專利名稱：基于衛(wèi)星星時重構的通用仿真衛(wèi)星廣播信號合成器的制作方法
技術領域：
本發(fā)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(wèi)星導航系 統(tǒng)GNSS(GlcAal Navigation Satellite System)各組成衛(wèi)星的仿真星時狀態(tài)重構的仿真 廣播衛(wèi)星信號合成器，尤其涉及一種實時重構接收機觀測衛(wèi)星星時并且合成各顆仿真衛(wèi)星 廣播信號的通用仿真衛(wèi)星廣播信號合成器。
背景技術：
衛(wèi)星導航系統(tǒng)是一種測時定位系統(tǒng)，但是各衛(wèi)星星時不能直接觀測，而是通過觀 測衛(wèi)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(wèi)星導航系統(tǒng)模擬裝 置可以產(chǎn)生各種表征衛(wèi)星星時的導航衛(wèi)星信號，用以驗證衛(wèi)星導航系統(tǒng)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(wèi)星導航系統(tǒng)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(yōu)劣，將直接影響到衛(wèi)星導航系統(tǒng)模擬裝置的實際性能。在本發(fā)明以前的現(xiàn)有衛(wèi)星導航信號仿真裝置均應用直接數(shù)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(wèi)星廣播信號的體制和多普勒頻移，利用直 接數(shù)字頻率合成技術合成各衛(wèi)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(xiàn)有衛(wèi)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(shù)學仿真計算得到載波相位和擴頻碼相位為 控制狀態(tài)量，控制基于直接數(shù)字頻率合成技術的載波合成器和擴頻碼生成器產(chǎn)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(wèi)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(shù) 量級；載波相位控制精度比第一類方法可提高3 5個數(shù)量級；載擴一致性比第一類方法 的最高水平提高4個數(shù)量級。同時，這種方法可全部采用硬件實現(xiàn)，最終產(chǎn)品結構簡單，易 于集成化。但是，隨著仿真規(guī)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(xiàn)高精度一致仿真的控制難度很大。

發(fā)明內容
針對上述現(xiàn)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(fā)明的目的在于，將衛(wèi)星和接收機觀測到該衛(wèi)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(wèi)星導航系統(tǒng)的基于衛(wèi)星星時重構的通用仿真衛(wèi)星廣播信號合 成器。為達到本發(fā)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(xiàn)高階時間狀 態(tài)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(tǒng)一 架構設計衛(wèi)星星時和仿真信號合成器，使其適用于現(xiàn)有和設計部署中的所有衛(wèi)星導航系統(tǒng) 的多種信號生成，包括美國全球定位系統(tǒng)(GlcAal Positioning System，簡稱GPS) Ll C/A、 Ll P、L2 CM、L2 CL、L5 I、L5 Q，俄羅斯全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)(Global Navigation Satellites System，簡稱GLONASS)Ll C/A、L2 C/A，歐洲伽利略全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)(ialileo E5a_I、 E5a-Q、E5b-I、E5b-Q、El-B、El-C，中國北斗一代、北斗2代導航系統(tǒng)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. Ims Ims)實現(xiàn)對高速合成(100MSPS 250MSPS)每個采樣點狀態(tài)向量的精確控制。