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高动态gps卫星信号模拟器关键技术分析及应用高动态GPS卫星信号模拟器是用于模拟高速移动场景下的GPS（全球定位系统）信号的设备，可用于测试和验证GPS 接收机在高速移动条件下的性能。
在高速移动条件下，接收机面临着多个挑战，包括多径效应、信号衰减、非理想信道条件等，因此需要进行实际场景的模拟来评估接收机性能。
高动态G P S卫星信号模拟器的关键技术包括：1.高速动态运动模型：针对车辆、飞机等高速移动载体，需要准确建立运动模型，包括速度、加速度、转向等参数。
通过准确模拟运动轨迹，可以生成相应的G P S信号。
2.多卫星信号模拟：考虑到高速移动场景下接收机可能无法同时“看到”同一颗卫星的信号，需要模拟多颗卫星信号的接收情况。
需要准确模拟卫星的轨道、仰角等参数。
3.多径效应模拟：接收机在高速移动条件下容易受到多径效应的影响，即接收到的信号可能有多个路径到达，导致信号畸变、干扰等。
需要模拟不同路径间的时间延迟、幅度衰减等参数。
4.复杂信道模型：将实际场景中的信道特性模拟到G P S信号中，包括多径衰落、多普勒效应等。
需要准确建立信道模型，使得生成的G P S信号与实际信号在行为特性上一致。
高动态G P S卫星信号模拟器的应用主要体现在以下几个方面：1. G P S接收机性能验证：通过模拟高速移动场景、多路径效应等条件，可以对G P S接收机在高动态条件下的信号跟踪、定位性能进行验证和评估。
2.导航系统开发：对于高速列车、飞行器等移动装置，模拟其在不同速度下的G P S信号可以用于导航系统的开发和调试。
通过高速运动模型的模拟，可以评估导航算法的准确性和鲁棒性。
3.智能交通系统：在智能交通系统中，G P S 信号模拟器可以用于评估车辆导航设备的性能，并提供导航引导和交通管理服务。
4.车联网应用：在车联网应用中，G P S信号模拟器可以模拟车辆在高速移动条件下的位置信息，用于车辆定位、路径规划等应用。
总之，高动态G P S卫星信号模拟器在现代导航、交通与通信领域发挥着重要作用。
《卫星信号模拟器导航电文的仿真分析与验证》篇一一、引言随着现代科技的发展，卫星导航系统在军事、民用等领域的应用越来越广泛。
为了对卫星导航接收器进行性能测试、开发或教学培训，卫星信号模拟器成为一种重要工具。
本文以卫星信号模拟器为背景，针对其导航电文的仿真分析与验证进行深入研究。
二、仿真环境与模型构建1. 仿真环境本仿真环境以卫星信号传输、接收与处理过程为基础，主要包含信号发射、传输、干扰和接收四个模块。
通过构建逼真的卫星环境，实现对卫星信号的模拟。
2. 模型构建在模型构建中，主要涉及导航电文的生成与传输。
导航电文包含卫星的基本信息，如位置、速度、时间等，是接收机定位解算的重要依据。
通过构建合理的电文结构，确保仿真过程中导航电文的准确性。
三、导航电文仿真分析1. 仿真流程在仿真过程中，首先生成导航电文，然后将其与卫星信号进行绑定，最后模拟卫星信号的传输过程。
在传输过程中，需要考虑信号的衰减、多径效应、噪声干扰等因素。
2. 仿真结果分析通过仿真分析，可以得到不同条件下的卫星信号特性。
例如，在不同信噪比下，卫星信号的传输性能；在不同传播路径下，信号的衰减情况等。
这些数据为后续的验证提供了基础。
四、导航电文验证方法1. 实际接收机测试将仿真生成的卫星信号输入到实际接收机中，观察接收机的性能表现。
通过对比接收机的输出结果与仿真结果，验证导航电文的准确性。
2. 误差分析通过分析仿真结果与实际接收结果的误差，可以对导航电文的准确性和可靠性进行评估。
误差分析包括随机误差和系统误差两种，需要对不同来源的误差进行定量分析。
五、验证结果与讨论1. 验证结果通过实际接收机测试和误差分析，验证了仿真生成的导航电文的准确性。
结果表明，在一定的信噪比和传播条件下，仿真生成的卫星信号能够被接收机正确接收和解析。
2. 讨论在验证过程中，我们发现了一些影响卫星信号传输的因素，如信号衰减、多径效应和噪声干扰等。
这些因素对卫星信号的传输性能有一定影响，需要在后续的仿真和验证中进行充分考虑。
