專(zhuān)利名稱(chēng)：一種gps和glonass雙系統(tǒng)組合模擬器及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域，具體涉及一種GPS和GL0NASS雙系統(tǒng)組合模擬器及方法。
背景技術(shù)：
GNSS (Global Navigation Satellite System)即“全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)”，是衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的統(tǒng)稱(chēng)，包含了美國(guó)的GPS、俄羅斯的GL0NASS、中國(guó)的Compass (北斗)、歐盟的 Galileo系統(tǒng)，可用的衛(wèi)星數(shù)目將會(huì)達(dá)到100顆以上。就目前現(xiàn)狀而言，已建成和投入運(yùn)行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)主要有兩個(gè)，一個(gè)是美國(guó)的GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，另一個(gè)是俄羅斯的GL0NASS系統(tǒng)。它們都能全天候地為全球范圍內(nèi)的無(wú)限多用戶(hù)提供精確的定位等服務(wù)。GPS和GL0NASS是兩個(gè)完全獨(dú)立的系統(tǒng)，當(dāng)正常運(yùn)行時(shí)，二者所能提供的定位性能相差不大。但GPS系統(tǒng)和GL0NASS系統(tǒng)都有其局限性，例如信號(hào)微弱、衛(wèi)星分布不均、GL0NASS 的正常工作衛(wèi)星數(shù)量不足等等。這樣的一些局限性使得GPS和GL0NASS系統(tǒng)作為單一手段進(jìn)行導(dǎo)航定位時(shí)，其應(yīng)用受到很大的限制。在工程測(cè)量中，尤其是在城市道路測(cè)量中，由于有高樓、樹(shù)木遮擋衛(wèi)星信號(hào)，以及“多徑效應(yīng)”嚴(yán)重，用單一的GPS手段進(jìn)行測(cè)量，往往因接收不到必需的衛(wèi)星數(shù)而無(wú)法定位解算，或者由于干擾，定位測(cè)量精度不能滿(mǎn)足要求。于是， GPS/GL0NASS組合系統(tǒng)應(yīng)用就應(yīng)運(yùn)而生了。GPS/GL0NASS組合系統(tǒng)能夠在很大程度上克服單一 GPS和GL0NASS系統(tǒng)的局限性，使用戶(hù)能夠獲得更精確、更具可靠性和連續(xù)性的標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)，能承擔(dān)許多單一 GPS系統(tǒng)所不能完成的任務(wù)，因而，GPS/GL0NASS雙系統(tǒng)相對(duì)于GPS 和GL0NASS單系統(tǒng)來(lái)說(shuō)有其優(yōu)勢(shì)，具有良好的應(yīng)用前景。在GPS/GL0NASS雙系統(tǒng)接收機(jī)的開(kāi)發(fā)中，還要考慮GPS/GL0NASS雙系統(tǒng)衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)的應(yīng)用載體(如航行中的車(chē)船，空中的飛機(jī)、空間飛行器、導(dǎo)航等)。載體上的GPS/ GL0NASS接收機(jī)通過(guò)接收多顆衛(wèi)星的GPS/GL0NASS信號(hào)，實(shí)時(shí)測(cè)得運(yùn)動(dòng)載體的狀態(tài)參數(shù)(瞬間三維位置和三維速度)。對(duì)接收機(jī)用戶(hù)，特別是軍用需求的用戶(hù)，如軍用飛機(jī)、導(dǎo)彈及航天器一類(lèi)的高動(dòng)態(tài)用戶(hù)來(lái)說(shuō)，擁有測(cè)試GPS/GL0NASS接收機(jī)性能的儀器是十分必要的。因?yàn)槿绻苯邮褂谜鎸?shí)的高速環(huán)境進(jìn)行實(shí)際測(cè)量，成本會(huì)很高昂，且不易實(shí)現(xiàn)。此時(shí)，便需要設(shè)計(jì)一種GPS/GL0NASS雙系統(tǒng)組合模擬器來(lái)提供高度精確的GPS/GL0NASS信號(hào)。雖然單個(gè)的 GPS模擬器和GL0NASS模擬器都是在市面上可見(jiàn)的，但是由于GPS和GL0NASS兩個(gè)系統(tǒng)之間本身的差異，如空間衛(wèi)星不同、工作頻率和工作制式不同、星歷參數(shù)不同、時(shí)間系統(tǒng)不同、 坐標(biāo)系不同等，因此對(duì)于GPS/GL0NASS組合雙系統(tǒng)模擬器的設(shè)計(jì)而言，關(guān)鍵是要解決GPS和 GL0NASS系統(tǒng)間的坐標(biāo)系統(tǒng)、時(shí)間、時(shí)序同步等問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種GPS和GL0NASS雙系統(tǒng)組合模擬器及方法，其主要通過(guò)解決GPS和GL0NASS系統(tǒng)間的坐標(biāo)系統(tǒng)、時(shí)間系統(tǒng)、時(shí)序同步問(wèn)題來(lái)克服GPS 和GL0NASS兩個(gè)系統(tǒng)之間的差異，從而能夠同時(shí)模擬出一個(gè)載體在同一時(shí)空下所接收到的的GPS和GL0NASS衛(wèi)星信號(hào)。