[发明专利]一种卫星导航信号模拟多通道一致性方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及到卫星导航信号模拟技术领域，可应用于国防、军工、航天、导航、测绘等领域。

背景技术

卫星导航信号模拟技术在接收机开发、生产、测试和导航科学实验方面具有广泛的应用前景。卫星导航系统目前处于蓬勃发展的态势，美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧盟的GALILEO、中国的北斗成为世界公认的四大卫星导航系统，此外还有日本的QZSS、印度的IRNSS、中国的CAPS等系统。

由于GNSS系统多样化发展，多系统之间的兼容互操作也逐步成为导航定位的主要方法。因此要求导航信号模拟源能产生多种频点和制式的导航模拟信号。通常做法是产生基带信号后，在数字域叠加，再统一转换为射频信号。对于多种导航信号的要求，则采用多个模块产生各种信号，再统一叠加。由于电路参数、时钟传输延迟、相位上的差异，此外射频单元的相位非线性效应和群延迟随频率和环境变化，信号模拟的通道一致性成为影响信号模拟精度的重要问题。

为了解决该问题，人们目前通常采用对各模块采用统一时钟，各模块采用相同的结构或器件，然而由于器件之间的差异以及后期特性漂移都使得通道一致性问题无法根本解决，由于没有闭环测试手段，随着使用时间的增加，通道一致性将变差，目前已成为高精度卫星导航信号模拟的瓶颈问题。

图一为一种四路射频信号产生原理图，在四路基带信号产生的逻辑时间统一的前提下，理论上如果四路DAC器件的群时延特性一致，取样时钟到达各DAC器件的时间一致，混频器群延时特性一致，射频信号中的时延一致性就可以保证。

但在实际中，按照亚纳秒级的时延一致性要求，器件与电路布线都无法保证电气特性的一致性，包括：

（1）DAC输出群时延

以取样时刻为基准，DAC输出的连续时间信号相对于基准时刻附加了一个时延，记为τ_DAC(ω,t)，包含DAC后置滤波器的群延时，τ_DAC(ω,t)因基带信号频率而异，且随着时间的推移，其特性有缓慢漂移。

（2）取样时钟

尽管四路DAC使用同一时钟，但由于布线路径以及DAC时钟输入管脚、焊接特性必然存在差异，相对于取样时钟基准，DAC输出信号的时钟参考会发生偏移，记为τ_s(t)，表明该偏差因环境条件（电路板环境温度、湿度等）变换而变化。

（3）混频器输出群时延

混频器将模拟基带变换为射频信号，输出相对于输入附加了一个时延，记为τ_mix(ω,t)，表明混频器群时延因基带信号频率而异，且随时间推移，其特性会缓慢漂移。

（4）带通滤波器时延

由于数字基带信号模数转换后具有较多谐波成分，这些谐波成分混频后进入射频信号。因此射频信号需要通过带通滤波器滤除谐波，再送至天线。由于各通道带通滤波器的中心频率不一致，因此带通滤波器的时延也存在不一致。该时延记为τ_BPF。

此外，信号传输路径因为印制板布线、焊接工艺及滤波器差异均会带来时延差异。为了讨论问题方便，这些工艺差异分别归入DAC、取样时钟和混频器，用集中参数模型来分析问题。

综合上述三方面的时延因素，每个通道的信号系统模型如图2所示。

射频输出信号表示为：