B.解決如何對單顆衛(wèi)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(xiàn)現(xiàn) 有衛(wèi)星導航系統(tǒng)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AltB0C(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(wèi)星各支路信號的一致性。根據(jù)上述需要解決的問題，本發(fā)明的基本構思是對單星多頻、多路徑信號解耦設 計如下以空間幾何距離傳播延遲為主，計算仿真衛(wèi)星星時狀態(tài)向量，該向量送至通用的 基于衛(wèi)星星時重構的仿真衛(wèi)星廣播信號合成器，由其根據(jù)自身運行狀態(tài)和衛(wèi)星星時狀態(tài)向 量，修正重構偏差，計算星時重構的閉環(huán)控制量。在信號生成方式上單顆衛(wèi)星所有信號均 是基于相同的衛(wèi)星星時基產(chǎn)生，在重構經(jīng)幾何距離延遲星時的基礎上，修正各信號分量的 其他傳播延遲，通過時間相位變換，產(chǎn)生各信號的相位狀態(tài)量，進而生成三個信號分量—— 載波信號、擴頻碼序列采樣和導航數(shù)據(jù)位；每一信號支路三個信號分量通過二相鍵控調制 產(chǎn)生一個支路的仿真信號。各支路信號通過多支路合路為單路信號。根據(jù)上述發(fā)明構思，本發(fā)明所設計的通用的基于衛(wèi)星星時重構的仿真衛(wèi)星廣播信 號合成器，包括硬件電路和專用支持軟件兩部分，所述的硬件電路是指能夠通過超大規(guī)模 現(xiàn)場可編程邏輯器件實現(xiàn)所設計功能的各硬件電路，其特征在于所述的硬件電路由輸入 總線接口 1、衛(wèi)星星時重構控制量計算單元2、四級級聯(lián)星時狀態(tài)重構陣列3、信號處理支路 4、信號合路輸出接口 5構成；輸入總線接口 1接收來自外部超前同步信號(a)、同步信號 (b)、信號處理支路4的輸入信號和信息，輸出信號到衛(wèi)星星時重構控制量計算單元2、信號 處理支路4;衛(wèi)星星時重構控制量計算單元2接收外部超前同步信號(a)、同步信號(b)，輸 出信號到四級級聯(lián)星時狀態(tài)重構陣列3并接收來自四級級聯(lián)星時狀態(tài)重構陣列3的反饋信 號；信號處理支路⑷接收來自輸入總線接口 1輸出的合成控制參數(shù)⑷信號，并輸出換頁 同步信號(e)到輸入總線接口 1，輸出數(shù)字衛(wèi)星信號(w)到信號合路輸出接5 ；所述的專用 支持軟件6是指通過導入衛(wèi)星星歷，計算得到任意時刻衛(wèi)星的位置、速度、加速度、加加速度，任意位置的大氣傳播延遲和延遲變化率，最終計算得到通用衛(wèi)星星時重構和廣播衛(wèi)星 信號合成器硬件的控制參數(shù)，并輸入到輸入總線接口 1的專用軟件。本發(fā)明進一步提供基于衛(wèi)星星時重構的通用仿真衛(wèi)星廣播信號合成器，其特征在 于所述的輸入總線接口1由控制參數(shù)緩沖的同步控制器和相應控制參數(shù)的邏輯電路組 成；外部超前同步信號(a)和同步信號(b)經(jīng)同步控制器和衛(wèi)星星時狀態(tài)向量、信號合成控 制參數(shù)、導航數(shù)據(jù)參數(shù)三個邏輯電路，分別輸出衛(wèi)星星時狀態(tài)向量(c)到衛(wèi)星星時重構控 制量計算單元2，輸出信號合成控制參數(shù)和導航數(shù)據(jù)參數(shù)到信號處理支路4。