為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的一種GPS和GL0NASS雙系統(tǒng)組合模擬器，主要由上位機(jī)和模擬硬件平臺(tái)構(gòu)成，所述模擬硬件平臺(tái)包括DSP信息處理模塊和FPGA信號(hào)處理模塊構(gòu)成的基帶信號(hào)處理模塊、2個(gè) D/A轉(zhuǎn)換模塊、上變頻模塊、以及發(fā)射天線(xiàn)或輸出電纜；其中基帶信號(hào)處理模塊的DSP信息處理模塊與FPGA信號(hào)處理模塊相連；其中FPGA信號(hào)處理模塊內(nèi)設(shè)有GPS通道和GL0NASS 通道，且上述兩個(gè)通道的輸出端均與1個(gè)D/A轉(zhuǎn)換模塊連接；2個(gè)D/A轉(zhuǎn)換模塊的輸出端分別接在同一個(gè)上變頻模塊內(nèi)設(shè)有的2個(gè)獨(dú)立的GPS變頻通道和GL0NASS變頻通道上；上變頻模塊的輸出端與發(fā)射天線(xiàn)或輸出電纜相連。上位機(jī)讀取其內(nèi)部預(yù)存的GPS星歷參數(shù)、GL0NASS星歷參數(shù)文本文件，并由用戶(hù)設(shè)定接收機(jī)的運(yùn)動(dòng)軌跡、以及系統(tǒng)模擬時(shí)間參數(shù)，把數(shù)據(jù)打包然后通過(guò)FPGA信號(hào)處理模塊發(fā)送給DSP信息處理模塊；DSP信息處理模塊上述系統(tǒng)模擬時(shí)間視為GPS模擬時(shí)間TePS，并經(jīng)由GPS時(shí)間系統(tǒng)與GL0NASS時(shí)間系統(tǒng)間的轉(zhuǎn)換公式推算出GL0NASS模擬時(shí)間T_ASS，同時(shí)，DSP信息處理模塊根據(jù)接收機(jī)運(yùn)動(dòng)軌跡、不同系統(tǒng)的星歷參數(shù)與相應(yīng)的模擬時(shí)間分別計(jì)算出GPS的導(dǎo)航電文、相位和頻率信息，以及GL0NASS的導(dǎo)航電文、相位和頻率信息；FPGA信號(hào)處理模塊寄存DSP信息處理模塊的計(jì)算結(jié)果，并在接收到DSP信息處理模塊發(fā)送來(lái)開(kāi)始標(biāo)志位和FPGA信號(hào)處理模塊的復(fù)位信號(hào)后，通過(guò)同步時(shí)鐘信號(hào)，同步啟動(dòng) FPGA信號(hào)處理模塊中的GPS通道和GL0NASS通道；GPS通道和GL0NASS通道完成相應(yīng)頻率的載波信號(hào)、偽隨機(jī)碼信號(hào)和導(dǎo)航電文的模擬和調(diào)制、多顆衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行數(shù)字疊加后，分別輸出給相對(duì)應(yīng)的D/A轉(zhuǎn)換模塊；2個(gè)D/A轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換分別完成GPS和GL0NASS基帶信號(hào)的數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換后，分別送至上變頻模塊內(nèi)的2個(gè)獨(dú)立的GPS變頻通道和GL0NASS變頻通道上；上變頻模塊內(nèi)的GPS變頻通道和GL0NASS變頻通道分別將D/A轉(zhuǎn)換模塊送來(lái)的中頻信號(hào)變頻到GPS和GL0NASS的標(biāo)稱(chēng)射頻頻率后合為一路，由發(fā)射天線(xiàn)或輸出電纜輸出。上述方案中，DSP信息處理模塊內(nèi)存儲(chǔ)有GPS時(shí)間系統(tǒng)與GL0NASS時(shí)間系統(tǒng)間的轉(zhuǎn)換公式，即Tglonass = TGPS+3h-t_ Δ T式中，Tglonass為GL0NASS模擬時(shí)間，Tgps為GPS模擬時(shí)間，t為UTC(協(xié)調(diào)世界時(shí)) 跳秒時(shí)間，AT為GL0NASS與GPS的時(shí)間偏差；3h為固定參數(shù)時(shí)間3小時(shí)。上述方案中，DSP信息處理模塊內(nèi)還設(shè)有一時(shí)鐘校正模塊，該時(shí)鐘校正模塊每隔一定時(shí)間間隔At便對(duì)FPGA信號(hào)處理模塊上的時(shí)鐘計(jì)數(shù)進(jìn)行調(diào)取，并比較時(shí)鐘計(jì)數(shù)與工作頻率X At之間的差值，得出本地時(shí)鐘超前或者滯后時(shí)鐘個(gè)數(shù)，并將差值通過(guò)頻率控制字進(jìn)行補(bǔ)償。