專利名稱：高動態(tài)高精度中頻模擬衛(wèi)星信號產生方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種衛(wèi)星信號產生方法，更具體地說，涉及一種用于衛(wèi)星信號 模擬的高動態(tài)高精度中頻信號產生方法。
背景技術：
高動態(tài)衛(wèi)星信號模擬器能夠精確模擬載體接收到的衛(wèi)星信號，作為一種高 精度的測試設備，功能強大，在民用和國防科學試驗領域應用非常廣泛。其典 型用途包括模擬衛(wèi)星發(fā)射的高動態(tài)信號以測試接收機的捕獲性能，作為精度比 較標準檢驗接收機的動態(tài)測量精度，設計特定的信號驗證測量方案等。近年來, 中國開始逐步建立自主的導航定位系統(tǒng)，在不斷發(fā)展和提高系統(tǒng)各項性能指標 的同時，對衛(wèi)星信號模擬和測試的要求也越來越高。因此高性能衛(wèi)星信號模擬 器的研制對開發(fā)中國的衛(wèi)星導航系統(tǒng)有著非常重要的現實意義。其中高動態(tài)為
精度的中頻信號產生方法，是研制衛(wèi)星信號模擬器需要解決的關鍵:技術之一。
目前，北京航空航天大學研制的衛(wèi)星信號模擬器利用軟件無線電方法，建 立了衛(wèi)星信號模擬器中頻信號處理的數學模型。該方法通過對數字基帶調制信
號進行4倍內插、數字濾波，D/A(Digital/Analog)變換和模擬濾波，實現中頻^ 號的頻率變換，得到中頻衛(wèi)星信號。在多普勒模擬時，采用全相參的多普勒模 擬算法，將釆樣間隔內運動目標的距離差映射成為相鄰采樣時刻偽碼和載波的 相位差，通過遞推累加獲得下一采樣時刻的偽碼相位和載波相位。系統(tǒng)采用傳 統(tǒng)的基于直接數字頻率合成器(DDS)的頻率階梯步進的數字載波結構原理來生 成數字載波，其輸出為一個線性調頻信號。階梯時間邏輯單元根據輸入的時間 步長控制字來控制參數刷新的速率周期，頻率步長變量控制字代表頻率的變'化 信息，從而使生成的數字載波具有速度和加速度等動態(tài)信息。該方法能在一定 精度下完成測試接收機所需的基本功能，，具有一定的動態(tài)性能，但距離真正的 高精度信號模擬尚有一定的距離。其主要'缺點是采用4倍零內插產生較高頻 率的信號，后接帶通濾波器濾除各次鏡頻分量，這種方法工作時鐘較低，結構 復雜，降低了信號的模擬精度。采用一階直接數字頻率合成(DDS)模型，通 過在時間間隔內更新速度參數來仿真具有加速度和加加速度的信號，這種方法 導致速度有階越，只能通過縮短參數更新時間間隔增加仿真精度。因此，需要一種高動態(tài)高精度的中頻衛(wèi)星信號產生方法。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是克服現有方法的上述不足，提供一種高動態(tài)高 精度的中頻衛(wèi)星信號產生方法。
為了達到上述目的，本發(fā)明包含如下部分
(1)接收射頻載波的參數，包括初始偽距、速度、加速度和加加速度； (2 )通過三階載波相位累加的方法產生包含多普勒頻移的高精度的載波相位； 三階載波相位累加是將傳統(tǒng)的一階直接數字頻率合成即DDS模型進行三 級級if關得到的，其中初始偽距和速皮對應第 一級DDS ，加速度對應第二級 DDS，加加速度對應第三級DDS;在時鐘作用下，載波加加速度累加器(第 三級DDS )對加加速度進行累加，得到加速度序列，該序列與加速度初值 相加后得到瞬時加速度值；同理，載波加速度累加器(第二級DDS),對 瞬時加速度進行累加得到速度序列，該序列與速度初值相加后得到瞬時速 度值；載波速度累加器(第一級DDS)對瞬時速度進行累加，得到載波相 位序列，該序列與初始偽距相加后得到瞬時載波相位值；
