[发明专利]基于文件产生与播放的北斗卫星导航信号模拟源

说明书

技术领域

本发明涉及一种北斗卫星信号模拟源设计与实现方法，属于卫星导航与测试领域。

背景技术

信号源或称信号发生器是现代电子系统设计和开发的基本仪器，随着技术和市场的高速发展，现代信号源迫切要求能产生各种体制、复杂环境的综合信号。与国外综合信号源相比，国产综合信号源还存在一定差距，为了培育国产综合信号源的民族产业，打破国外的相关技术垄断，并结合我国自主设计的北斗卫星导航系统的优势，开展了结合微波矢量信号源的北斗卫星导航信号模拟方法研究。

本发明利用通用计算平台的信号文件产生，以任意波播放信号源仪器平台为基础，实现一种便于向信号源仪器移植的北斗卫星导航信号模拟方法。本发明不同于专用的卫星导航信号模拟器，采用的文件产生和播放方式对系统硬件要求低；同时也不同于采集回放式的信号源，用通用计算机平台产生信号可以模拟复杂的用户场景环境，达到信号产生的多样性和系统硬件的低复杂性相结合，为北斗卫星导航接收机开发生产和应用提供的技术支持。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种北斗卫星信号模拟源设计与实现方法，能够用比较简单的系统硬件，产生单点的静态接收机模拟信号和复杂的航迹场景动态接收机模拟信号，以解决通用信号源平台的北斗卫星导航信号模拟问题。

本发明的技术方案提供一种基于文件产生与播放的北斗卫星导航信号模拟源设计方法，包括导航数据文件产生与播放系统设计，其设计要点概括为以下步骤：

步骤1建立时间关系模型，模拟卫星与接收机的相对运动。通过载波时延体现载波多普勒效应，计算每一个信号采样点的实际信号传播时延，模拟信号的传播特性，实现载波多普勒和码多普勒的动态变化。

步骤2通过模块化设计思想，结合任意波信号发生器，设计并实现模拟源播放系统。播放系统采用FPGA作为核心处理单元，DDR2作为数据存储载体，采用FPGA+DDR2的数据读写方式。主要包括数据存储模块、时基模块、中频信号生成模块、数模转换模块和射频模块。

步骤3通过FPGA对数据存储模块的读写进行控制，用来缓存由PCI总线从工控机传输来的导航数据，并为后续各个功能模块提供数据来源。

步骤4借助于DDS建立时基模块，为整个系统提供基础工作时钟。并通过设计跨时钟域处理功能模块来避免因PCI总线接口时钟与DDR2SDRAM时钟速率以及DDR2SDRAM与DAC时钟速率不一致而导致的数据混乱。

步骤5中频信号生成模块根据导航数据原始格式对从数据存储器中读取的数据进行信号还原，包括数据映射、重采样和上变频。数据映射模块用来将2bit量化数据映射成对称的16位补码形式，从而避免直流分量的引入。重采样模块则根据原始采样数据的采样率将其提高到与DAC工作时钟一致。上变频模块通过对载波NCO进行设计，将北斗信号数据进行频谱搬移，从而减小相邻主瓣间的影响，提高定位效果。

步骤6数模转换模块将还原后的数字中频信号转换为模拟中频信号，经差分放大和滤波后送入射频模块；射频模块对中频模拟信号进行再次混频，产生射频信号。

步骤7卫星导航数据经过以太网传输给工控机并存放于存储盘中，然后经由PCI总线将数据缓存到DDR2中，并且在连续播发模式下通过本地数据总线将读取的数据送入数据处理模块，进行增采样等数字信号处理生成数字中频信号后由DAC进行数模转换。将DAC输出的中频模拟信号送至射频端进行混频，根据北斗卫星信号设置射频载波功率和载波频率参数，然后发送至天线产生射频信号，实现卫星信号模拟源的生成。

有益效果

以微波矢量信号源为基础的北斗导航信号模拟方法，能够为北斗接收机的研制开发、测试提供真实仿真环境；可以模拟单点定位、航迹模拟和高动态等接收信号，并且信号参数可根据载体的运动状态进行更改。另外，该产生软件方便在计算机通用平台上移植，信号文件可以加载到其他类似的测量仪器中。

附图说明

图1本发明的播放系统架构图。

图2本发明数据处理模块结构图。

图3本发明系统各模块之间数据速率示意图。

图4本发明中频信号生成模块示意图

图5本发明中滤波器系数集与差值系数集时域响应图

图6CORDIC算法实现载波NCO结构图

图7螺旋上升航迹场景的北斗卫星导航信号接收机定位效果图

具体实施方式

为了阐明本发明的技术方案及技术目的，下面结合附图及具体实施方式对本发明做进一步的介绍。