上述At的取值范圍一般介于Ims IOms之間?；谏鲜鯣PS和GL0NASS雙系統(tǒng)組合模擬器所實(shí)現(xiàn)的一種GPS和GL0NASS雙系統(tǒng)組合模擬方法，包括如下步驟①上位機(jī)主要完成GPS星歷參數(shù)、GL0NASS星歷參數(shù)、接收機(jī)的運(yùn)動(dòng)軌跡、以及系統(tǒng)模擬時(shí)間參數(shù)的設(shè)定，然后把上述所有參數(shù)數(shù)據(jù)通過(guò)串口發(fā)給FPGA信號(hào)處理模塊，再通過(guò)FPGA信號(hào)處理模塊發(fā)送給DSP信息處理模塊；②DSP信息處理模塊檢測(cè)到上位機(jī)發(fā)送完數(shù)據(jù)結(jié)束的標(biāo)志后，將上述系統(tǒng)模擬時(shí)間視為GPS模擬時(shí)間TePS，并根據(jù)接收機(jī)運(yùn)動(dòng)軌跡、GPS星歷參數(shù)以及GPS模擬時(shí)間Teps計(jì)算GPS的導(dǎo)航電文、相位和頻率信息；③根據(jù)GPS時(shí)間系統(tǒng)與GL0NASS時(shí)間系統(tǒng)間的轉(zhuǎn)換公式，將模擬時(shí)間從GPS時(shí)間系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為GL0NASS時(shí)間系統(tǒng)，獲得GL0NASS模擬時(shí)間TaQNASS ；④根據(jù)接收機(jī)運(yùn)動(dòng)軌跡、GL0NASS星歷參數(shù)計(jì)及GL0NASS模擬時(shí)間Tcmnass計(jì)算 GL0NASS的導(dǎo)航電文、相位和頻率信息；⑤計(jì)算完成后，DSP信息處理模塊將上述計(jì)算結(jié)果送至FPGA信號(hào)處理模塊的寄存器中進(jìn)行存儲(chǔ)；⑥FPGA信號(hào)處理模塊接收DSP信息處理模塊發(fā)送來(lái)開(kāi)始標(biāo)志位和FPGA信號(hào)處理模塊的復(fù)位信號(hào)，通過(guò)同步時(shí)鐘信號(hào)，同步啟動(dòng)FPGA信號(hào)處理模塊中的GPS通道和GL0NASS 通道；⑦FPGA信號(hào)處理模塊中的GPS通道和GL0NASS通道完成相應(yīng)頻率的載波信號(hào)生成、偽隨機(jī)碼信號(hào)和導(dǎo)航電文的模擬和調(diào)制、多顆衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行數(shù)字疊加后，分別輸出給相對(duì)應(yīng)的D/A轉(zhuǎn)換模塊；⑧2個(gè)D/A轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換分別完成GPS和GL0NASS基帶信號(hào)的數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換后，分別送至上變頻模塊內(nèi)的2個(gè)獨(dú)立的GPS變頻通道和GL0NASS變頻通道上；⑨GPS變頻通道和GL0NASS變頻通道分別將D/A轉(zhuǎn)換模塊送來(lái)的中頻信號(hào)變頻到 GPS和GL0NASS的標(biāo)稱(chēng)射頻頻率后合為一路，由發(fā)射天線(xiàn)或輸出電纜輸出。上述步驟③中所述的GPS時(shí)間系統(tǒng)與GL0NASS時(shí)間系統(tǒng)間的轉(zhuǎn)換公式為T(mén)glonass = TGPS+3h-t-AT式中，Tglonass為GL0NASS模擬時(shí)間，Tgps為GPS模擬時(shí)間，t為UTC (協(xié)調(diào)世界時(shí)) 跳秒時(shí)間，AT為GL0NASS與GPS的時(shí)間偏差；3h為固定參數(shù)時(shí)間3小時(shí)。上述步驟⑥和步驟⑦之間還包括有時(shí)鐘校正步驟，即每隔一定時(shí)間間隔At將 FPGA信號(hào)處理模塊上的時(shí)鐘計(jì)數(shù)傳給DSP信息處理模塊，DSP信息處理模塊通過(guò)比較時(shí)鐘計(jì)數(shù)與工作頻率X At之間的差值，得出本地時(shí)鐘超前或者滯后時(shí)鐘個(gè)數(shù)，并將差值通過(guò)頻率控制字進(jìn)行補(bǔ)償。上述At的取值范圍介于Ims IOms之間。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供了一種GPS和GL0NASS雙系統(tǒng)組合模擬器及方法。 