(3) 載波相位截斷后查正弦、余弦表得到中頻載波信號；
(4) 接收測距碼的參數，包括初始偽距、速度、加速度和加加速度參數；
(5) 采用三階碼相位累加的方法產生高精度的碼鐘；三階碼相位累加方法是將 傳統(tǒng)DDS級聯得到的；其中初始偽距和速度對應第 一級DDS ，加速度對 應第二級DDS,加加速度對應第三級DDS;碼加加速度累加器(第三級 DDS )對加加速度進行累加，得到加速度序列，該序列與加速度初值相加 后得到瞬時加速度值；同理，碼加速度累加器(第二級DDS)，對瞬時加 速度進行累加得到速度序列，該序列與速度初值相加后得到瞬時速度值； 碼速度累加器(第一級DDS)對瞬時速度進行累加，得到碼相位序列，該 序列與初始偽距相加后得到瞬時碼相位值，碼相位的最高位作為碼鐘;"
(6) 在碼鐘的作用下，產生I路和Q路擴頻碼；
(7) 讀取I路和Q路導航電文，并與擴頻碼進行模2加； (8 )對擴頻碼進行成型濾波并調制到中纟貞載波上；
(9 )對擴頻信號進行功率控制和數模轉換得到中頻模擬衛(wèi)星信號。
與現有技術相比，本發(fā)明的有益效果是不進行內插和濾波，直接產生中頻 載波，結構筒單；采用三階DDS級聯實現載波和碼的多普勒模擬，速度平滑沒
4有階越，并可達到很高精度。


圖l是根據本發(fā)明示例性實施例的高動態(tài)高精度中頻衛(wèi)星信號產生方法的實
現框圖2是根據本發(fā)明示例性實施例的包含在圖1中頻衛(wèi)星信號產生框圖中的三 階載波相位累加的實現框圖3是才艮據本發(fā)明示例性實施例的包含在圖1中頻衛(wèi)星信號產生框圖中^三 階碼相位累加的實現框圖。
具體實施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，下面參照附圖和實施 例，對本發(fā)明作進一步詳細說明。
圖1是根據本發(fā)明示例性實施例的中頻衛(wèi)星信號產生方法的實現框圖。 如圖1所示，中頻衛(wèi)星信號產生方法包括如下步驟
在步驟101中，接收射頻載波的初始偽距、速度、加速度、加加速度等參 數，并轉換成步驟102中所需的三階載波相位累加參數KOa、 Kla、 K2a和K3a (圖2)。轉換公式如下
、二叢x2"。
^ =人6 2恥x 2ci。十 3。 c//
其中厶為射頻載波頻率，A為偽距初值，v為速度，a為加速度，辦為加加 速度，c為光速，,為工作時鐘頻率；油為載波速度累加器205 (圖2)的長度， C,。為載波加速度累加器203 (圖2)的長度，q。為載波加加速度累加器201 (圖 2)的長度。
在步驟102中，將傳統(tǒng)的一階直接嶔字頻率合成(DDS)模型進行三級級 聯，得到三階載波相位累加器(圖2),通過三級累加得到載波相位。其中載波的初始相位和速度對應第 一級DDS,加速度對應第二級DDS,加加速度對應第 三級DDS。步驟IOI中計算得到的參數K0a、 Kla、 K2a和K3a與三階載波相位 累加器之間的對應關系將在圖2中進行描述。
三階載波相位累加得到的載波相位通過步驟103進行相位截斷，截斷后的 相位作為正/余弦查找表(105和104)的輸入地址。
余弦查找表10'4和正弦查找表105內存儲正/余弦查找表文件，實現相位-幅度的轉化，得到包含多普勒信息的正/余弦中頻載波信號(107和106)。
在步驟108中，接收測距碼的初始偽距、速度、加速度、加加速度等參數， 并轉換成步驟109中所需的三階碼相位累加參數K0b、 Klb、 K2b和K3b(圖3 )。 轉換公式如下