本發(fā)明進一步提供基于衛(wèi)星星時重構的通用仿真衛(wèi)星廣播信號合成器，其特征在 于所述的衛(wèi)星星時重構控制量計算單元2包括重構星時狀態(tài)向量預估器7、星時狀態(tài)向量 增量計算器8、最優(yōu)星時重構控制向量計算器9 ；重構狀態(tài)向量預估器7根據(jù)當前星時重構 控制向量(f)，在外部超前同步信號(a)的控制下讀取四級級聯(lián)星時狀態(tài)重構陣列3的實 時狀態(tài)向量(g)，輸出預估外部同步信號(b)到來時的預估重構星時狀態(tài)向量(h)；星時狀 態(tài)向量增量計算器8根據(jù)輸入總線接口 1所提供的目標星時狀態(tài)向量(c)和重構星時狀態(tài) 向量預估器7提供的預估重構星時狀態(tài)向量(h)，輸出計算得到的星時狀態(tài)向量增量⑴； 最優(yōu)星時重構控制向量計算器9根據(jù)星時狀態(tài)向量增量計算器8提供的星時狀態(tài)向量增量 (i)，輸出計算的更新星時重構控制向量(j)，反饋到四級級聯(lián)星時狀態(tài)重構陣列3。本發(fā)明進一步提供基于衛(wèi)星星時重構的通用仿真衛(wèi)星廣播信號合成器，其特征在 于所述的信號處理支路4有8 20個，每個信號處理支路均由支路星時修正器10、支路時 間相位變換器組11、載波生成器12、可編程擴頻測距碼生成器13、導航數(shù)據(jù)位生成器14、支 路信號調制器15組成；支路星時修正器10在四級級聯(lián)星時狀態(tài)重構陣列3所重構衛(wèi)星星 時(k)的基礎上修正每支路信號傳播環(huán)境時延，輸入到支路時間相位變換器組11，分別變 換得到擴頻測距碼相位(P)和載波相位(q)；擴頻測距碼相位(P)輸入到可編程擴頻測距 碼生成器13、導航數(shù)據(jù)位生成器14中，產(chǎn)生指定相位的擴頻測距碼(r)和導航數(shù)據(jù)位(u)； 載波相位(q)和輸入總線接口 1提供的載波幅值控制量輸入到載波生成器12中，產(chǎn)生指定 相位和幅度的數(shù)字中頻載波(ν)；支路信號調制器15將擴頻測距碼(r)與導航數(shù)據(jù)位(U) 模二相加，或者直接使用擴頻測距碼(r)控制載波符號位，實現(xiàn)支路信號的二相鍵控調制， 生成單支路數(shù)字衛(wèi)星信號(w)到信號合路輸出接口 5。本發(fā)明進一步提供基于衛(wèi)星星時重構的通用仿真衛(wèi)星廣播信號合成器，其特征在 于四級級聯(lián)星時狀態(tài)重構陣列3在外部超前同步信號(a)和同步信號(b)參與下，從衛(wèi)星 星時重構控制量計算單元2獲取衛(wèi)星星時重構向量，通過各級狀態(tài)量的累加、截短和級聯(lián)， 實時重構出連續(xù)變化的衛(wèi)星星時狀態(tài)向量(k)；四級級聯(lián)星時狀態(tài)重構陣列3各級狀態(tài)量 表示字長各不相同星時狀態(tài)采用48位量化，星時一階變化率采用45位量化，星時二階變 化率采用49位量化，星時三階變化率采用70位量化；各級之間通過符號位高位補齊和低位 截短級聯(lián)；這種設計方式合理使用硬件資源，能夠保證100納米內偽距偏差的信號重構精 度。本發(fā)明進一步提供通用的基于衛(wèi)星星時重構的仿真衛(wèi)星廣播信號合成器，其特征 在于所述信號合路輸出接口 5由多路復選器組和多路加法器組構成，可以選擇通用衛(wèi)星 星時重構和廣播衛(wèi)星信號合成器中若干支路生成的單支路數(shù)字衛(wèi)星信號(w)，合路成一路 信號U)輸出，最多支持不同支路信號的六種組合，輸出六路合路信號，實現(xiàn)多種導航信號
6制式和多路徑信號的支持，包括GPS Ll頻帶上載相相互正交的C/A碼信號和P碼信號(P 碼信號功率為C/A碼信號功率的一半)、GPS L2頻帶上的CM信號和CL信號、GPS L5頻帶 上相位正交的I路信號和Q路信號，Galileo El的B0C(1，1)、E5的AltBOC(15，10)；多路 徑信號采用通用的衛(wèi)星星時重構和廣播衛(wèi)星信號合成器的剩余信號處理支路合成。本發(fā)明進一步提供基于衛(wèi)星星時重構的通用仿真衛(wèi)星廣播信號合成器，其特征在 于所述支持軟件(6)以頭文件、庫、目標代碼(包括動態(tài)連接庫和目標文件)的形式給出， 支持Windows、Linux、VxWorks等操作系統(tǒng)，可以嵌入到具體的衛(wèi)星導航系統(tǒng)仿真器軟件之 中。