在硬件上，本發(fā)明在一套DSP+FPGA+DA+RF平臺(tái)的基礎(chǔ)上，分隔出2個(gè)相對(duì)獨(dú)立的GPS和 GL0NASS衛(wèi)星通道來(lái)實(shí)現(xiàn)GPS和GL0NASS雙系統(tǒng)的組合模擬，這樣不僅能夠有效利用硬件平臺(tái)上各芯片，特別是FPGA信號(hào)處理模塊和上變頻模塊上的處理冗余，減少硬件、降低成本； 同時(shí)也能夠有效減少芯片的個(gè)體差異帶來(lái)的誤差，確保精確地模擬出真實(shí)環(huán)境下的GPS信號(hào)和GL0NASS信號(hào)；在功能上，本發(fā)明通過(guò)分通道單獨(dú)處理方式不僅能夠?qū)崿F(xiàn)單獨(dú)的GPS衛(wèi)星信號(hào)和單獨(dú)的GL0NASS衛(wèi)星信號(hào)的模擬，并且能夠?qū)崿F(xiàn)兩個(gè)系統(tǒng)的坐標(biāo)系統(tǒng)統(tǒng)一和時(shí)間系統(tǒng)同步，從而有效縮短了研發(fā)周期、降低了接收機(jī)研發(fā)成本，方便測(cè)試環(huán)境構(gòu)建。通過(guò)本發(fā)明所設(shè)計(jì)出的GPS和GL0NASS雙系統(tǒng)組合模擬器輸出的射頻信號(hào)，可以實(shí)現(xiàn)雙系統(tǒng)組合定位，并且定位結(jié)果可以與模擬器中設(shè)定的軌跡進(jìn)行比對(duì)，實(shí)現(xiàn)GPS/GL0NASS雙模組合接收機(jī)的閉環(huán)室內(nèi)環(huán)境測(cè)試，用于接收機(jī)性能測(cè)試、高端接收機(jī)研發(fā)。


圖1為本發(fā)明一種GPS和GL0NASS雙系統(tǒng)組合模擬器的原理示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明一種GPS和GL0NASS雙系統(tǒng)組合模擬器如圖1所示，其硬件部分主要由上位機(jī)和模擬硬件平臺(tái)構(gòu)成，所述模擬硬件平臺(tái)包括DSP信息處理模塊和FPGA信號(hào)處理模塊構(gòu)成的基帶信號(hào)處理模塊、2個(gè)D/A轉(zhuǎn)換模塊、上變頻模塊、以及發(fā)射天線(xiàn)或輸出電纜。上位機(jī)經(jīng)串口與基帶信號(hào)處理模塊的FPGA信號(hào)處理模塊相連，基帶信號(hào)處理模塊的FPGA信號(hào)處理模塊經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換模塊連接至上變頻模塊到發(fā)射天線(xiàn)或輸出電纜?；鶐盘?hào)處理模塊的 DSP信息處理模塊與FPGA信號(hào)處理模塊相連。其中FPGA信號(hào)處理模塊內(nèi)設(shè)有GPS通道和 GL0NASS通道，且上述兩個(gè)通道的輸出端均與1個(gè)D/A轉(zhuǎn)換模塊連接。2個(gè)D/A轉(zhuǎn)換模塊的輸出端分別接在同一個(gè)上變頻模塊內(nèi)設(shè)有的2個(gè)獨(dú)立的GPS變頻通道和GL0NASS變頻通道上。上變頻模塊的輸出端與發(fā)射天線(xiàn)或輸出電纜相連。上位機(jī)讀取其內(nèi)部預(yù)存的GPS星歷參數(shù)、GL0NASS星歷參數(shù)文本文件，并由用戶(hù)設(shè)定接收機(jī)的運(yùn)動(dòng)軌跡、以及系統(tǒng)模擬時(shí)間等參數(shù)，把數(shù)據(jù)打包然后通過(guò)FPGA信號(hào)處理模塊發(fā)送給DSP信息處理模塊。在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中，上位機(jī)主要完成電文參數(shù)提取、場(chǎng)景生成、模擬的衛(wèi)星通道狀態(tài)、衛(wèi)星星空分布、模擬時(shí)間界定、接收機(jī)位置和速度、以及模擬位置與接收機(jī)定位結(jié)果比對(duì)。DSP信息處理模塊上述系統(tǒng)模擬時(shí)間視為GPS模擬時(shí)間TePS，并經(jīng)由DSP信息處理模塊內(nèi)存儲(chǔ)的GPS時(shí)間系統(tǒng)與GL0NASS時(shí)間系統(tǒng)間的轉(zhuǎn)換公式推算GL0NASS模擬時(shí)間 TGLOnass°上述GPS時(shí)間系統(tǒng)與GL0NASS時(shí)間系統(tǒng)間的轉(zhuǎn)換公式為T(mén)_ASS = TGPS+3h-t_ Δ T式中，Tglonass為GL0NASS模擬時(shí)間，Tgps為GPS模擬時(shí)間，t為UTC (協(xié)調(diào)世界時(shí)) 跳秒時(shí)間，AT為GL0NASS與GPS的時(shí)間偏差；3h為固定參數(shù)時(shí)間3小時(shí)。DSP信息處理模塊根據(jù)接收機(jī)運(yùn)動(dòng)軌跡、不同系統(tǒng)的星歷參數(shù)與相應(yīng)的模擬時(shí)間分別計(jì)算出GPS的導(dǎo)航電文、相位和頻率信息，及GL0NASS的導(dǎo)航電文、相位和頻率信息。 