《
其中/c為碼率，滿為碼速度累加器305 (圖3)的長度，Q為碼加速度累 加器303 (圖3 )的長度，Q為碼加加速度累加器301 (圖3 )的長度。 '
三階碼相位累加(步驟109)的實現原理與三階載波相位累加相同，都是將 傳統(tǒng)DDS級聯得到的(圖3 );其中碼的初始偽距和速度對應第一級DDS,碼 的加速度對應第二級DDS,碼的加加速反對應第三級DDS。步驟108中計算得 到的參數K0b、 Klb、 K2b和K3b與三階碼相位累加器之間的對應關系將在圖3 中進行描述。
在步驟109中，碼相位累加器的最高位作為碼鐘用于產生I路擴頻碼(110) 和Q路擴頻碼(111)。 I路擴頻碼在步驟112中與從緩沖區(qū)讀取的I路導航電文 進行模2力口，得到I路測距碼；Q路擴頻碼在步驟113中與從緩沖區(qū)讀取的Q 路導航電文進行模2加，得到Q路測距碼。
為了減少不同通道擴頻碼的碼間干擾，提高信號星座圖質量和偽距相位控 制精度，將I路測距碼經過碼成型濾波器114得到濾波后的I路測距碼，將Q路 測距碼經過碼成型濾波器115得到濾波洽的Q路測距碼。
步驟116中，將來自106的中頻余弦信號與來自114的I路測距碼相乘，得到I路中頻調制信號；同理，在步驟117中，將來自107的中頻正弦信號與來自 115的Q路測距碼相乘，得到Q路中頻調制信號。
1/Q兩路中頻調制信號在步驟118中相加，實現信號合成，得到正交的高動 態(tài)高精度QPSK擴頻碼調制信號。再用乘法器對輸出信號功率進行控制后，經 過數模轉換(119 )得到包含多普勒信息的衛(wèi)星中頻模擬信號。
圖2是包含在圖1中的三階載波相位累加器102的實現框圖。
三階載波相位累加器102根據DDS原理，采用三階累加模型，可精確模擬 各衛(wèi)星信號到達接收機時的載波相位、多普勒頻移、加速度、加加速度等參數， 在實現高動態(tài)模擬的同時，還具有很高的分辨率。
如圖2所示，在時鐘作用下，載波加加速度累加器201對加加速度參數K3a 進行累加，得到由加加速度產生的加速度序列；該序列通過加法器202與加速 度初值K2a作有符號加法后得到瞬時加速度值。同理，在時鐘作用下，載波加 速度累加器203對瞬時加速度參數進行f、加，得到由加速度產生的速度序列； 該序列通過加法器204與速度初值Kla作有符號加法后得到瞬時速度值。載波 速度累加器205對瞬時速度參數進行累加，得到由速度產生的相位序列；該序 列通過加法器206與初始相位KOa作有符號加法后得到瞬時相位值。根據衛(wèi)星 軌跡和用戶運動狀態(tài)更新K3a、 K2a、 Kla的值，則可實現連續(xù)、高動態(tài)、高精 度的載波信號仿真。
圖3是包含在圖1中的三階碼相位累加器109的實現框圖。
三階碼相位累加器109實現原理與三階載波相位累加器102相同，采用三 階累加模型來精確模擬測距碼的偽距、速度、加速度、加加速度等參數。
如圖3所示，在時鐘作用下，碼加加速度累加器301對加加速度參數K3b 進行累加，得到由加加速度產生的加速度序列.；該序列通過加法器302與加速 度初值K2b作有符號加法后得到瞬時加速度值。同理，在時鐘作用下，碼加速 度累加器303對瞬時加速度參數進行累加，得到由加速度產生的速度序列；該 序列通過加法器304與速度初值Klb作有符號加法后得到瞬時速度值。碼速度 累加器305對瞬時速度參數進行累加，得到由速度產生的相位序列；該序列通 過加法器306與初始相位KOb作有符號加法后得到瞬時相位值。根據衛(wèi)星軌跡 和用戶運動狀態(tài)更新K3b、 K2b、 Klb的值，則可實現連續(xù)、高動態(tài)、高精疼的 偽距仿真。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點
