一種基于pxi總線的導航衛(wèi)星信號干擾仿真和性能分析平臺及其方法
【技術領域】
[ooou 本發(fā)明屬于衛(wèi)星導航領域，設及導航衛(wèi)星干擾信號領域，具體設及一種基于PXI 總線的導航衛(wèi)星信號干擾仿真和發(fā)射，并且分析各種干擾信號對接收機的定位誤差、誤碼 率、碼相位、C/A相關函數的影響。
【背景技術】
[0002] 伴隨著航天技術和計算機技術的迅猛發(fā)展，衛(wèi)星導航定位系統在軍事和民用領域 得到了廣泛應用。由于GNSS的所有工作頻率和帶寬已知，并且GNSS信號到達地面時已相 當微弱，所W容易受到干擾。干擾會導致導航精度降低或是GNSS接收機完全失鎖，因此衛(wèi) 星導航領域的抗干擾技術將逐漸成為一個迫切需要解決的問題。
[0003] 針對GNSS信號的特點，在靜態(tài)干擾或動態(tài)干擾情況下，通過分析不同類型的干擾 信號在不同頻點、不同功率、不同帶寬下同時對GNSS接收機性能的影響，就可W有效地提 出GNSS接收機的抗干擾方案，對接收機的抗干擾研究和測試具有實用價值。該就需要提 供一個靈活可控的GNSS干擾信號仿真和性能分析平臺作為測試評估的必要手段，為分析 GNSS接收機的抗干擾能力W及設計導航信號體制提供一種有效的測試工具。
[0004] PXI總線是WPCI任eri地eralComponentInterconnect)及Compac1:PCI為基礎 再加上一些PXI特有的信號組合而成的一個系統。PXI繼承了PCI的電氣信號，使得PXI擁 有如PCI的極高的傳輸數據的能力。觸發(fā)總線在背板上從系統槽連接到其余的外設槽，可 W讓多個儀器模塊之間傳送時鐘信號、觸發(fā)信號W及特定的傳送協議，完成上位機與儀器 板卡之間的控制。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明提供了一種基于PXI總線的導航衛(wèi)星信號干擾仿真和性能分析平臺，主要 包括平臺控制模塊、干擾信號仿真模塊、干擾信號性能分析模塊=個功能模塊。
[0006] 1、平臺控制模塊主要包括=個功能：干擾仿真任務配置、干擾信號數字生成和儀 器控制。
[0007] 干擾仿真任務配置，是指用戶在上位機中設置所要仿真的干擾信號的類型W及參 數。
[0008] 干擾信號數字生成，是指在Matl油編程環(huán)境下，根據干擾信號的數學模型化及干 擾仿真任務配置中的參數生成干擾信號的數字信號形式。
[0009] 儀器控制，根據干擾仿真任務配置要求，配置各個儀器的參數，實現對儀器的控 制。
[0010] 2、干擾信號仿真模塊的功能包括干擾信號數模轉換、干擾信號上變頻、干擾射頻 信號發(fā)送。
[0011] 干擾信號數模轉換，是指平臺控制模塊生成的數字信號干擾數據，存儲到FPGA載 板的DDR中，再由FPGA控制高速DA轉換器將數字信號轉換為I、Q兩路中頻干擾模擬信號。
[0012] 干擾信號上變頻，使信號源提供的本振信號和中頻干擾模擬信號W正交調制的方 式上變頻到干擾射頻信號。
[0013] 干擾射頻信號發(fā)送，把生成的干擾射頻信號通過射頻天線發(fā)射出去。
[0014] 3、干擾信號性能分析模塊包括射頻前端、軟件接收機和干擾射頻信號性能分析。
[0015] 射頻前端，就是指軟件接收機的射頻信號接收設備。
[0016] 軟件接收機，就是指利用AD后的數據，完成衛(wèi)星信號的捕獲、跟蹤和定位解算的 功能。采用軟件接收機的方法可W靈活的根據需要計算出干擾射頻信號性能分析中需要的 參數。
[0017] 干擾射頻信號性能分析，主要分析不同的干擾形式對軟件接收機接收的衛(wèi)星信號 的影響，包括軟件接收機的定位誤差、信噪比、誤碼率、碼相位、C/A碼相關函數的變化，為抗 干擾方案的制定提供依據。
