一种卫星导航信号模拟器的层次化结构制造技术

本实用新型专利技术提出一种卫星导航信号模拟器的层次化结构。将导航信号模拟器结构划分为“系统—组件—单元”三个层次，其中系统的功能核心由若干结构相同的核心组件构成，各核心组件的功能核心则由若干结构相同的核心单元构成。具体实现上，将系统按功能模块划分并集成在不同的板卡上实现，插入VXI总线机箱，构成导航信号模拟器。采用层次化结构的卫星导航信号模拟器具有结构清晰，接口统一，配置灵活的特点，可以提高卫星导航信号模拟器批量化生产的效率，降低产品的设计升级周期，对产品可靠性和可维护性的提高有积极效果。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及卫星导航仪器领域，主要是导航信号模拟器设计和生产领域，涉及一种卫星导航信号模拟器的层次化结构及实现。该专利技术可应用于卫星导航信号模拟器的设计与实现。
技术介绍
卫星导航信号模拟器是卫星导航系统和各种接收设备(尤其是高动态接收机)研制的关键仪器，一直受到军事和工业部门的关注。使用卫星导航信号模拟器进行检测和标校已成为国际公认的最佳方法，卫星导航信号模拟器已经广泛地用于学术和工业领域中，并且进入了许多不同的应用领域，其中包括军用或民用目的的导航、定位、电信、航空、汽车和航天。使用卫星导航信号模拟器可以促进研究和产品开发过程的多个阶段，包括需求分析、设计和开发、集成、生产、维护和支持等。卫星导航信号模拟器可以出色地替代在实际环境中使用真实GNSS信号的测试。与实际测试不同的是，使用星导航信号模拟器测试时，测试者可以完全控制模拟卫星信号和模拟的环境条件，针对不同类型的测试很轻松地生成多种不同的场景。卫星导航信号模拟器可以产生多种场景下的卫星导航信号，使得在实验室即能对卫星导航产品进行测试或进行设备检测，不受外部环境的影响，大大降低了费用高昂和耗费时间的现场测试的必要性，极大提高了卫星导航应用产品的测试效率。目前高端的卫星导航信号模拟器可以模拟GPSL1、L2频率上的C/A码和P码’部分型号还可以模拟俄罗斯GL0NASS系统的卫星信号。这些模拟器有单通道和多通道之分，结构上多采用计算机加独立仪器机箱或计算机加插卡板的形式，具有交互式的图形界面，允许用户对仿真中使用的各种参数进行设置和修改，有的模拟器还能专门模拟各种环境和人为的干扰。经过几代产品更新，国际上GPS卫星导航信号模拟器功能和性能更加先进和完善，其他导航系统如GLONASS、GALILEO和北斗的卫星导航信号模拟器，也有一些相关产品，但是数量不多，也不够成熟。随着GPS现代化、GLONASS振兴计划、GALILEO系统和中国北斗全球系统(COMPASS)的建设，用户将可以同时利用多个全球卫星导航系统(GNSS，Global NavigationSatellite System)以提高精度和其他指标，多体制兼容已成为未来GNSS发展的主要方向。多导航系统兼容与互操作技术的发展对高性能卫星导航信号模拟器研究提出了新需求。为此，必须设计一套具有多种导航信号体制，可以灵活配置，支持混合星座仿真能力的卫星导航信号模拟器。同时，要求卫星导航信号模拟器具有统一设计架构，能够适应未来十年多类信号体制，具有高度灵活性，具备系统级可重构和可配置能力。
技术实现思路
为构造具有统一设计架构，能够兼容和适应未来十年多类GNSS信号体制的卫星导航信号模拟器，同时提高卫星导航信号模拟器的批量生产能力、快速维修能力和可靠性，本专利技术提出一种卫星导航信号模拟器的层次化结构及其实现方法。本专利技术的技术方案是在系统架构设计上采用“系统一组件一单元”三层次结构，其中，若干硬件结构完全相同的数字合成信号模拟单元(DNSU, Digital NavigationSimulator Unit)构成导航射频信号模拟组件的功能核心，若干硬件结构完全相同的导航射频信号模拟组件构成导航信号模拟器系统的功能核心。在具体实现上，将系统按功能模块划分并集成在不同的板卡上实现，插入VXI总线机箱，构成导航信号模拟器。它包括多个导航射频信号模拟核心组件和基础组件(包括C尺寸13槽VXI机箱、I个零槽控制卡、I个光纤接口卡、I个时频组件、2个信号合成与功率控制组件)。所述导航射频信号模拟组件实际上是一个VME板卡，它由多个DNSU及其它单元(包括接口桥接单元、射频调制单元等模块)组成。DNSU是导航射频信号模拟组件的核心单元。DNSU采用全数字基带合成，零中频正交调制方案，经过优化设计可以在一个DNSU中完成任意一个导航系统任意频点某类信号体制视场内可见卫星信号的数字基带合成(典型情况12颗卫星)。