元2进行实时的导航电文解析、存储和处理，并由模拟输出单元3生成相应的卫星信号进行转发；或者利用内部存储的不同场景的信息，经过导航处理控制单元2进行导航电文解算和处理，由模拟输出单元3生成模拟的卫星信号进行发送；另外，能够根据输入的指令控制进行单一或者复合模式卫星信号的发送，并且能够设置多种场景和调节卫星信号的输出强度。
在此，需要说明的是，本说明书中未详细描述的内容，是本领域技术人员通过本说明书中的描述以及现有技术能够实现的，因此，不做赘述。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非用来限制本实用新型的保护范围。对于本领域的技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，可以对本实用新型做出若干的修改和替换，所有这些修改和替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种三模式卫星信号转发模拟器，其特征在于，包括接收处理单元(1)、导航处理控制单元(2)和模拟输出单元(3)；接收天线与接收处理单元(1)相连，接收处理单元(1)、导航处理控制单元(2)、模拟输出单元(3)依次相连，模拟输出单元(3)还与发射天线相连；
接收处理单元(1)包括射频前端模块(101)和基带处理模块(102)；所述接收天线与射频前端模块(101)的输入端连接，射频前端模块(101)的输出端与基带处理模块(102)的输入端连接，基带处理模块(102)的输出端与导航处理控制单元(2)连接；
导航处理控制单元(2)包括导航解算处理模块(201)、控制模块(202)、存储模块(203)、显示模块(204)和指令模块(205)；所述基带处理模块(102)的输出端与导航解算处理模块(201)的输入端连接，导航解算处理模块(201)分别与控制模块(202)和模拟输出单元(3)连接，控制模块(202)分别与存储模块(203)、显示模块(204)、指令模块(205)连接；
模拟输出单元(3)包括信道处理模块(301)和上变频模块(302)；所述导航解算处理模块(201)的输出端与信道处理模块(301)的输入端连接，信道处理模块(301)的输出端与上变频模块(302)的输入端连接，上变频模块(302)的输出端与所述发射天线连接。
2.根据权利要求1所述的一种三模式卫星信号转发模拟器，其特征在于，所述射频前端模块(101)包括预滤波器(101-1)、低噪声放大器(101-2)、混频器(101-3)、滤波器(101-4)、自动增益控制器(101-5)和模拟数字转换器(101-6)；预滤波器(101-1)的输入端与接收天线连接，预滤波器(101-1)的输出端与低噪声放大器(101-2)的输入端连接，低噪声放大器(101-2)的输出端与混频器(101-3)的输入端连接，混频器(101-3)的输出端与滤波器(101-4)的输入端连接，滤波器(101-4)的输出端与自动增益控制器(101-5)的输入端连接，自动增益控制器(101-5)的输出端与模拟数字转换器(101-6)的输入端连接，模拟数字转换器(101-6)的输出端与基带处理模块(102)的各个通道模块的输入端连接。
3.根据权利要求1所述的一种三模式卫星信号转发模拟器，其特征在于，所述基带处理模块(102)包括GPS通道组模块(102-1)、GLONASS通道组模块(102-2)和BD2通道组模块(102-3)；GPS通道组模块(102-1)、GLONASS通道组模块(102-2)和BD2通道组模块(102-3)为并联关系，且输入端均与模拟数字转换器(101-6)的输出端连接，输出端均与导航解算处理模块(201)的输入端连接，分别进行GPS、GLONASS和BD2卫星信号的处理。
4.根据权利要求1所述的一种三模式卫星信号转发模拟器，其特征在于，所述导航解算处理模块(201)为CPU处理器(201-1)，CPU处理器(201-1)采用ARM+FPGA架构。
5.根据权利要求1所述的一种三模式卫星信号转发模拟器，其特征在于，所述控制模块(202)与导航解算处理模块(201)共用ARM处理器，用于对导航处理和控制单元的工作流程进行调度和控制，以及与其他模块的信息交互和指令控制。
6.根据权利要求1所述的一种三模式卫星信号转发模拟器，其特征在于，所述存储模块(203)包括不小于32GB的flash存储器和128Mbits的外部SDRAM存储器。
7.根据权利要求1所述的一种三模式卫星信号转发模拟器，其特征在于，所述显示模块(204)采用LCD液晶显示屏。
8.根据权利要求1所述的一种三模式卫星信号转发模拟器，其特征在于，所述指令模块(205)采用若干按键、旋钮开关和由FPGA实现的逻辑识别模块组成。
9.根据权利要求1所述的一种三模式卫星信号转发模拟器，其特征在于，所述信道处理模块(301)包括GPS信道组模块(301-1)、GLONASS信道组模块(301-2)和BD2信道组模块(301-3)；GPS信道组模块(301-1)、GLONASS信道组模块(301-2)和BD2信道组模块(301-3)为并联关系，且输入端均与导航解算处理模块(201)的输出端连接，输出端均与上变频模块(302)的输入端连接，分别生成GPS、GLONASS和BD2卫星星历的模拟信号。
10.根据权利要求1所述的一种三模式卫星信号转发模拟器，其特征在于，所述上变频模块(302)包括正交调制器、滤波器和功率衰减器。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN111580134A (zh) * | 2020-05-29 | 2020-08-25 | 陕西凌云电器集团有限公司 | 一种再生式卫星信号转发器 |
| CN112583496A (zh) * | 2020-12-02 | 2021-03-30 | 四川安迪科技实业有限公司 | 一种卫星通信空间链路转换模拟装置及方法 |
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| CN111580134B (zh) * | 2020-05-29 | 2023-06-09 | 陕西凌云电器集团有限公司 | 一种再生式卫星信号转发器 |
| CN112583496A (zh) * | 2020-12-02 | 2021-03-30 | 四川安迪科技实业有限公司 | 一种卫星通信空间链路转换模拟装置及方法 |
| CN112583496B (zh) * | 2020-12-02 | 2022-10-28 | 四川安迪科技实业有限公司 | 一种卫星通信空间链路转换模拟装置及方法 |
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