基于ST K 的高动态GPS 卫星信号模拟器导航电文生成Ξ何运桃1,徐光辉2,朱利利3(1.解放军理工大学通信工程学院研究生3队,江苏南京210007;2.解放军理工大学通信工程学院电子信息工程系;3.中国人民解放军66008部队,天津300000)摘 要:卫星导航电文生成是高动态GPS 卫星信号模拟器研究的关键之一。
文中采用基于ST K (Satellite Too l K it )的导航电文生成方法。
给出了时间参数产生所需要的三项重要指标及其产生原理,并结合ST K 生成任意时刻的卫星导航电文。
通过仿真证明,模拟产生的GPS 卫星导航电文符合GPS 卫星星座的排列规律。
关键词:高动态;全球卫星定位系统;导航电文;卫星仿真工具包中图分类号:P 22814文献标识码:B 文章编号:CN 3221289(2009)0420085204P roduc tion of Na v iga tion M e s s a ge of High D ynam ic G PS S igna lS i m ula to r B a s e d on S TKH E Y un 2tao 1,X U Guang 2hu i 2,ZH U L i 2li 3(1.Po stgraduate T eam 3I CE ,PLAU ST ,N anjing 210007,Ch ina ;2.D epartm ent of E lectronic Info r m ati on Engineering I CE ,PLAU ST ;3.U nit 66008of PLA ,T ianjin 300000,Ch ina )A bs tra c t :T he p roducti on of the navigati on m essage is one of the key techn iques of the h igh dynam ic GPS signal si m u lato r research .A m ethod of the p roducti on of navigati on m essage based on ST K (Satellite Too l K it )w as adop ted .T h ree i m po rtan t indexes and the p roducti on p rinci p le of the ti m e p aram eter w ere p resen ted ,together w ith ST K to generate navigati on m essage at arb i 2trary m om en t .Si m u lati on resu lts show that GPS navigati on m essage p roduced by si m u lating co r 2responds to the GPS satellite con stellati on arrangem en t .Ke y w o rds :h igh dynam ic ;Global Po siti on ing System (GPS );navigati on m essage ;ST K高动态GPS 信号模拟器是用于模拟战斗机运动过程中GPS 接收机遇到的各种复杂环境,精确产生机载接收机接收到的GPS 卫星信号,实现在地面静态环境下完成对GPS 接收机的高动态性能测试,用于机载GPS 接收机的功能测试、精度测量以及目标运动特征仿真。
高动态GPS卫星信号模拟器设计与实现
贾科军;柯熙政
【期刊名称】《宇航计测技术》
【年(卷),期】2006(026)005
【摘要】介绍了高动态GPS信号模拟器的设计原理和组成,阐述了设计中的关键技术,并给出了软件和硬件实现方案.其中软件部分采用Visual Basic 6.0和Visual
C++完成,硬件信号处理板采用FPGA 完成,通过高速的计算机并口实现了软硬件之间通信.此系统被成功的应用到了卫星导航定位系统的研发过程中,工作性能稳定,具有了模拟器的基本功能,为验证接收机的定位性能、信号跟踪和捕获性能等提供了一个逼真的高动态信号环境.