所述支持軟件(6)的主程序為步驟1 啟動軟件，進入主流程，由星歷導入模塊(16)讀取星歷和初始化參數(shù)，完 成星歷等仿真初始參數(shù)導入程序，；步驟2 軟件主流程按照初始化參數(shù)，由采樣時刻抽取模塊(17)進行采樣時刻的 抽取，完成仿真時刻生成程序；步驟3 分別由衛(wèi)星軌道解算模塊(18)和導航數(shù)據(jù)生成模塊根據(jù)采樣時刻 和星歷完成衛(wèi)星軌道參數(shù)，對位置、速度、加速度、加加速度進行解算和生成導航數(shù)據(jù)，完成 衛(wèi)星導軌解算和導軌數(shù)據(jù)生成程序；步驟4 再由大氣傳播延遲解算模塊(19)根據(jù)解算的衛(wèi)星位置計算衛(wèi)星信號的大 氣傳播延遲，完成大氣傳播延遲解算程序；由衛(wèi)星星時和控制量解算模塊00)結合衛(wèi)星軌 道參數(shù)解算衛(wèi)星的星時狀態(tài)量和信號控制參數(shù)，完成衛(wèi)星星時和控制量解算程序；步驟5 由解算程序生成的衛(wèi)星的星時狀態(tài)量和信號控制參數(shù)和導航數(shù)據(jù)一同送 至通用的基于衛(wèi)星星時重構的仿真衛(wèi)星廣播信號合成器硬件；步驟6 通過判斷軟件運行狀態(tài)，不滿足軟件結束條件則返回主軟件流程的入口， 否則進入軟件結束流程；步驟7 軟件結束階段，清除軟件占用的運算資源，軟件退出。本發(fā)明基于衛(wèi)星星時重構的通用仿真衛(wèi)星廣播信號合成器，同現(xiàn)有技術相比，不 僅提供了一種面向衛(wèi)星導航系統(tǒng)單顆衛(wèi)星多路信號實時重構的硬件處理單元和相應的計 算軟件支持，而且通過多單元并行集成處理，可以支持現(xiàn)有導航系統(tǒng)多衛(wèi)星信號環(huán)境的實 時重構，包括GPS、GLONASS、feilileo、北斗一號、北斗二代系統(tǒng)的各種衛(wèi)星。本發(fā)明只需輸入 目標狀態(tài)向量，所有閉環(huán)重構、殘差修正等重構精度的重要保證措施均由通用衛(wèi)星星時重 構和廣播衛(wèi)星信號合成器硬件運算單元自行完成；每個通用衛(wèi)星星時重構和廣播衛(wèi)星信號 合成器支路功能可根據(jù)用戶需求靈活配置為復合頻帶、復合對象、復合路徑或上述功能的 任意組合。同時解決了現(xiàn)有衛(wèi)星導航信號合成方法在信號合成精度低，單星多頻、多對象、 多路徑信號重構時硬件重復率高，合成器控制方式復雜這三個方面的不足，設計一種適用 于單星多頻、多對象、多路徑信號高精度實時重構與合成，易于使用的基于衛(wèi)星星時重構的 通用仿真衛(wèi)星廣播信號合成器。具有使用簡便、重構精度高的特點，能夠通過硬件方式進行 大規(guī)模集成，實現(xiàn)多種衛(wèi)星導航系統(tǒng)所屬衛(wèi)星群信號環(huán)境的實時重構；支持軟件采用通用 庫的形式，可在多種開發(fā)環(huán)境中使用，為提高衛(wèi)星導航系統(tǒng)仿真器的性能提供了有效支持。


圖1 通用的基于衛(wèi)星星時重構的仿真衛(wèi)星廣播信號合成器結構圖
圖2 輸入總線接口結構3 衛(wèi)星星時重構控制量計算單元結構4 信號處理支路結構5信號合路輸出接口結構6 軟件主程序圖其中1輸入總線接口2衛(wèi)星星時重構控制量計算單元3四級級聯(lián)星時狀態(tài)重構陣列4信號處理支路5信號合路輸出接口6通用的基于衛(wèi)星星時重構的仿真衛(wèi)星廣播信號合成器支持軟件7重構星時狀態(tài)向量預估器8星時狀態(tài)向量增量計算器9最優(yōu)星時重構控制向量計算器10支路星時修正器11支路時間相位變換器組12載波生成器13可編程擴頻測距碼生成器14導航數(shù)據(jù)位生成器15支路信號調制器16星歷導入模塊17采樣時刻抽取模塊18衛(wèi)星軌道解算模塊19大氣傳播延遲解算模塊20衛(wèi)星星時狀態(tài)和控制量解算模塊21導航數(shù)據(jù)生成模塊(a)超前同步信號(b)同步信號(c)衛(wèi)星星時狀態(tài)向量(d)信號合成控制參數(shù)(e)導航電文換頁同步信號(f)當前星時重構控制向量(g)實時星時狀態(tài)向量(h)預估重構星時狀態(tài)向量(i)星時狀態(tài)向量增量(j)更新星時重構控制向量(k)衛(wèi)星星時狀態(tài)向量(ρ)擴頻測距碼相位
