[发明专利]基于FPGA的卫星导航信号模拟方法和模拟系统

说明书

技术领域

本发明涉及基于FPGA的卫星导航信号模拟方法和模拟系统，属于无线通信领域。

背景技术

全球卫星导航系统作为一种主要的定位手段成为世界各国发展的重点。目前GPS系统正在开展现代化建设进程、Glonass、Galileo和BDS等系统处于建设和完善阶段。在各个系统研制的过程中，提升卫星导航系统性能成为各个系统发展和建设的重点，因此新型信号体制得到了论证和应用。例如Galileo和GPS系统采用了TMBOC、CBOC、AltBOC和TDDM-BPSK等新型信号调制方法。新型信号体制的带宽更宽，大多包括导频和数据两路信号，调制方式中增加了方波子载波和子码。新型信号体制的特点以及其对卫星导航系统性能的影响需要进行理论和实践的验证，同时信号体制的变化对于接收机的研制提出了挑战，针对新型信号体制的特点研制接收机是必然发展过程。这些工作的开展都离不开卫星导航系统模拟器的研制。

目前卫星导航系统模拟器系统的主要架构包括三种，分别是软件、硬件和软硬件结合。软件架构模拟器产生数字中频信号数据文件，可经回放和上变频产生射频信号，但受计算机硬件的限制，无法模拟长时间、高采样率的中频信号。硬件架构的模拟器功能则相对固定，系统升级困难。对于软硬件结合架构的模拟器，软件部分负责计算信号参数和编写导航电文，硬件部分负责中频信号的调制和上变频等工作。

现有技术硬件部分的硬件开发平台主要可分为DSP、ASIC、PLD三大类。

DSP依靠指令实现数据的处理操作，只能串行处理，在应对高速、大数据流，以及并行运算时，无法满足设计要求。

AISC指为专门目的而设计的集成电路，缺点在于内部逻辑架构无法改变，重构性低，开发周期长，成本高。

其中PLD主要分为FPGA和CPLD两大类。CPLD的逻辑资源较少，主要用于逻辑相对简单、功耗较低的场合。FPGA的逻辑资源较为丰富，适合大规模的数字信号处理。

现有技术中，模拟器一般针对某一特定功能进行实现，如高精度或高动态信号的模拟。且现有的模拟器架构多用于实现单一频点的信号模拟，对多模多通道信号的模拟不够完善，不便于用户设备的测试。

发明内容

本发明旨在至少解决上述技术问题之一。

为此，本发明的第一个目的在于提出一种基于FPGA的卫星导航信号模拟方法。该方法适用于模拟高精度或高动态卫星导航信号。同时兼容BDS、GPS、GLONASS和GALILEO系统的各个频点，可通过模拟器的软件部分对硬件部分进行控制，选择模拟产生相应频点的数字中频卫星导航信号，方便测试，有效缩短用户设备的开发时间，并满足新型信号体制对模拟器提出的新要求。

本发明的第二个目的在于提出一种基于FPGA的卫星导航信号模拟系统。该系统适用于模拟高精度或高动态卫星导航信号。同时兼容BDS、GPS、GLONASS和GALILEO系统的各个频点，可通过模拟器的软件部分对硬件部分进行控制，选择模拟产生相应频点的数字中频卫星导航信号，方便测试，有效缩短用户设备的开发时间，并满足新型信号体制对模拟器提出的新要求。

为了实现上述目的，本发明的第一方面的实施例公开了一种基于FPGA的卫星导航信号模拟方法，包括以下步骤1)对输入的系统参数和通道参数进行接收和存储，并间隔发出中断信号控制外部输入数据的更新；2)控制相位产生电文、伪码、子码、载波和子载波并调制输出数字中频信号；在步骤2)中，进一步包括：接收电文速率参数、伪码NCO参数、载波NCO参数、子码长度参数、子码速率参数和伪码周期脉冲，根据所述伪码周期脉冲和所述电文速率参数的控制下逐比特输出电文，根据所述伪码NCO参数通过伪码DDS控制生成伪码相位，由所述伪码相位控制读取所述伪码；对所述伪码周期脉冲进行计数，在子码速率和子码长度参数的控制下输出子码相位，根据所述子码相位控制读取所述子码；根据所述载波NCO参数通过载波DDS控制生成载波相位，由所述载波相位控制读取所述载波的采样幅值得到所述载波；接收所述伪码DDS的输出相位控制字，并根据调制系数，控制子载波相位的跳变逐比特输出子载波。