【总页数】6页(P1-6)
【作者】贾科军;柯熙政
【作者单位】西安理工大学自动化与信息工程学院,陕西,西安,710048;西安理工大学自动化与信息工程学院,陕西,西安,710048
【正文语种】中文
【中图分类】P2
【相关文献】
1.GPS卫星导航信号模拟器主要误差参数建模与仿真研究 [J], 崔陆;魏志芳
2.高动态GPS卫星信号模拟器电离层延迟误差模拟方法研究 [J], 赵军祥;常青;张其善;张军
3.飞行器姿态对高动态GPS卫星信号模拟器输出信号的影响 [J], 赵军祥;常青;张其善
4.高动态GPS卫星信号模拟器导航电文生成 [J], 张伯川;常青;张其善;寇艳红
5.高动态GPS卫星信号模拟器关键技术分析及应用 [J], 赵军祥;张其善;常青;李建辉
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GPS信号源导航电文的生成洪源 陆明泉(清华大学电子工程系，北京 100084)摘要；全球定位系统GPS(Global Positioning System)信号源由软件部分和硬件部分组成，模拟各种条件下接收到的GPS 卫星信号，便于接收机性能测试和功能调试。
本文主要研究设计GPS信号源的软件部分，包括时钟计算模块、用户轨道模块、卫星星历模块、可见星视图模块、导航电文生成模块、误差计算模块、参数计算模块等。
基于Matlab的GUI用户图形界面，将以上各功能模块综合起来，实现了可视化操作，模拟卫星运行环境、接收机运行轨迹和信号传播中的多种误差，按照用户设定的接收机运动模式和仿真时间要求，计算卫星的位置速度、可见星PRN号，最后根据这些参数结合相应的时间参数来形成可见星的二进制导航电文。
通过程序仿真与广播星历比对, 验证生成的导航电文符合GPS信号源要求。
关键词：GPS信号源，广播星历，可见星，导航电文The production of the navigation data for GPS signal simulatorHong Yuan, Lu Mingquan( Department of Electronic Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China)Abstract: The Global Positioning System signal simulator which can emulate the real GPS signals under all kinds of conditions received by GPS receivers and test the performance of GPS receivers, consists of software and hardware. The software part, implemented in MATLAB, is developed in this thesis. It simulates the environment of the constellation, the receiver trajectory and various errors during propagation. User defined parameters, such as date and GPS time, user trajectory. With the format of the RINEX broadcast ephemeris, the coordinate of the GPS satellite position and velocity and the visible satellites’ PRN numbers can be calculated, at last the navigation data of the visible satellites can be simulated. It is verified by the procedure simulating and validated with the original ephemeris.Key words: GPS signal simulator; broadcast ephemeris; visible satellites; navigation data1 引言GPS卫星信号源可以根据用户的动态环境, 精确产生接收机收到的GPS卫星信号,接收机根据这些信号,可测定目标的位置和速度, 通过与理论值的比较, 可以对GPS接收机的捕获、跟踪和测量精度进行鉴定。