所述零槽控制卡通过光纤接口卡接收来自数学仿真系统的观测数据、导航电文，接收来自管理与控制系统的控制与配置命令，对系统中各导航信号模拟组件的任务进行分配和控制，协调各组件共同完成对用户所需导航卫星射频信号的模拟，并由时频组件提供稳定的时钟和频率信号，信号合成与功率控制组件调整射频信号的输出增益，最终高质量地生成导航系统各频点射频信号。本专利技术的有益效果是采用层次化结构的卫星导航信号模拟器具有结构清晰，接口统一，配置灵活的特点，可以提高卫星导航信号模拟器批量化生产的效率，降低产品的设计升级周期，对产品可靠性和可维护性的提高有积极效果。附图说明图1为本专利技术涉及的导航信号模拟器的三层次结构图；图2为本专利技术的卫星导航信号模拟器的系统组成结构示意图；图3为本专利技术的导航射频信号模拟组件的结构组成图；图4为本专利技术时频组件结构组成及功能。具体实施方式以下将结合具体实施案例和说明书附图对本专利技术做进一步详细说明。图1为导航信号模拟器的三层次结构图，采用“系统一组件一单元”三层次结构，其中，若干硬件结构完全相同的核心单元构成核心组件的功能核心，若干硬件结构完全相同的核心组件构成卫星导航信号模拟器系统的功能核心。图2为系统组成结构示意图，VXI机箱是系统的硬件平台，提供各个板卡模块所需电源管理以及地板交换总线，与零槽板卡一起完成对各个板卡模块的管理和控制。VXI总线技术是从VME基础上发展起来的，尺寸比VME大，电磁兼容环境比VME、CPCI更优异的VXI总线机箱作为系统硬件平台。在VXI总线中提供了严格同步的10MU00M的同步信号，还提供了 12路触发信号，比较适合有严格时间同步的系统。VXI总线为了得到良好的电磁兼容环境，板卡间距增加到30. 48mm (CPCI为20. 32mm)，一个机箱内设13个插槽，允许插入13块插卡。一台全配置的卫星导航信号模拟源最多可接入8个核心组件(Al)，分别完成COMPASS、GPS、GLONASS、GALILEO系统卫星导航信号的模拟以及多径信号的模拟，也可配置成其他场景的卫星导航信号模拟功能。零槽控制卡包括有诸如背板时钟(Backplane clock)、配置信号(configurationsignals)、同步与触发信号(synchronization and trigger signals)等系统资源。VXI 资源管理器(RM)与O槽模块一起进行系统中每个模块的识别、逻辑地址的分配、内存配置，并用字符串协议建立命令者/从者之间的层次体制。从而达到对系统中各模块任务的分配和控制的目的，使各模块相互协调，共同完成卫星信号的模拟过程。光纤接口卡是多体制高性能导航信号模拟源高速大容量接收接口，它接收来自数学仿真系统产生的导航电文和观测数据，是保证实现高动态目标实时仿真数据传输的关键问题。系统设计上采用成熟的2. 5G光信号接入技术，设计专门兼容VXI的光纤接口卡，用于数学仿真系统与导航信号仿真系统之间数据传输。在导航信号仿真系统的VXI机箱内采用高速总线设计，由FPGA分配到各个导航射频信号模拟组件，完成实时仿真数据的可靠传输。图3为本专利技术的导航射频信号模拟组件的结构组成图，如图所示，本专利技术的导航射频信号模拟组件包括时频组件、信号合成与功率控制组件。所述时频组件负责提供系统各模块所需稳定准确本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种卫星导航信号模拟器的层次化结构，将系统按功能模块划分并集成在不同的板卡上实现，插入VXI总线机箱，构成导航信号模拟器，其特征在于，包括多个导航射频信号模拟核心组件和基础组件，其中基础组件包括C尺寸13槽VXI机箱、1个零槽控制卡、1个光纤接口卡、1个时频组件、2个信号合成与功率控制组件。

【技术特征摘要】
1.一种卫星导航信号模拟器的层次化结构，将系统按功能模块划分并集成在不同的板卡上实现，插入VXI总线机箱，构成导航信号模拟器，其特征在于，包括多个导航射频信号模拟核心组件和基础组件，其中基础组件包括C尺寸13槽VXI机箱、1个零槽控制卡、1个光纤接口卡、1个时频组件、2个信号合成与功率控制组件。2.根据权利要求1所述的一种卫星导航信号模拟器的层次化结...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟小鹏，陈建云，周永彬，明德祥，杨俊，邢克飞，冯旭哲，王跃科，张传胜，胡助理，单庆晓，杨建伟，胡梅，郭熙业，孟志军，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：实用新型
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