7(1) 直接產生中頻信號，結構簡單，精確模擬各時鐘采樣點的信號，保證 了信號的模擬精度；
(2) 采用三階載波相位累加的方法，直接對載波的加加速度、加速度、速
度參數累加得到高精度、連續(xù)的載波相位信息；
(3) 采用三階碼相位累加的方法，真接對擴頻碼的加加速度、加速度、速 度參數累加得到高精度、連續(xù)的碼相位信息。
權利要求
1、一種高動態(tài)高精度中頻模擬衛(wèi)星信號產生方法，其特征在于，包括以下步驟(1)接收射頻載波的參數，包括初始偽距、速度、加速度和加加速度；(2)通過三階載波相位累加的方法產生包含多普勒頻移的高精度的載波相位；三階載波相位累加是將傳統(tǒng)的一階直接數字頻率合成即DDS模型進行三級級聯得到的，其中初始偽距和速度對應第一級DDS，加速度對應第二級DDS，加加速度對應第三級DDS；在時鐘作用下，載波加加速度累加器即第三級DDS對加加速度進行累加，得到加速度序列，該序列與加速度初值相加后得到瞬時加速度值；同理，載波加速度累加器即第二級DDS對瞬時加速度進行累加得到速度序列，該序列與速度初值相加后得到瞬時速度值；載波速度累加器即第一級DDS對瞬時速度進行累加，得到載波相位序列，該序列與初始偽距相加后得到瞬時載波相位值；(3)載波相位截斷后查正弦、余弦表得到中頻載波信號；(4)接收測距碼的參數，包括初始偽距、速度、加速度和加加速度參數；(5)采用三階碼相位累加的方法產生高精度的碼鐘；三階碼相位累加方法是將傳統(tǒng)DDS級聯得到的；其中初始偽距和速度對應第一級DDS，加速度對應第二級DDS，加加速度對應第三級DDS；碼加加速度累加器即第三級DDS對加加速度進行累加，得到加速度序列，該序列與加速度初值相加后得到瞬時加速度值；同理，碼加速度累加器即第二級DDS對瞬時加速度進行累加得到速度序列，該序列與速度初值相加后得到瞬時速度值；碼速度累加器即第一級DDS對瞬時速度進行累加，得到碼相位序列，該序列與初始偽距相加后得到瞬時碼相位值，碼相位的最高位作為碼鐘；(6)在碼鐘的作用下，產生I路和Q路擴頻碼；(7)讀取I路和Q路導航電文，并與擴頻碼進行模2加；(8)對擴頻碼進行成型濾波并調制到中頻載波上；(9)對擴頻信號進行功率控制和數模轉換得到中頻模擬衛(wèi)星信號。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高動態(tài)高精度的中頻衛(wèi)星信號產生方法，包括以下步驟1)接收射頻載波的參數，包括初始偽距、速度、加速度和加加速度；2)通過三階載波相位累加的方法產生包含多普勒頻移的高精度的載波相位；3)載波相位截斷后查正弦、余弦表得到中頻載波信號；4)接收測距碼的參數，包括初始偽距、速度、加速度和加加速度參數；5)采用三階碼相位累加的方法產生高精度的碼鐘；6)在碼鐘的作用下，產生I路和Q路擴頻碼；7)讀取I路和Q路導航電文，并與擴頻碼進行模2加；8)對擴頻碼進行成型濾波并調制到中頻載波上；9)對擴頻信號進行功率控制和數模轉換得到中頻模擬衛(wèi)星信號。本發(fā)明結構簡單，速度平滑沒有階越，并可達到很高精度。
文檔編號G01S1/02GK101509968SQ20091008047
公開日2009年8月19日 申請日期2009年3月19日 優(yōu)先權日2009年3月19日
發(fā)明者宋媛媛, 濤 曾, 曾大治, 騰 龍 申請人:北京理工大學