《卫星信号模拟器导航电文的仿真分析与验证》篇一一、引言随着现代科技的不断进步，卫星导航系统在各个领域的应用越来越广泛。
为了保障卫星导航系统的可靠性和安全性，对卫星信号模拟器的研究显得尤为重要。
其中，导航电文作为卫星信号的核心组成部分，其仿真分析与验证工作是提升系统性能的关键环节。
本文将详细分析卫星信号模拟器中导航电文的仿真过程，并通过实际验证来确保其准确性。
二、卫星信号模拟器概述卫星信号模拟器是一种用于模拟卫星信号的设备，它可以模拟真实卫星信号的各项参数，包括导航电文、载波频率、伪随机噪声码等。
通过使用卫星信号模拟器，我们可以对卫星导航系统的接收器进行测试和验证，确保其在实际应用中的性能和可靠性。
三、导航电文仿真分析导航电文是卫星信号的重要组成部分，它包含了卫星的轨道信息、时钟信息、导航参数等重要数据。
在仿真过程中，我们首先需要构建一个完整的导航电文模型。
这个模型应该能够准确反映真实导航电文的各项参数和特点。
然后，我们可以使用这个模型来生成大量的模拟导航电文数据，以便进行后续的仿真分析和验证工作。
在仿真分析过程中，我们需要关注几个关键点。
首先是导航电文的编码方式，不同的卫星导航系统可能采用不同的编码方式，这会影响到导航电文的生成和解析过程。
其次是导航电文的更新频率和传输速率，这两个参数将直接影响到接收器的性能和精度。
最后，我们还需要考虑导航电文的抗干扰能力，包括对抗各种噪声和干扰信号的能力。
四、导航电文验证方法为了验证仿真结果的准确性，我们需要采用一些实际验证方法。
首先，我们可以使用专业的测试设备来对模拟的卫星信号进行测试，包括对导航电文的编码、传输和解析过程进行测试。
其次，我们还可以将模拟的卫星信号与真实的卫星信号进行对比分析，以验证其准确性和可靠性。
此外，我们还可以通过在实际应用中对接收器进行测试来验证仿真结果的实用性。
五、实际验证结果分析通过上述的验证方法，我们可以得到一系列的实验数据。
首先，我们可以通过对比测试设备的测试结果来评估模拟的卫星信号的准确性和可靠性。
gps卫星信号模拟器，gps信号发生器，gnss信号模拟器SYN5203型GPS信号模拟器产品概述SYN5203型GPS信号模拟器是由西安同步电子科技有限公司精心设计开发生产的一款低成本卫星导航授时模拟信号源，模拟GPS卫星导航定位系统的导航信号，支持GPS L1频点的射频仿真信号输出，支持实时星历和外部星历参数输入，支持不同时间长度的各种轨迹输出，能满足各类GPS导航授时接收终端的测试需求，可替代国外高昂GPS 模拟器。
该模拟器广泛应用在基本型和授时型用户设备的研制、开发、生产和测试过程的各个环节.可以完成测距精度测试、导航电文测试、失锁重捕测试、定位精度测试、测速精度测试、通道时延测试、一致性测试、误码率测试等，将大大提升工作效率。
同时也适用于依赖卫星导航定位功能的相关产品的研制开发测试工作，如共享单车，共享汽车，导航定位设备，电子围栏设备等应用环境。
可极大提高效率，避免频繁的现场实地测试，大大提高了产品开发测试部署的速度。
此外具有无线电接受功能，可接受多种无线电信号；具有无线电发射功能，可发射多种无线电格式；具有频谱分析仪功能，可进行扫频分析；能够产生高频模拟信号源。
关键词：gps卫星信号模拟器，gps信号发生器，gnss信号模拟器产品功能1) 前面板配有触摸屏和按键，可独立工作，无需外接电脑；2) 在同样的环境条件下进行多次测试，从而进行定位性能比对，定量分析导航终端的定位效果；3) 可以仿真任意时间，任意地点，任意姿态的导航终端运动状态，可在静态、低动态、高动态的环境下进行导航终端测试。
4) 可以预置多条轨迹或者固定点，具有单次、无限循环功能；轨迹切换方便，轨迹预置条数不做限制。
5) 具有微功率发射功能，直连接收机测试。
6) 具有实时时间戳技术，可驱动授时型GPS接收机解调输出高精度的PPS。
7) 输出功率任意可调，可加强增益功能，能够大面积覆盖。
8) 可在天线口输出可调高频信号，用做测试的信号源或者激励源。