DSP信息處理模塊完成參數(shù)初始化及控制、計(jì)算等大部分工作，具體包括根據(jù)星歷參數(shù)提取并編碼為導(dǎo)航電文；根據(jù)用戶(hù)設(shè)定仿真時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)軌跡和衛(wèi)星星座，預(yù)測(cè)GPS或GL0NASS 衛(wèi)星是否可見(jiàn)；對(duì)于可見(jiàn)星，計(jì)算相應(yīng)仿真時(shí)刻的延遲相位和信號(hào)頻率，并把所有可見(jiàn)星的電文、相位信息和頻率信息發(fā)給FPGA信號(hào)處理模塊。在此過(guò)程中DSP信息處理模塊還建立各類(lèi)誤差源的誤差模型，根據(jù)各類(lèi)誤差源，由誤差模型生成相應(yīng)的誤差仿真信號(hào)。此外，在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中，DSP信息處理模塊內(nèi)還設(shè)有一時(shí)鐘校正模塊，該鐘校正模塊每隔一定時(shí)間間隔At便對(duì)FPGA信號(hào)處理模塊上的時(shí)鐘計(jì)數(shù)進(jìn)行調(diào)取，并比較比較時(shí)鐘計(jì)數(shù)與工作頻率X At之間的差值，得出本地時(shí)鐘超前或者滯后時(shí)鐘個(gè)數(shù)，并將差值通過(guò)頻率控制字進(jìn)行補(bǔ)償。上述At的取值范圍介于Ims IOms之間。FPGA信號(hào)處理模塊寄存DSP信息處理模塊的計(jì)算結(jié)果，并在接收到DSP信息處理模塊發(fā)送來(lái)開(kāi)始標(biāo)志位和FPGA信號(hào)處理模塊的復(fù)位信號(hào)后，通過(guò)同步時(shí)鐘信號(hào)，同步啟動(dòng)FPGA信號(hào)處理模塊中的GPS通道和GL0NASS通道；DSP通道和GL0NASS通道完成相應(yīng)頻率的載波信號(hào)、偽隨機(jī)碼信號(hào)和導(dǎo)航電文的模擬和調(diào)制、多顆衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行數(shù)字疊加后，分別輸出給相對(duì)應(yīng)的D/A轉(zhuǎn)換模塊。具體來(lái)說(shuō)FPGA信號(hào)處理模塊根據(jù)DSP信息處理模塊傳輸?shù)男l(wèi)星狀態(tài)，把可見(jiàn)星分配到相應(yīng)的信號(hào)生成通道。根據(jù)DSP信息處理模塊傳遞的參數(shù)， 設(shè)定每個(gè)衛(wèi)星的初始載波相位、碼相位、導(dǎo)航電文選擇相位，再根據(jù)頻率信息生成相應(yīng)的電文、碼、載波信號(hào)，并完成三者的擴(kuò)頻、調(diào)制，得到一個(gè)GPS或GL0NASS衛(wèi)星信號(hào)，最后多個(gè)衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行迭加數(shù)字合成，就可以輸出給后端的D/A轉(zhuǎn)換模塊。本發(fā)明所述的一定頻率的信號(hào)生成，均采用高精度數(shù)字頻率合成(NCO)技術(shù)進(jìn)行信號(hào)頻率精確模擬，輸出高精度數(shù)字中頻衛(wèi)星模擬信號(hào)。2個(gè)D/A轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換分別完成GPS和GL0NASS基帶信號(hào)的數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換后，分別送至上變頻模塊內(nèi)的2個(gè)獨(dú)立的GPS變頻通道和GL0NASS變頻通道上。上變頻模塊內(nèi)的GPS變頻通道和GL0NASS變頻通道分別將D/A轉(zhuǎn)換模塊送來(lái)的中頻信號(hào)變頻到GPS和GL0NASS的標(biāo)稱(chēng)射頻頻率后合為一路，由發(fā)射天線(xiàn)或輸出電纜輸出。其中發(fā)射天線(xiàn)為L(zhǎng)波段右旋圓極化全向天線(xiàn)。利用上述GPS和GL0NASS雙系統(tǒng)組合模擬器所實(shí)現(xiàn)的一種GPS和GL0NASS雙系統(tǒng)組合模擬方法，包括如下步驟①上位機(jī)主要完成GPS星歷參數(shù)、GL0NASS星歷參數(shù)、接收機(jī)的運(yùn)動(dòng)軌跡、以及系統(tǒng)模擬時(shí)間等參數(shù)的設(shè)定，然后把上述所有參數(shù)數(shù)據(jù)通過(guò)串口發(fā)給FPGA信號(hào)處理模塊，再通過(guò)FPGA信號(hào)處理模塊發(fā)送給DSP信息處理模塊；②DSP信息處理模塊檢測(cè)到上位機(jī)發(fā)送完數(shù)據(jù)結(jié)束的標(biāo)志后，將上述系統(tǒng)模擬時(shí)間視為GPS模擬時(shí)間TePS，并根據(jù)接收機(jī)運(yùn)動(dòng)軌跡、GPS星歷參數(shù)以及GPS模擬時(shí)間Teps計(jì)算GPS的導(dǎo)航電文、相位和頻率信息；③根據(jù)GPS時(shí)間系統(tǒng)與GL0NASS時(shí)間系統(tǒng)間的轉(zhuǎn)換公式，將模擬時(shí)間從GPS時(shí)間系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為GL0NASS時(shí)間系統(tǒng)，獲得GL0NASS模擬時(shí)間Thmnass ；④根據(jù)接收機(jī)運(yùn)動(dòng)軌跡、GL0NASS星歷參數(shù)計(jì)及GL0NASS模擬時(shí)間TaQNASS計(jì)算 GL0NASS的導(dǎo)航電文、相位和頻率信息；上述的GPS時(shí)間系統(tǒng)與GL0NASS時(shí)間系統(tǒng)間的轉(zhuǎn)換公式為T(mén)glonass = TGPS+3h-t-AT 式中，Tglonass為GL0NASS模擬時(shí)間，Tgps為GPS模擬時(shí)間，t為UTC (協(xié)調(diào)世界時(shí)) 跳秒時(shí)間，AT為GL0NASS與GPS的時(shí)間偏差；3h為固定參數(shù)時(shí)間3小時(shí)。⑤計(jì)算完成后，DSP信息處理模塊將上述計(jì)算結(jié)果送至FPGA信號(hào)處理模塊的寄存器中進(jìn)行存儲(chǔ)；⑥FPGA信號(hào)處理模塊接收DSP信息處理模塊發(fā)送來(lái)開(kāi)始標(biāo)志位和FPGA信號(hào)處理模塊的復(fù)位信號(hào)，通過(guò)同步時(shí)鐘信號(hào)，同步啟動(dòng)FPGA信號(hào)處理模塊中的GPS通道和GL0NASS 通道；⑦每隔一定時(shí)間間隔Δ t將FPGA信號(hào)處理模塊上的時(shí)鐘計(jì)數(shù)傳給DSP信息處理模塊，DSP信息處理模塊通過(guò)比較時(shí)鐘計(jì)數(shù)與工作頻率X At之間的差值，得出本地時(shí)鐘超前或者滯后時(shí)鐘個(gè)數(shù)，并將差值通過(guò)頻率控制字進(jìn)行補(bǔ)償。所述Δ t的取值范圍介于Ims IOms之間。
⑧FPGA信號(hào)處理模塊中的GPS通道和GL0NASS通道完成相應(yīng)頻率的載波信號(hào)、偽隨機(jī)碼信號(hào)和導(dǎo)航電文的模擬和調(diào)制、多顆衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行數(shù)字疊加后，分別輸出給相對(duì)應(yīng)的D/A轉(zhuǎn)換模塊；⑨2個(gè)D/A轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換分別完成GPS和GL0NASS基帶信號(hào)的數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換后，分別送至上變頻模塊內(nèi)的2個(gè)獨(dú)立的GPS變頻通道和GL0NASS變頻通道上；⑩GPS變頻通道和GL0NASS變頻通道分別將D/A轉(zhuǎn)換模塊送來(lái)的中頻信號(hào)變頻到 GPS和GL0NASS的標(biāo)稱(chēng)射頻頻率后合為一路，由發(fā)射天線(xiàn)或輸出電纜輸出。
權(quán)利要求
1.一種GPS和GL0NASS雙系統(tǒng)組合模擬器，主要由上位機(jī)和模擬硬件平臺(tái)構(gòu)成，其特征在于所述模擬硬件平臺(tái)包括DSP信息處理模塊和FPGA信號(hào)處理模塊構(gòu)成的基帶信號(hào)處理模塊、2個(gè)D/A轉(zhuǎn)換模塊、上變頻模塊、以及發(fā)射天線(xiàn)或輸出電纜；其中基帶信號(hào)處理模塊的DSP信息處理模塊與FPGA信號(hào)處理模塊相連；FPGA信號(hào)處理模塊內(nèi)設(shè)有GPS通道和 GL0NASS通道，且上述兩個(gè)通道的輸出端均與1個(gè)D/A轉(zhuǎn)換模塊連接；2個(gè)D/A轉(zhuǎn)換模塊的輸出端分別接在同一個(gè)上變頻模塊內(nèi)設(shè)有的2個(gè)獨(dú)立的GPS變頻通道和GL0NASS變頻通道上；上變頻模塊的輸出端與發(fā)射天線(xiàn)或輸出電纜相連；上位機(jī)讀取其內(nèi)部預(yù)存的GPS星歷參數(shù)、GL0NASS星歷參數(shù)文本文件，并由用戶(hù)設(shè)定接收機(jī)的運(yùn)動(dòng)軌跡、以及系統(tǒng)模擬時(shí)間參數(shù)，把數(shù)據(jù)打包然后通過(guò)FPGA信號(hào)處理模塊發(fā)送給 DSP信息處理模塊；DSP信息處理模塊上述系統(tǒng)模擬時(shí)間視為GPS模擬時(shí)間TePS，并經(jīng)由GPS時(shí)間系統(tǒng)與 