8
(q)載波相位
ω擴頻測距碼
(U)導航數(shù)據(jù)位
(ν)數(shù)字中頻載波
(w)單支路數(shù)字衛(wèi)
L信號
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明具體實施例作進一步的詳細說明參見圖1 基于衛(wèi)星星時重構的通用的仿真衛(wèi)星廣播信號合成器，由輸入總線接 口 1、衛(wèi)星星時重構控制量計算單元2、四級級聯(lián)星時狀態(tài)重構陣列3、各信號處理支路4、信 號合路輸出接口 5，時間相位變化器組5、專用支持軟件6構成。其中輸入總線接口(1)將 衛(wèi)星星時狀態(tài)字按照控制信號的同步周期更新到衛(wèi)星星時重構控制量計算單元2。衛(wèi)星星 時重構控制量計算單元2根據(jù)衛(wèi)星星時狀態(tài)和四級級聯(lián)星時狀態(tài)重構陣列3反饋的實時重 構的衛(wèi)星星時狀態(tài)，按照所設定執(zhí)行流程計算出各階衛(wèi)星星時狀態(tài)重構控制字，發(fā)送到四 級級聯(lián)星時狀態(tài)重構陣列3，實時重構各階衛(wèi)星星時狀態(tài)。參見圖2 輸入總線接口(1)由控制參數(shù)緩沖的同步控制器和相應控制參數(shù)的邏 輯電路組成；外部超前同步信號(a)和同步信號(b)經(jīng)同步控制器和衛(wèi)星星時狀態(tài)向量、信 號合成控制參數(shù)、導航數(shù)據(jù)參數(shù)三個邏輯電路，分別輸出衛(wèi)星星時狀態(tài)向量(c)到衛(wèi)星星 時重構控制量計算單元2，輸出信號合成控制參數(shù)和導航數(shù)據(jù)參數(shù)到信號處理支路(4)。參見圖3 衛(wèi)星星時重構控制量計算單元2，根據(jù)更新的衛(wèi)星星時狀態(tài)、實時重構 衛(wèi)星星時狀態(tài)，計算各階衛(wèi)星星時狀態(tài)重構控制字，具備重構狀態(tài)預測、重構誤差修正功 能；包括重構星時狀態(tài)向量預估器7、星時狀態(tài)向量增量計算器8、最優(yōu)星時重構控制向量 計算器9 ；重構狀態(tài)向量預估器7根據(jù)當前星時重構控制向量(f)，在外部超前同步信號 (a)的控制下讀取四級級聯(lián)星時狀態(tài)重構陣列(3)的實時狀態(tài)向量(g)，輸出預估外部同步 信號(b)到來時的預估重構星時狀態(tài)向量(h)；星時狀態(tài)向量增量計算器(8)根據(jù)輸入總 線接口 1所提供的目標星時狀態(tài)向量(c)和重構星時狀態(tài)向量預估器7提供的預估重構星 時狀態(tài)向量(h)，輸出計算得到的星時狀態(tài)向量增量⑴；最優(yōu)星時重構控制向量計算器9 根據(jù)星時狀態(tài)向量增量計算器8提供的星時狀態(tài)向量增量(i)，輸出計算的更新星時重構 控制向量(j)，反饋到四級級聯(lián)星時狀態(tài)重構陣列3。四級級聯(lián)星時狀態(tài)重構陣列3所重構 的衛(wèi)星星時、衛(wèi)星星時一階變化率、衛(wèi)星星時二階變化率、衛(wèi)星星時三階變化率均為連續(xù)狀 態(tài)，能夠完全表征觀測星時的實際狀態(tài)；各級星時狀態(tài)重構器采用非對等設計前級重構 器LSB位權值小于后級重構器LSB位權值，前級重構器用其MSB高位補齊后作為后級重構 器的輸入；各級重構器MSB位權值按照設計衛(wèi)星星時各階狀態(tài)的范圍選定。參見圖4 信號處理支路4由支路星時修正器10、時間相位變化器組11、導航數(shù)據(jù) 生成器14、測距碼生成器13、載波生成器12、支路信號調制器15組成。