导航卫星信号模拟器伪距生成实时仿真研究

　　1　引言

　　目前,卫星导航服务已经成为各国信息化建设的关键组成部分,在经济、军事和社会生活中发挥了非常重要的作用,美国、俄罗斯先后建立了GPS、GLONASS卫星导航系统,欧盟也正在积极建设自己的Galileo系统。作为接收机功能测试、测量精度鉴定、性能评估的主要工具,导航卫星信号模拟器能精确模拟接收机接收到的导航卫星信号,充分模拟载体运动过程中接收机遇到的各种复杂环境,为接收机提供逼真的仿真信号,能降低或完全节省接收机现场测试的高昂费用。鉴于导航卫星信号模拟器的重要作用,各国针对各自的卫星导航系统开发了与之匹配的导航卫星信号模拟器,例如SpirentCommunications公司研制的基于GPS、GLONASS系统的STR4500、STR4760等型号的卫星信号模拟器,欧盟为其正在建设的Galileo系统开发的GSSF系统等[1][2]。

　　目前我国正在建设新一代的卫星导航系统,基于新一代卫星导航系统的导航卫星信号模拟器的研制必不可少,具有很强的现实意义。本文所对应的信号模拟器基于我国的新一代卫星导航系统,不仅能对普通的定位接收机提供模拟测试环境,而且还具备为监测站的监测接收机提供模拟测试环境的功能。监测接收机与普通的定位接收机的不同之处在于:接收到的数据不仅用于定位,还必须提供给地面信息处理中心进行信息处理和分析。鉴于监测接收机的特殊性,本信号模拟器所采用的数学模型在精度和复杂性方面应该与地面信息处理中心所采用的数学模型相匹配,从而导致本信号模拟器的计算模型更复杂、精度要求更高。

　　伪距是信号模拟器产生的关键数据,伪距的生成也是模拟器研制的关键技术。因此,针对上述需求,本文旨在设计一种高精度、实时、适用于上述两种接收机的通用信号模拟器的伪距生成方法。

　　2　伪距生成的相关模型分析

　　伪距是在卫星与接收机之间的几何距离上叠加卫星钟差影响、电离层与对流层延迟、多路径效应、相对论效应误差、地球自转影响以及天线相位中心偏移的影响等误差项形成的,所以伪距生成的相关模型主要包括卫星轨道模型、卫星钟差模型、电离层与对流层延迟模型以及多路径效应模型等。

　　2.1　卫星轨道模型

　　人造卫星的受摄运动方程一般可表示为[3]:

　　其中, r为卫星的位置矢量;μ为引力常数;ans为地球非球形引力引起的摄动加速度;anb为多体引力引起的摄动加速度;aet为地球固体潮引起的摄动加速度;aot为海潮引起的摄动加速度;adrag为大气阻力引起的摄动加速度;asrp为太阳光压引起的摄动加速度;aerp为地球辐射压引起的摄动加速度;agrl为相对论效应引起的摄动加速度。