[发明专利]基于卫星星时重构的通用仿真卫星广播信号合成器

说明书

技术领域

本发明属于导航、仿真线路及信号传输技术领域，涉及一种基于全球卫星导航系统GNSS(Global Navigation Satellite System)各组成卫星的仿真星时状态重构的仿真广播卫星信号合成器，尤其涉及一种实时重构接收机观测卫星星时并且合成各颗仿真卫星广播信号的通用仿真卫星广播信号合成器。

背景技术

卫星导航系统是一种测时定位系统，但是各卫星星时不能直接观测，而是通过观测卫星广播信号相位，补偿其中各种信号传播效应延时后间接得到。卫星导航系统模拟装置可以产生各种表征卫星星时的导航卫星信号，用以验证卫星导航系统信号的有效性以及接收机的性能，其中，星时重构和信号合成单元是卫星导航系统模拟装置的重要组成部分。因此，星时重构和信号合成方式的优劣，将直接影响到卫星导航系统模拟装置的实际性能。

在本发明以前的现有卫星导航信号仿真装置均应用直接数字频率合成技术合成广播导航信号，其中在仿真信号频率(多普勒频移)和信号传播延迟的处理上，主要有以下两种方式：

第一种是延迟后处理方式：先按照各卫星广播信号的体制和多普勒频移，利用直接数字频率合成技术合成各卫星广播的信号，再通过复杂算法，对信号进行延时。这种方式是现有卫星导航信号仿真器的主流，其特点是控制信号生成较为简便，但是信号逼真度较低，比如：延迟控制精度最高能做到亚纳秒级；载波相位控制精度最高做到延迟控制精度的十分之一(如英国Spirent)，而部分产品没有控制载波相位，导致合成信号的载扩一致性不高，很多产品甚至不能保证仿真信号的载扩一致性。此外，由于延迟算法比较复杂，这些产品的结构庞大，组成复杂，难以集成化。

第二种是仿真信号直接合成方式：以数学仿真计算得到载波相位和扩频码相位为控制状态量，控制基于直接数字频率合成技术的载波合成器和扩频码生成器产生具有多普勒频移、幅度特征和延迟的载波信号和扩频码序列，通过相位键控调制合成仿真卫星信号。这种方法具有极高的信号合成精度：扩频码相位控制精度比第一类方法可提高4～6个数量级；载波相位控制精度比第一类方法可提高3～5个数量级；载扩一致性比第一类方法的最高水平提高4个数量级。同时，这种方法可全部采用硬件实现，最终产品结构简单，易于集成化。但是，随着仿真规模的提升以及单星多频、多路径仿真的需要，如果简单地将每路多频、多路径信号视为一个仿真通道应用仿真信号直接合成法，会造成硬件资源的浪费，而且多个信号处理通道间实现高精度一致仿真的控制难度很大。

发明内容

针对上述现有技术中仿真信号频率(多普勒频移)信号传播延迟处理和仿真信号直接合成技术存在的缺陷，本发明的目的在于，将卫星和接收机观测到该卫星的所有信号视为一个整体，提供一种单星多频、多路径仿真的，信号合成精度高、硬件资源消耗少，合成器控制难度低、适用于各种卫星导航系统的基于卫星星时重构的通用仿真卫星广播信号合成器。

为达到本发明上述目的，需要解决如何对单星多频、多路径信号进行合理解耦并设计相应信号合成单元架构；解决如何在合成单元内集成相应硬件算法，实现高阶时间状态的预估、控制量计算、残差补偿功能，以降低信号合成器的控制难度；解决如何采用统一架构设计卫星星时和仿真信号合成器，使其适用于现有和设计部署中的所有卫星导航系统的多种信号生成，包括美国全球定位系统(Global Positioning System，简称GPS)L1 C/A、L1 P、L2 CM、L2 CL、L5 I、L5 Q，俄罗斯全球导航卫星系统(Global Navigation Satellites System，简称GLONASS)L1 C/A、L2 C/A，欧洲伽利略全球卫星导航系统Galileo E5a-I、E5a-Q、E5b-I、E5b-Q、E1-B、E1-C，中国北斗一代、北斗2代导航系统等。要解决的具体问题可细分为：

A.解决如何在较长的控制周期内(0.1ms～1ms)实现对高速合成(100MSPS～250MSPS)每个采样点状态向量的精确控制。

B.解决如何对单颗卫星多频、多路径信号进行合理解耦问题。

C.解决如何基于二相键控调制(BPSK)和可编程伪随机扩频序列生成器，实现现有卫星导航系统多种制式信号的生成，包括四相键控调制(QPSK)、二进制偏移载波调制BOC(x，y)、交替二进制偏移载波调制AltBOC(x，y)信号制式。

D.解决如何平衡设计每支路载波生成、扩频序列生成的管线长度，保证每支路信号的载波、扩频相位一致性。

E.解决如何平衡设计各支路，保证单颗卫星各支路信号的一致性。