四級級聯(lián)星時狀態(tài) 重構陣列3能夠重構衛(wèi)星星時、星時變化率、星時二階變化率、星時三階變化率的連續(xù)狀態(tài) 變化，并且具備重構誤差修正功能，四級級聯(lián)星時狀態(tài)重構陣列(3)輸出的重構衛(wèi)星星時 (k)以及輸入總線接口 1輸入的衛(wèi)星星時修正量一并送至各支路星時修正器10，各支路星 時修正器10修正各支路星時偏差，星時修正根據(jù)星時偏差初值和偏差變化實時重構，產(chǎn)生各支路測距碼表征星時和載波表征星時，再與輸入總線接口 1輸入的相位變換控制量一并 送至各時間相位變化器組(11)，產(chǎn)生各支路測距碼相位(P)、載波相位(q)；測距碼相位(P) 送至導航數(shù)據(jù)生成器14和測距碼生成器13，分別生成各支路導航數(shù)據(jù)和擴頻碼；載波相位 (q)送至載波生成器12，每一載波生成器12可輸入兩路獨立的載波相位，并產(chǎn)生兩路獨立 的數(shù)字載波，由每一信號合成支路對的兩個獨立支路所公用；載波生成器12的兩路數(shù)字載 波均具備數(shù)字幅值控制功能，產(chǎn)生各支路數(shù)字載波；測距碼生成器13有兩個，能夠產(chǎn)生任 意初相長序列擴頻碼，并且設置在獨立的信號合成支路對上；其余各測距碼生成器均是任 意初相短序列擴頻碼生成器；支路信號調制器15首先將導航數(shù)據(jù)用擴頻碼進行擴頻調制， 再與數(shù)字載波進行相位調制，產(chǎn)生各支路數(shù)字中頻信號；導航數(shù)據(jù)、擴頻碼和數(shù)字載波通過 二相鍵控調制。參見圖5 本發(fā)明基于衛(wèi)星星時重構的通用仿真衛(wèi)星廣播信號合成器的信號合成 輸出接口 5集成了 12路支路信號分配器，每一支路信號合路器的具體功能可以靈活配置， 即可配置為相互獨立的信號合路器以合成仿真衛(wèi)星的各路廣播信號，衛(wèi)星廣播信號狀態(tài)均 基于衛(wèi)星鐘時狀態(tài)通過時間相位變化產(chǎn)生；可支持單顆衛(wèi)星12種獨立信號的重構；也可配 置為聯(lián)合的信號合路器以合成多傳播路徑條件下所接收的衛(wèi)星信號，支持單顆衛(wèi)星單路信 號在12條不同傳播路徑下觀測信號的重構；還可以配置為獨立/聯(lián)合混合重構工作模式； 支路合成器對每一支路產(chǎn)生的兩路獨立數(shù)字信號進行數(shù)字合成。參見圖6 所述支持軟件6通過星歷導入模塊16導入衛(wèi)星星歷，按照采樣時刻抽 取模塊(17)抽取的采樣時刻，由衛(wèi)星軌道解算模塊18計算得到任意時刻衛(wèi)星的位置、速 度、加速度、加加速度，由大氣傳播延遲解算模塊19解算任意位置的大氣傳播延遲和延遲 變化率，最后由衛(wèi)星星時狀態(tài)和控制量解算模塊20給出通用衛(wèi)星星時重構和廣播衛(wèi)星信 號合成器硬件的控制參數(shù)，并由導航數(shù)據(jù)生成模塊21生成對應的導航數(shù)據(jù)。本發(fā)明可以實施重構的全球定位系統(tǒng)導航衛(wèi)星包括GPS衛(wèi)星、GL0NASS衛(wèi)星、 Galileo衛(wèi)星、BD2衛(wèi)星；所支持的衛(wèi)星導航系統(tǒng)的標準定位服務包括GPS系統(tǒng)、Galileo系 統(tǒng)、GLONAS系統(tǒng)我國自主研發(fā)的北斗一代、北斗2代導航系統(tǒng)以及未來可能出現(xiàn)的新型衛(wèi) 星導航系統(tǒng)；所支持的衛(wèi)星導航信號包括GPS Ll頻段C/A碼和P碼信號，GPS L2頻段CM碼、 CL碼和P碼信號，GPS頻段L5I碼和Q碼信號；GLONASS Ll和L2頻段PRN碼信號；GaliIeo El頻段信號，Galileo E5頻段信號以及BD2導航系統(tǒng)衛(wèi)星信號。應當指出，以上所述具體實施方式
可以使本領域的技術人員更全面的理解本發(fā) 明，但是不以任何方式限制本發(fā)明。，一切不脫離本發(fā)明精神和技術實質的技術方案，其均 應涵蓋在本發(fā)明專利的保護范圍當中。
權利要求
1.基于衛(wèi)星星時重構的通用仿真衛(wèi)星廣播信號合成器，具有能夠通過超大規(guī)?，F(xiàn)場 可編程邏輯器件實現(xiàn)所設計功能的硬件電路，其特征在于所述的硬件電路由輸入總線接 口(1)、衛(wèi)星星時重構控制量計算單元O)、四級級聯(lián)星時狀態(tài)重構陣列(3)、信號處理支路 G)、信號合路輸出接口(5)構成；輸入總線接口(1)接收來自外部超前同步信號(a)、同步 信號(b)、信號處理支路的輸入及反饋信號，輸出信號到衛(wèi)星星時重構控制量計算單元 O)、信號處理支路；衛(wèi)星星時重構控制量計算單元( 接收外部超前同步信號(a)、同 步信號(b)，輸出信號到四級級聯(lián)星時狀態(tài)重構陣列(3)并接收來自四級級聯(lián)星時狀態(tài)重 構陣列(3)的反饋信息；信號處理支路(4)接收來自輸入總線接口(1)輸出的信號合成控 制參數(shù)(d)，并輸出換頁同步信號(e)到輸入總線接口(1)，輸出數(shù)字衛(wèi)星信號⑷到信號 合路輸出接口(5)。