[001引本發(fā)明的優(yōu)點在于：
[0019] 1、平臺通過射頻天線發(fā)射干擾信號，使仿真干擾環(huán)境更加貼近真實的干擾環(huán)境。
[0020] 2、平臺可W產生多種干擾組合的復雜干擾環(huán)境，包括靜態(tài)、動態(tài)、單一干擾、多種 干擾，使得干擾環(huán)境更加復雜多變。
[0021] 3、平臺采用基于PXI總線的結構，具有更大的靈活性和擴展性，具有通用性，為后 續(xù)干擾仿真平臺的升級換代打下了良好的基礎。
【附圖說明】
[0022] 圖1是本發(fā)明的基于PXI總線的導航衛(wèi)星信號干擾仿真和性能分析平臺組成示意 圖；
[002引圖2是中屯、頻率為50Mhz，帶寬為2. 046Mhz的濾波器波形示意圖；
[0024] 圖3是50Mhz余弦波數據波形圖；
[002引圖4是50Mhz余弦波頻域圖。
【具體實施方式】
[0026] 下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細說明。
[0027] 本發(fā)明提供一種基于PXI總線的導航衛(wèi)星信號干擾仿真和性能分析平臺，選用的 硬件是NI公司生產的NIPXIe-1085,擁有18槽機箱配有高帶寬全混合背板，兼容PXI和 PXIExpress模塊（即可W通過PXI總線進行傳輸數據），每個外設插槽具有高達4GB/S的 專用帶寬，12GB/S的系統帶寬，所配備的混合連接器類型使得儀表模塊放置具有最大的靈 活性和擴展性，完全可W實現導航衛(wèi)星信號干擾仿真平臺的硬件和軟件要求。
[002引下面結合圖1，具體說明本發(fā)明的平臺。本發(fā)明提供的基于PXI總線的導航衛(wèi)星信 號干擾仿真和性能分析平臺，包括平臺控制模塊、干擾信號仿真模塊和干擾信號性能分析 模塊=部分，所述的平臺控制模塊用于進行干擾仿真任務配置、干擾信號數字生成和儀器 控制；所述的干擾信號仿真模塊用于對平臺控制模塊生成的干擾數據進行數模轉換，得到 中頻干擾模擬信號，然后結合信號源的本振信號進行干擾信號上變頻，得到干擾射頻信號 并通過天線發(fā)送。所述的干擾信號性能分析模塊通過射頻前端接收射頻信號，并轉化成數 字信號后發(fā)送給軟件接收機，軟件接收機將射頻信號與已有的衛(wèi)星信號進行比較，提供干 擾信號性能分析參數。所述的射頻信號包括干擾射頻信號和衛(wèi)星信號。
[0029] 基于上述的基于PXI總線的導航衛(wèi)星信號干擾仿真和性能分析平臺，本發(fā)明還提 供一種基于PXI總線的導航衛(wèi)星信號干擾仿真和性能分析方法，所述方法包括如下步驟：
[0030] 第一步，干擾仿真任務配置。
[0031] 所述的干擾仿真任務配置是指根據需要仿真的干擾環(huán)境要求，配置上位機上的各 個參數，包括靜態(tài)/動態(tài)干擾模式、干擾類型、帶寬、頻率、功率等。選擇靜態(tài)或動態(tài)干擾 模式，來確定相對相位角參數是否變化，如果選擇靜態(tài)，則相對相位角不變化，說明干擾信 號相對軟件接收機的位置是靜止的；如果選擇動態(tài)，則相對相位角開始隨著采樣時間的變 化而變化，干擾信號相對軟件接收機是運動的；選擇干擾類型、帶寬，確定仿真時仿真參數 (包括干擾類型、帶寬、濾波器參數）的值，可W正確仿真出需要的干擾信號；選擇頻率，確 定需要干擾的信號系統，如；GPSL1/L2、化ONASSL1/L2、抓等；選擇功率，可W調節(jié)干擾射 頻信號發(fā)送功率大小，為干擾射頻信號性能分析時，提供數據依據。所述的相對相位角是指 干擾信號射頻天線和射頻接收天線之間的相位角。
