软件GNSS信号模拟器架构与中频信号生成

　　GNSS(GlobalNavigation Satellite Systems)信号模拟器对于研发和验证阶段的GNSS接收机是必需的.相比直接利用真实卫星信号,信号模拟器能够提供精确可控、可复现的仿真环境以及非正常或不期望的测试条件,使接收机的研发效率得以保证.

　　正在建设中的Galileo系统具有带动卫星导航创新发展的许多潜质,由于仍处于研发阶段,其信号结构、电文格式等仍未被正式确定,目前有关Galileo信号的模拟器非常少见.另一个挑战在于设计支持其与传统导航系统(如GPS(GlobalPosi-tion System))的组合(又称兼容)GNSS信号模拟器,用以支持相应的组合接收机的研发.

　　支持Galileo信号的模拟器要求十分灵活,应具有易于更新与扩展的能力,以最大限度地适应系统设计的变化,软件定义(software-defined,简称软件)信号模拟器恰好满足这种需求.限于现有硬件技术水平,完全的软件实现只能达到数字中频级,软件信号模拟器生成的数字中频信号可直接馈入软件接收机,亦可通过D/A变换及上变频成为射频信号,从而完全达到硬件模拟器的效果.

　　本文首先以GPS/Galileo组合系统为例,探讨一个完整的兼具通用性与专用性的软件GNSS中频信号模拟器的架构.在此基础上,着重描述这一软件模拟器的中频信号生成模块的实现以及生成信号的验证.

　　1　软件GNSS信号模拟器架构

　　软件GNSS中频信号模拟器以VisualC++6.0为开发环境在PC平台上实现.模拟器提供图形用户界面(GUI,GraphicalUser Interface)的控制方式,便于用户实现参数配置、数据处理以及结果分析.

　　软件GNSS中频信号模拟器主要包括如下功能模块:

　　1) GNSS(GPS/Galileo)卫星星座仿真及导航

　　电文生成.对于Galileo系统,设计考虑了目前可获得的Galileo轨道参数,由于没有有关轨道摄动的信息,目前的轨道模型相对简单,但系统已为此预留进一步扩展的接口,而Galileo与GPS轨道平面的初始偏移量也是可配置的.至于时间基准问题,Galileo空间段/用户接口控制文件中定义了Galileo系统时与GPS系统时的转换模型,相应的模型参数通过Galileo导航电文播发.对于GPS系统,利用GPS星历与历书文件仿真GPS星座.

　　2)接收机动态轨迹生成.可由用户自定义参数化的运动轨迹,亦可采用来自用户的动态轨迹数据文件.

　　3)传播通道特性仿真.包括电离层延迟、对流层延迟、多径效应,以及干扰信号.由于卫星所产生的误差,如星钟误差、星历误差,同样经过信道引入接收机,将此类误差模型包含在此模块.

　　4) GNSS(GPS/Galileo)数字中频信号生成.

　　这个模块目前提供以下数字中频信号:GPSL1 C/A,GalileoE1 CBOC(Composite BinaryOffectCarri-er),GalileoE5a和E5b,支持更多的信号易于在目前的平台上扩展.