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于衛(wèi)星星時重構的通用仿真衛(wèi)星廣播信號合成器，其特征 在于所述的輸入總線接口(1)由控制參數(shù)緩沖的同步控制器和衛(wèi)星星時狀態(tài)向量、信號 合成控制參數(shù)、導航數(shù)據(jù)參數(shù)三個邏輯電路組成；外部超前同步信號(a)和同步信號(b)經(jīng) 同步控制器和衛(wèi)星星時狀態(tài)向量、信號合成控制參數(shù)、導航數(shù)據(jù)參數(shù)三個邏輯電路，分別輸 出衛(wèi)星星時狀態(tài)向量(c)到衛(wèi)星星時重構控制量計算單元O)，輸出信號合成控制參數(shù)和 導航數(shù)據(jù)參數(shù)到信號處理支路(4)。
3.根據(jù)權利要求1所述的基于衛(wèi)星星時重構的通用仿真衛(wèi)星廣播信號合成器，其特征 在于所述的衛(wèi)星星時重構控制量計算單元( 包括重構星時狀態(tài)向量預估器(7)、星時狀 態(tài)向量增量計算器(8)、最優(yōu)星時重構控制向量計算器(9)。
4.根據(jù)權利要求3所述的基于衛(wèi)星星時重構的通用仿真衛(wèi)星廣播信號合成器，其特征 在于所述的衛(wèi)星星時重構控制量計算單元O)中的重構狀態(tài)向量預估器(7)根據(jù)當前星 時重構控制向量(f)，在外部超前同步信號(a)的控制下讀取四級級聯(lián)星時狀態(tài)重構陣列 (3)的實時狀態(tài)向量(g)，輸出預估外部同步信號到來時的預估重構星時狀態(tài)向量(h)；星 時狀態(tài)向量增量計算器⑶根據(jù)輸入總線接口⑴所提供的目標星時狀態(tài)向量(c)和重構 星時狀態(tài)向量預估器(7)提供的預估重構星時狀態(tài)向量(h)，輸出計算得到的星時狀態(tài)向 量增量(i)；最優(yōu)星時重構控制向量計算器(9)根據(jù)星時狀態(tài)向量增量計算器(8)提供的 星時狀態(tài)向量增量(i)，輸出計算的更新星時重構控制向量(j)，反饋到四級級聯(lián)星時狀態(tài) 重構陣列(3)。
5.根據(jù)權利要求1所述的基于衛(wèi)星星時重構的通用仿真衛(wèi)星廣播信號合成器，其特征 在于所述的信號處理支路(4)有8 20個，每個信號處理支路均由支路星時修正器10)、 支路時間相位變換器組(11)、載波生成器(12)、可編程擴頻測距碼生成器(13)、導航數(shù)據(jù) 位生成器(14)、支路信號調制器(1 組成。
6.根據(jù)權利要求5所述的基于衛(wèi)星星時重構的通用仿真衛(wèi)星廣播信號合成器，其特征 在于所述信號處理支路⑷中的支路星時修正器(10)在四級級聯(lián)星時狀態(tài)重構陣列(3) 所重構衛(wèi)星星時(k)的基礎上修正每支路信號傳播環(huán)境時延，輸入到支路時間相位變換器 組(11)，分別變換得到擴頻測距碼相位(P)和載波相位(q)；擴頻測距碼相位(P)輸入到可 編程擴頻測距碼生成器(13)、導航數(shù)據(jù)位生成器(14)中，產(chǎn)生指定相位的擴頻測距碼(r) 和導航數(shù)據(jù)位(U)；載波相位(q)和輸入總線接口(1)提供的載波幅值控制量輸入到載波 生成器(1 中，產(chǎn)生指定相位和幅度的數(shù)字中頻載波(ν)；支路信號調制器(1 將擴頻測距碼(r)與導航數(shù)據(jù)位(u)模二相加，或者直接使用擴頻測距碼(r)控制載波符號位，實現(xiàn) 支路信號的二相鍵控調制，生成單支路數(shù)字衛(wèi)星信號(w)到信號合路輸出接口(5)。
7.根據(jù)權利要求1所述的基于衛(wèi)星星時重構的通用仿真衛(wèi)星廣播信號合成器，其特征 在于四級級聯(lián)星時狀態(tài)重構陣列(3)在外部超前同步信號(a)和同步信號(b)參與下，從 衛(wèi)星星時重構控制量計算單元( 獲取衛(wèi)星星時重構向量，通過各級狀態(tài)量的累加、截短 和級聯(lián)，實時重構出連續(xù)變化的衛(wèi)星星時狀態(tài)向量(k)，并反饋實時狀態(tài)向量(g)至衛(wèi)星星 時重構控制量計算單元(2)。