[0032] 第二步，干擾信號數字生成。
[0033] 干擾信號的種類雖然不同，但是干擾信號的數字生成步驟具有通用性，下面W靜 態(tài)單頻50Mhz的余弦波為例，說明Matl油編程環(huán)境中的干擾信號數字生成過程。
[0034] (2. 1)確定干擾信號為靜態(tài)，則無相對相位角的變化，干擾信號數字生成方法為：
[003引 y二cos2f0t
[0036] 其中，干擾信號的中屯、頻率片二50Mhz，t為時間，y為干擾信號數字形式，也稱干 擾數據。
[0037] (2. 2)確定濾波器的中屯、頻率和帶寬；雖然干擾信號為單頻50Mhz余弦波，但是為 了保證不會產生倍頻諧波，所W需要加窄帶濾波器，設置濾波器的中屯、頻率n= 50Mhz，帶 寬B= 2. 046Mhz，則濾波器波形如圖2所示。
[003引 （2. 3)選擇采樣頻率f,= 400Mhz，采樣時間間隔為t,= 1/f此處采樣頻率的選 擇一定要選擇f,=8f。，因為經過多次實驗，證明只有8倍關系時，才能夠無差別的仿真恢 復出來，否則會出現數據點短缺，波形不完整現象；選擇采集數據數量N= 5000,則采集時 間為t=0:ts: (N-l)ts。
[0039] (2.4)采集數據，根據所設置的參數（包括中屯、頻率、帶寬、采樣頻率、采集數據量 和采集時間），生成余弦波數據波形和頻域圖如圖3和圖4。
[0040] (2. WAD轉換，上述采集到的都是-1~1范圍內的十進制信號，對數據進行AD轉 換后得到干擾數據，存儲到自定義文件CO巧Omhz.coe文件。
[0041] 所述的AD轉換要求有符號位，分辨率為14位，與干擾信號數模轉換步驟中的濾波 器和DA子卡的轉換位數相同。
[00創(chuàng)所述的cos50mhz.coe文件被放置在FPGA模塊下ISE工程中對應IP核文件中，在 干擾信號數模轉換步驟中采用。
[0043] 第S步，儀器控制。
[0044] 所述的儀器控制實現如下=種儀器的參數設置：
[0045]控制干擾信號數模轉換過程中靜態(tài)/動態(tài)干擾模式和干擾類型及干擾個數的選 擇；
[0046] 控制SC5505A信號源輸出頻率值來確定需要干擾的衛(wèi)星系統和信號頻點；
[0047] 控制SC5412A上變頻板中干擾信號上變頻步驟的線性電壓和偏置電壓值來改變 輸出干擾射頻信號的功率。
[0048]第四步，干擾信號的數模轉換。
[0049] 干擾信號數模轉換的設計是在FPGA上WISEDesi即Suite14. 5作為設計工具， 并利用ModelsimSE10.la進行功能、時序仿真驗證，提高了開發(fā)效率。
[0050] 所述的干擾信號數模轉換，具體為：
[005U(1)設置FPGA時鐘頻率為200Mhz，DA時鐘頻率為400Mhz。
[0化2] (2)把干擾數據所在的文件CO巧Omhz.coe分別保存到ROMIP核randl和rand2 中。用200Mhz時鐘采樣頻率驅動randl的地址W〇、2、4......4998、0......循環(huán)輸出數據 doutl，驅動rand2的地址W1、3、5、......4999、1......循環(huán)輸出數據dout2。
[0化引 （3)分別設置濾波器firl和fir2的中屯、頻率為50Mhz，帶寬為2. 046Mhz，采樣頻 率為200Mhz，輸入輸出均為14位。用200Mhz時鐘采樣頻率分別驅動輸出數據doutl、dout2 通過濾波器firl、fir2進行濾波，輸出數據分別為dout3和dout4。
[0054] (4)分別對輸出數據dout3和dout4符號位取反，然后先后通過原語語句孤DR和 0BU抑S，最后匯合后W400Mhz的時鐘頻率數據進入采樣頻率為400Mhz的I、Q兩路DA轉換 通