CAPS卫星模拟信号发生器制造技术

本实用新型专利技术公开一种CAPS卫星模拟信号发生器，主要由上位机、基带信号处理模块、数模转换器、功分器、3个射频模块和输出部件构成；其中基带信号处理模块的内部主要由DSP信息处理模块和与之相连的FPGA信号处理模块构成；上位机的经串口与基带信号处理模块的DSP信息处理模块相连，基带信号处理模块的FPGA信号处理模块经数模转换器连接至功分器，功分器的3个输出端分别与3个射频模块相连，3个射频模块的输出端与输出部件连接。它能够模拟高精度的卫星导航信号、以及实际环境下的接收机天线所接收到的信号。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及CAPS卫星导航领域，具体涉及一种CAPS卫星模拟信号发生器。
技术介绍
卫星信号模拟器是卫星导航系统和接收机(尤其是高动态接收机)研制的关键 仪器，由于涉及军事目的，卫星导航信号模拟器研究领域国外公开发表的技术文献很少，而 且，进口的卫星信号模拟器的接收机运动类型有严格限制。而CAPS(中国区域定位系统) 系统是中国自主研发的中国区域导航定位系统，其空间部分是6颗商用同步轨道卫星和1 颗倾斜轨道卫星组成，星座的⑶OP在中国区域在20左右。因此为了能够为CAPS卫星导航 系统中的地面系统研制、建设和测试提供一个可靠、稳定、准确和易用的仿真和测试环境、 以及为CAPS三频接收机提供室内测试环境，测试CAPS三频接收机的信号接收能力，定位性 能，捕获、跟踪灵敏度等指标，需要研制一款具有自主知识产权的CAPS卫星导航信号模拟ο
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是提供一种CAPS卫星模拟信号发生器，它能够 模拟高精度的卫星导航信号、以及实际环境下的接收机天线所接收到的信号。为解决上述问题，本技术所设计的CAPS卫星模拟信号发生器，主要由上位 机、基带信号处理模块、数模转换器、功分器、3个射频模块和输出部件构成；其中基带信号 处理模块的内部主要由DSP信息处理模块和与之相连的FPGA信号处理模块构成；上位机的 经串口与基带信号处理模块的DSP信息处理模块相连，基带信号处理模块的FPGA信号处理 模块经数模转换器连接至功分器，功分器的3个输出端分别与3个射频模块相连，3个射频 模块的输出端与输出部件连接；上位机主要完成电文参数提取、场景生成、模拟的卫星通道 状态、卫星星空分布、模拟时间界定、接收机位置和速度、以及模拟位置与接收机定位结果 比对；基带信号处理模块的DSP信息处理模块完成用户轨迹的计算，导航电文解码，虚拟原 子钟计算、卫星位置的实时计算，传播延迟的计算、码数控振荡器和载波数控振荡器计算、 并与FPGA信息处理模块共同完成各个通道的运行时状态监视和校正；基带信号处理模块 的FPGA信息处理模块完成高动态码数控振荡器和载波数控振荡器模拟，进行中频信号调 制，系统时序控制和同步；上述基带信号处理模块所生成的基带信号经数模转换器转换后， 由功分器把基带信号分为3路，这3路信号经3个射频模块上变频到GAPS三个频点之后由 输出部件输出。上述方案所述输出部件既可以是合路器及与合路器相连的天线、也可以是3条射 频电缆。由于CAPS星历更新频繁，DSP信息处理模块中不能存放很长时间的电文，因此，模 拟器所用星历信息是根据特定时刻的CAPS电文重新编制而成，格式与CAPS信息处理模块 电文相同。上述方案所述上位机根据CAPS电文，提取相关参数，所提取的参数由FPGA信息处理模块传输到DSP信息处理模块中进行电文的重新编制。上位机模拟接收机的运动轨迹包括静点、勻速运动、圆周运动、勻加速度运动、或 变加速度运动、而且可以根据用户自定义运动轨迹。通过设定接收机的运动轨迹，即可在模 拟时间界定内、确定下接收机位置和速度。为了获得更为精确的GAPS卫星模拟信号，上述基带信号处理模块内还建立有电 离层误差模型、对流层误差模型、多路径误差模型、卫星星历误差模型、虚拟原子钟误差模 型、和/或地球自转效应误差模型，DSP信息处理模块根据上述误差模型计算误差，生成修 正和改变卫星信号状态的参数。由于本模拟器是针对CAPS三频相码组合动态接收机应用，三频组合的最大优点 之一是可以消除电离层的一阶效应，而CAPS电离层一阶误差比高阶误差大3个数量级，因 此，上述方案所述电离层误差模型为电离层一阶误差模型。