GL0NASS時(shí)間系統(tǒng)間的轉(zhuǎn)換公式推算出GL0NASS模擬時(shí)間TeraASS，同時(shí)，DSP信息處理模塊根據(jù)接收機(jī)運(yùn)動(dòng)軌跡、不同系統(tǒng)的星歷參數(shù)與相應(yīng)的模擬時(shí)間分別計(jì)算出GPS的導(dǎo)航電文、 相位和頻率信息，及GL0NASS的導(dǎo)航電文、相位和頻率信息；FPGA信號(hào)處理模塊寄存DSP信息處理模塊的計(jì)算結(jié)果，并在接收到DSP信息處理模塊發(fā)送來(lái)開(kāi)始標(biāo)志位和FPGA信號(hào)處理模塊的復(fù)位信號(hào)后，通過(guò)同步時(shí)鐘信號(hào)，同步啟動(dòng)FPGA 信號(hào)FPGA信號(hào)處理模塊中的GPS通道和GL0NASS通道；GPS通道和GL0NASS通道完成相應(yīng)頻率的載波信號(hào)、偽隨機(jī)碼信號(hào)和導(dǎo)航電文的模擬和調(diào)制、多顆衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行數(shù)字疊加后， 分別輸出給相對(duì)應(yīng)的D/A轉(zhuǎn)換模塊；2個(gè)D/A轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換分別完成GPS和GL0NASS基帶信號(hào)的數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換后， 分別送至上變頻模塊內(nèi)的2個(gè)獨(dú)立的GPS變頻通道和GL0NASS變頻通道上；上變頻模塊內(nèi)的GPS變頻通道和GL0NASS變頻通道分別將D/A轉(zhuǎn)換模塊送來(lái)的中頻信號(hào)變頻到GPS和GL0NASS的標(biāo)稱(chēng)射頻頻率后合為一路，由發(fā)射天線(xiàn)或輸出電纜輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種GPS和GL0NASS雙系統(tǒng)組合模擬器，其特征在于，DSP信息處理模塊內(nèi)存儲(chǔ)有GPS時(shí)間系統(tǒng)與GL0NASS時(shí)間系統(tǒng)間的轉(zhuǎn)換公式，即Tglonass — TGPS+3h_t_ Δ T式中，Tcmnass為GL0NASS模擬時(shí)間，Teps為GPS模擬時(shí)間，為協(xié)調(diào)世界時(shí)跳秒時(shí)間，Δ T 為GL0NASS與GPS的時(shí)間偏差。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種GPS和GL0NASS雙系統(tǒng)組合模擬器，其特征在于，DSP 信息處理模塊內(nèi)還設(shè)有一時(shí)鐘校正模塊，該鐘校正模塊每隔一定時(shí)間間隔At便對(duì)FPGA信號(hào)處理模塊上的時(shí)鐘計(jì)數(shù)進(jìn)行調(diào)取，并比較比較時(shí)鐘計(jì)數(shù)與工作頻率X At之間的差值， 得出本地時(shí)鐘超前或者滯后時(shí)鐘個(gè)數(shù)，并將差值通過(guò)頻率控制字進(jìn)行補(bǔ)償。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種GPS和GL0NASS雙系統(tǒng)組合模擬器，其特征在于，所述 At的取值范圍介于Ims IOms之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種GPS和GL0NASS雙系統(tǒng)組合模擬方法，其特征在于，包括如下步驟①上位機(jī)主要完成GPS星歷參數(shù)、GL0NASS星歷參數(shù)、接收機(jī)的運(yùn)動(dòng)軌跡、以及系統(tǒng)模擬時(shí)間參數(shù)的設(shè)定，然后把上述所有參數(shù)數(shù)據(jù)通過(guò)串口發(fā)給FPGA信號(hào)處理模塊，再通過(guò)FPGA信號(hào)處理模塊發(fā)送給DSP信息處理模塊；②DSP信息處理模塊檢測(cè)到上位機(jī)發(fā)送完數(shù)據(jù)結(jié)束的標(biāo)志后，將上述系統(tǒng)模擬時(shí)間視為GPS模擬時(shí)間TePS，并根據(jù)接收機(jī)運(yùn)動(dòng)軌跡、GPS星歷參數(shù)以及GPS模擬時(shí)間Teps計(jì)算GPS 的導(dǎo)航電文、相位和頻率信息；③根據(jù)GPS時(shí)間系統(tǒng)與GL0NASS時(shí)間系統(tǒng)間的轉(zhuǎn)換公式，將模擬時(shí)間從GPS時(shí)間系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為GL0NASS時(shí)間系統(tǒng)，獲得GL0NASS模擬時(shí)間TaQNASS ；④根據(jù)接收機(jī)運(yùn)動(dòng)軌跡、GL0NASS星歷參數(shù)計(jì)及GL0NASS模擬時(shí)間Teumss計(jì)算GL0NASS 的導(dǎo)航電文、相位和頻率信息；⑤計(jì)算完成后，DSP信息處理模塊將上述計(jì)算結(jié)果送至FPGA信號(hào)處理模塊的寄存器中進(jìn)行存儲(chǔ)；⑥FPGA信號(hào)處理模塊接收DSP信息處理模塊發(fā)送來(lái)開(kāi)始標(biāo)志位和FPGA信號(hào)處理模塊的復(fù)位信號(hào)，通過(guò)同步時(shí)鐘信號(hào)，同步啟動(dòng)FPGA信號(hào)處理模塊中的GPS通道和GL0NASS通道；⑦FPGA信號(hào)處理模塊中的GPS通道和GL0NASS通道完成相應(yīng)頻率的載波信號(hào)、偽隨機(jī)碼信號(hào)和導(dǎo)航電文的模擬和調(diào)制、多顆衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行數(shù)字疊加后，分別輸出給相對(duì)應(yīng)的D/A 轉(zhuǎn)換模塊；⑧2個(gè)D/A轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換分別完成GPS和GL0NASS基帶信號(hào)的數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換后，分別送至上變頻模塊內(nèi)的2個(gè)獨(dú)立的GPS變頻通道和GL0NASS變頻通道上；⑨GPS變頻通道和GL0NASS變頻通道分別將D/A轉(zhuǎn)換模塊送來(lái)的中頻信號(hào)變頻到GPS 和GL0NASS的標(biāo)稱(chēng)射頻頻率后合為一路，由發(fā)射天線(xiàn)或輸出電纜輸出。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種GPS和GL0NASS雙系統(tǒng)組合模擬方法，其特征在于，步驟 ③中所述的GPS時(shí)間系統(tǒng)與GL0NASS時(shí)間系統(tǒng)間的轉(zhuǎn)換公式為T(mén)glonass — TGPS+3h_t_ Δ T式中，Tglonass為GL0NASS模擬時(shí)間，Teps為GPS模擬時(shí)間，t為UTC (協(xié)調(diào)世界時(shí))跳秒時(shí)間，AT為GL0NASS與GPS的時(shí)間偏差；3h為固定參數(shù)時(shí)間3小時(shí)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的一種GPS和GL0NASS雙系統(tǒng)組合模擬方法，其特征在于， 所述步驟⑥和步驟⑦之間還包括有時(shí)鐘校正步驟，即每隔一定時(shí)間間隔Δ t將FPGA信號(hào)處理模塊上的時(shí)鐘計(jì)數(shù)傳給DSP信息處理模塊，DSP信息處理模塊通過(guò)比較時(shí)鐘計(jì)數(shù)與工作頻率X At之間的差值，得出本地時(shí)鐘超前或者滯后時(shí)鐘個(gè)數(shù)，并將差值通過(guò)頻率控制字進(jìn)行補(bǔ)償。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種GPS和GL0NASS雙系統(tǒng)組合模擬方法，其特征在于，所述 At的取值范圍介于Ims IOms之間。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種GPS和GLONASS雙系統(tǒng)組合模擬器及方法，在由DSP信息處理模塊、FPGA信號(hào)處理模塊、2個(gè)D/A轉(zhuǎn)換模塊、上變頻模塊、以及發(fā)射天線(xiàn)或輸出電纜構(gòu)成的硬件平臺(tái)的基礎(chǔ)上，分隔出2個(gè)相對(duì)獨(dú)立的GPS和GLONASS衛(wèi)星通道來(lái)實(shí)現(xiàn)GPS和GLONASS雙系統(tǒng)的組合模擬。本發(fā)明通過(guò)分通道單獨(dú)處理方式不僅能夠?qū)崿F(xiàn)單獨(dú)的GPS衛(wèi)星信號(hào)和單獨(dú)的GLONASS衛(wèi)星信號(hào)的模擬，并且能夠?qū)崿F(xiàn)兩個(gè)系統(tǒng)的坐標(biāo)系統(tǒng)統(tǒng)一和時(shí)間系統(tǒng)同步，從而有效縮短了研發(fā)周期、降低了接收機(jī)研發(fā)成本，方便測(cè)試環(huán)境構(gòu)建。
文檔編號(hào)G01S19/23GK102176030SQ20101062022
公開(kāi)日2011年9月7日 申請(qǐng)日期2010年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月31日
發(fā)明者孫希剛, 孫希延, 施滸立, 符強(qiáng), 紀(jì)元法, 蔡成林 申請(qǐng)人:桂林電子科技大學(xué)