[發明專利]基于衛星星時重構的通用仿真衛星廣播信號合成器

有效

• 申請號: 201010196231.6
• 申請日: 2010-06-09
• 公開（公告）號: CN102122986A
• 公開（公告）日: 2011-07-13
• 發明（設計）人: 劉光斌;姚志成;張博;范志良;何志昆;焦巍;劉冬;余志勇
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍第二炮兵工程學院
• 主分類號: H04B7/185
• 分類號: H04B7/185;H04H40/90;G01S19/23;G06F17/50
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技術領域

本發明屬于導航、仿真線路及信號傳輸技術領域，涉及一種基于全球衛星導航系統GNSS(Global?Navigation?Satellite?System)各組成衛星的仿真星時狀態重構的仿真廣播衛星信號合成器，尤其涉及一種實時重構接收機觀測衛星星時并且合成各顆仿真衛星廣播信號的通用仿真衛星廣播信號合成器。

背景技術

衛星導航系統是一種測時定位系統，但是各衛星星時不能直接觀測，而是通過觀測衛星廣播信號相位，補償其中各種信號傳播效應延時后間接得到。衛星導航系統模擬裝置可以產生各種表征衛星星時的導航衛星信號，用以驗證衛星導航系統信號的有效性以及接收機的性能，其中，星時重構和信號合成單元是衛星導航系統模擬裝置的重要組成部分。因此，星時重構和信號合成方式的優劣，將直接影響到衛星導航系統模擬裝置的實際性能。

在本發明以前的現有衛星導航信號仿真裝置均應用直接數字頻率合成技術合成廣播導航信號，其中在仿真信號頻率(多普勒頻移)和信號傳播延遲的處理上，主要有以下兩種方式：

第一種是延遲后處理方式：先按照各衛星廣播信號的體制和多普勒頻移，利用直接數字頻率合成技術合成各衛星廣播的信號，再通過復雜算法，對信號進行延時。這種方式是現有衛星導航信號仿真器的主流，其特點是控制信號生成較為簡便，但是信號逼真度較低，比如：延遲控制精度最高能做到亞納秒級；載波相位控制精度最高做到延遲控制精度的十分之一(如英國Spirent)，而部分產品沒有控制載波相位，導致合成信號的載擴一致性不高，很多產品甚至不能保證仿真信號的載擴一致性。此外，由于延遲算法比較復雜，這些產品的結構龐大，組成復雜，難以集成化。

第二種是仿真信號直接合成方式：以數學仿真計算得到載波相位和擴頻碼相位為控制狀態量，控制基于直接數字頻率合成技術的載波合成器和擴頻碼生成器產生具有多普勒頻移、幅度特征和延遲的載波信號和擴頻碼序列，通過相位鍵控調制合成仿真衛星信號。這種方法具有極高的信號合成精度：擴頻碼相位控制精度比第一類方法可提高4～6個數量級；載波相位控制精度比第一類方法可提高3～5個數量級；載擴一致性比第一類方法的最高水平提高4個數量級。同時，這種方法可全部采用硬件實現，最終產品結構簡單，易于集成化。但是，隨著仿真規模的提升以及單星多頻、多路徑仿真的需要，如果簡單地將每路多頻、多路徑信號視為一個仿真通道應用仿真信號直接合成法，會造成硬件資源的浪費，而且多個信號處理通道間實現高精度一致仿真的控制難度很大。

發明內容

針對上述現有技術中仿真信號頻率(多普勒頻移)信號傳播延遲處理和仿真信號直接合成技術存在的缺陷，本發明的目的在于，將衛星和接收機觀測到該衛星的所有信號視為一個整體，提供一種單星多頻、多路徑仿真的，信號合成精度高、硬件資源消耗少，合成器控制難度低、適用于各種衛星導航系統的基于衛星星時重構的通用仿真衛星廣播信號合成器。

為達到本發明上述目的，需要解決如何對單星多頻、多路徑信號進行合理解耦并設計相應信號合成單元架構；解決如何在合成單元內集成相應硬件算法，實現高階時間狀態的預估、控制量計算、殘差補償功能，以降低信號合成器的控制難度；解決如何采用統一架構設計衛星星時和仿真信號合成器，使其適用于現有和設計部署中的所有衛星導航系統的多種信號生成，包括美國全球定位系統(Global?Positioning?System，簡稱GPS)L1?C/A、L1?P、L2?CM、L2?CL、L5?I、L5?Q，俄羅斯全球導航衛星系統(Global?Navigation?Satellites?System，簡稱GLONASS)L1?C/A、L2?C/A，歐洲伽利略全球衛星導航系統Galileo?E5a-I、E5a-Q、E5b-I、E5b-Q、E1-B、E1-C，中國北斗一代、北斗2代導航系統等。要解決的具體問題可細分為：

A.解決如何在較長的控制周期內(0.1ms～1ms)實現對高速合成(100MSPS～250MSPS)每個采樣點狀態向量的精確控制。

B.解決如何對單顆衛星多頻、多路徑信號進行合理解耦問題。

C.解決如何基于二相鍵控調制(BPSK)和可編程偽隨機擴頻序列生成器，實現現有衛星導航系統多種制式信號的生成，包括四相鍵控調制(QPSK)、二進制偏移載波調制BOC(x，y)、交替二進制偏移載波調制AltBOC(x，y)信號制式。

D.解決如何平衡設計每支路載波生成、擴頻序列生成的管線長度，保證每支路信號的載波、擴頻相位一致性。

E.解決如何平衡設計各支路，保證單顆衛星各支路信號的一致性。