8.根據(jù)權利要求1所述的基于衛(wèi)星星時重構的通用仿真衛(wèi)星廣播信號合成器，其特征 在于所述信號合路輸出接口( 由多路復選器組和多路加法器組構成，選擇通用衛(wèi)星星 時重構和廣播衛(wèi)星信號合成器中若干支路生成的單支路數(shù)字衛(wèi)星信號(w)，合路成一路信 號(χ)輸出，多路徑信號采用通用的衛(wèi)星星時重構和廣播衛(wèi)星信號合成器的剩余信號處理 支路合成。
9.一種根據(jù)權利要求1所述的基于衛(wèi)星星時重構的通用仿真衛(wèi)星廣播信號合成器的 專用支持軟件，其特征在于所述的專用支持軟件(6)是指通過導入衛(wèi)星星歷，計算得到任 意時刻衛(wèi)星的位置、速度、加速度、加加速度，任意位置的大氣傳播延遲和延遲變化率，最終 計算得到通用衛(wèi)星星時重構和廣播衛(wèi)星信號合成器硬件的控制參數(shù)，并生成導航數(shù)據(jù)，輸 入到輸入總線接口(1)的專用軟件。
10.根據(jù)權利要求9所述的基于衛(wèi)星星時重構的通用仿真衛(wèi)星廣播信號合成器的專用 支持軟件，其特征在于所述支持軟件(6)以頭文件、庫、目標代碼的形式給出，所述的目標 代碼包括動態(tài)連接庫和目標文件，嵌入到具體的衛(wèi)星導航系統(tǒng)仿真器軟件之中；所述支持 軟件(6)的主程序為步驟1 啟動軟件，進入主流程，由星歷導入模塊(16)讀取星歷和初始化參數(shù)，完成星 歷等仿真初始參數(shù)導入程序，；步驟2 軟件主流程按照初始化參數(shù)，由采樣時刻抽取模塊(17)進行采樣時刻的抽取， 完成仿真時刻生成程序；步驟3 分別由衛(wèi)星軌道解算模塊(18)和導航數(shù)據(jù)生成模塊根據(jù)采樣時刻和星 歷完成衛(wèi)星軌道參數(shù)，對位置、速度、加速度、加加速度進行解算和生成導航數(shù)據(jù)，完成衛(wèi)星 導軌解算和導軌數(shù)據(jù)生成程序；步驟4 再由大氣傳播延遲解算模塊(19)根據(jù)解算的衛(wèi)星位置計算衛(wèi)星信號的大氣傳 播延遲，完成大氣傳播延遲解算程序；由衛(wèi)星星時和控制量解算模塊OO)結合衛(wèi)星軌道參 數(shù)解算衛(wèi)星的星時狀態(tài)量和信號控制參數(shù)，完成衛(wèi)星星時和控制量解算程序；步驟5 由解算程序生成的衛(wèi)星的星時狀態(tài)量和信號控制參數(shù)和導航數(shù)據(jù)一同送至通 用的基于衛(wèi)星星時重構的仿真衛(wèi)星廣播信號合成器硬件；步驟6 通過判斷軟件運行狀態(tài)，不滿足軟件結束條件則返回主軟件流程的入口，否則 進入軟件結束流程；步驟7 軟件結束階段，清除軟件占用的運算資源，軟件退出。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于衛(wèi)星星時重構的通用仿真衛(wèi)星廣播信號合成器，具有能夠通過超大規(guī)?，F(xiàn)場可編程邏輯器件實現(xiàn)所設計功能的硬件電路和專用支持軟件，硬件電路由輸入總線接口、衛(wèi)星星時重構控制量計算單元、四級級聯(lián)星時狀態(tài)重構陣列、信號處理支路、信號合路輸出接口構成；專用支持軟件以頭文件、庫、目標代碼的形式給出，嵌入到具體的衛(wèi)星導航系統(tǒng)仿真器軟件之中；同現(xiàn)有技術相比，不僅提供了單顆衛(wèi)星多路信號實時重構的硬件處理單元和相應的計算軟件支持，而且通過多單元并行集成處理，可以支持現(xiàn)有導航系統(tǒng)多衛(wèi)星信號環(huán)境的實時重構，每個通用衛(wèi)星星時重構和廣播衛(wèi)星信號合成器支路功能可根據(jù)用戶需求靈活配置或任意組合。
文檔編號H04H40/90GK102122986SQ20101019623
公開日2011年7月13日 申請日期2010年6月9日 優(yōu)先權日2010年6月9日
發(fā)明者何志昆, 余志勇, 劉光斌, 劉冬, 姚志成, 張博, 焦巍, 范志良 申請人:中國人民解放軍第二炮兵工程學院