由于CAPS卫星信号的极化特性决定了 CAPS多路径误差比较严重，本技术从 多路径信号相对直达波的幅度、相位和相对时延模拟CAPS多路径误差。本技术针对CAPS卫星导航系统，构建基于DSP (数字信号处理)+FPGA (现场 可编程门阵列)的CAPS三频高动态卫星信号模拟器，它不同于一般的信号发生器，不仅要 模拟高精度的卫星导航信号，更为主要的是模拟出特定时间、特定地点的接收机所接收到 的所有卫星星座发射的信号，即模拟器的输出信号，就是实际环境下的接收机天线所接收 到的信号，这包含了卫星星历信息，也包含有CAPS接收机到各颗卫星的距离(通常称为伪 距，其包括对流层、电离层、多路径、地球自转效应等误差的伪距)信息，在同一时间基准 下，根据卫星到所模拟的接收机的距离，对信号作了相应的延迟，接收机接收此模拟信号即 可实现定位，并且定位结果和模拟器中所模拟的接收机轨迹位置一致。本技术能为 CAPS卫星导航系统中的地面系统研制、建设和测试提供一个可靠、稳定、准确和易用的仿真 和测试环境；为CAPS接收机提供室内测试环境，测试CAPS接收机的信号接收能力，定位性 能，捕获、跟踪灵敏度等指标。附图说明图1为本技术一种CAPS卫星模拟信号发生器的原理示意图；图2为CAPS卫星模拟信号发生器的DSP信息处理模块的流程图。具体实施方式本技术一种CAPS卫星模拟信号发生器的原理示意图如图1所示，其硬件部分 主要由上位机、基带信号处理模块、数模转换器、功分器、3个射频模块和输出部件构成；其 中基带信号处理模块的内部主要由DSP信息处理模块和与之相连的FPGA信号处理模块构 成；上位机的经串口与基带信号处理模块的DSP信息处理模块相连，基带信号处理模块的 FPGA信号处理模块经数模转换器连接至功分器，功分器的3个输出端分别与3个射频模块 相连，3个射频模块的输出端与输出部件连接。上位机主要完成电文参数提取、场景生成、模拟的卫星通道状态、卫星星空分布、 模拟时间界定、接收机位置和速度、以及模拟位置与接收机定位结果比对；基带信号处理模 块的DSP信息处理模块完成用户轨迹的计算，导航电文解码，虚拟原子钟计算、卫星位置的实时计算，传播延迟的计算、码数控振荡器和载波数控振荡器计算、并与FPGA信息处理模 块共同完成各个通道的运行时状态监视和校正；基带信号处理模块的FPGA信息处理模块 完成高动态码数控振荡器和载波数控振荡器模拟，进行中频信号调制，系统时序控制和同 步；上述基带信号处理模块所生成的基带信号经数模转换器转换后，由功分器把基带信号 分为3路，这3路信号经3个射频模块上变频到GAPS三个频点之后由输出部件输出。本技术的上位机从功能上划分为以下10个功能模块即初始化模块、自检模 块、通信控制模块、场景生成器功能模块、可见星状态显示模块、星空图显示模块、卫星功率 控制模块、接收机定位信息模块、模拟器卫星信号NMEA格式输出模块、以及模拟位置-接收 机定位结果数据分析模块。初始化模块完成模拟器初始化参数设置。自检模块在模拟器加 电或用户发出自检命令后，向模拟器发送自检专用数据，模拟器在接受自检指令，开始硬件 各部分检查，将检查结果送计算机，由计算机判断模拟器的工作状态。通信控制模块完成计 算机与模拟器之间的通信，向模拟器发送导航信息、接收机初始位置信息及初始速度、用户 设置的运动轨迹，接收模拟器发送的状态信息。场景生成器功能模块生成实时模拟所需的 场景文件及模拟预览。可见星状态显示模块从DSP信息处理模块里本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．ＣＡＰＳ卫星模拟信号发生器，其特征在于：主要由上位机、基带信号处理模块、数模转换器、功分器、３个射频模块和输出部件构成；其中基带信号处理模块的内部主要由ＤＳＰ信息处理模块和与之相连的ＦＰＧＡ信号处理模块构成；上位机的经串口与基带信号处理模块的ＤＳＰ信息处理模块相连，基带信号处理模块的ＦＰＧＡ信号处理模块经数模转换器连接至功分器，功分器的３个输出端分别与３个射频模块相连，３个射频模块的输出端与输出部件连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：纪元法，孙希延，莫建文，孙希刚，邓洪高，耿建平，张顺岚，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：实用新型
国别省市：45