gps信号模拟器是什么？关键词：gps信号模拟器,gps模拟器随着卫星导航产业的发展，GPS等系统的卫星导航产品的应用领域不断扩大，种类也越来越多，竞争日益激烈。
卫星信号模拟器可广泛应用于院校、研究所、接收机开发生产及卫星导航生产厂商的科研、生产等,另外，卫星信号模拟器还可以作为一个卫星导航接收机的第三方检验平台，提供第三方检测报告，指导消费者购买卫星导航产品。
GPS卫星信号模拟器是用于模拟GPS导航接收机天线口接收到的GPS卫星信号，能够为接收机测试提供多种测试场景，如静态定点场景、动态跑车场景、高动态场景等，测试结果可以充分反映接收机的定位精度、捕获灵敏度、跟踪灵敏度、失锁重补时间、抗干扰能力等性能指标。
GPS接收机在不同载体上，其运动轨迹存在着不同变化规律。
根据可能的应用范围，接收机载体的类型大致可以分为以下几类：卫星（飞船）、运载火箭（导弹）、航班、船舶和车辆。
对每一类接收机载体，要准确描述其运动状态，运动模型需要考虑许许多参数，但是对模拟器而言，运动模型只要能反应目标运动特征即可，不需要非常精确考虑，对于常见的运动形式，用户只需要选择相应的载体类型，输入一些特征参数，模拟器就可以自动产生载体的运动轨迹。
在一些特殊的系统研制和调试的过程中，对被研制对象的性能和指标的测试是一个重要环节，在这个过程中，利用模拟器模拟目标信号的方式完成测试和实际去外场实测相比具有可重复和灵活性高、花费少等优势。
一般模拟器系统中包括三大功能模块：数据产品模块，信号回放模块、控制模块。
在实际应用中接收机是分辨不出来GPS模拟器提供的信号和真实信号的。
接收机接收的所有语句均可以输出。
但是该款设备仅限于科学研究、技术交流，设备检修，不得用于任何商业营利活动及违法用途，否则后果自负。
该款设备支持星历输入。
广泛应用于设备的研发、开发、生产和测试过程的各个环节，可完成定位精度测试、测速精度测试、通道时延测试，一致性测试和测距精度测试等。
《卫星信号模拟器导航电文的仿真分析与验证》篇一一、引言随着全球定位系统（GPS）和卫星导航技术的不断发展，卫星信号模拟器在卫星导航系统的测试、验证和研发中扮演着越来越重要的角色。
其中，导航电文作为卫星信号的重要组成部分，其准确性和可靠性直接影响到卫星导航系统的定位精度和可靠性。
因此，对卫星信号模拟器中导航电文的仿真分析与验证显得尤为重要。
本文旨在通过仿真分析卫星信号模拟器中导航电文的特点，并对其进行验证，为卫星导航系统的研发和应用提供参考。
二、卫星信号模拟器概述卫星信号模拟器是一种用于模拟卫星信号的设备，它可以模拟不同类型、不同频率和不同信号强度的卫星信号。
在卫星导航系统的测试、验证和研发过程中，卫星信号模拟器被广泛应用于信号接收、处理和定位算法的测试和验证。
三、导航电文仿真分析3.1 导航电文结构与内容导航电文是卫星信号中的重要组成部分，它包含了卫星的轨道信息、钟差信息、电离层延迟信息等重要参数。
导航电文的结构和内容对于卫星导航系统的定位精度和可靠性具有重要影响。
3.2 仿真方法与过程本文采用MATLAB软件进行仿真分析。
首先，根据实际卫星信号的特点和要求，建立导航电文的数学模型。
然后，通过MATLAB软件生成模拟的导航电文数据。
最后，对模拟的导航电文数据进行处理和分析，以获取其特点和规律。
3.3 仿真结果与分析通过仿真分析，我们可以得到导航电文的一些重要特点和规律。
例如，导航电文具有一定的周期性和规律性，其数据结构和内容对于卫星导航系统的定位精度和可靠性具有重要影响。
此外，我们还可以通过仿真分析得到不同类型、不同频率和不同信号强度的卫星信号对导航电文的影响。
四、导航电文验证4.1 验证方法与过程为了验证仿真分析的结果，我们采用实际卫星信号进行验证。
首先，将实际卫星信号进行接收和处理，得到实际的导航电文数据。
然后，将实际的导航电文数据与仿真分析得到的导航电文数据进行比对和分析，以验证仿真分析的准确性。
《卫星信号模拟器导航电文的仿真分析与验证》篇一一、引言随着现代科技的发展，卫星导航系统在军事、民用等领域的应用越来越广泛。
卫星信号模拟器作为卫星导航系统测试和验证的重要工具，其性能的优劣直接影响到整个系统的准确性和可靠性。
因此，对卫星信号模拟器导航电文的仿真分析与验证显得尤为重要。
本文将介绍一种卫星信号模拟器导航电文的仿真方法，并通过实验验证其准确性和可靠性。
二、卫星信号模拟器导航电文仿真方法1. 确定仿真参数首先，我们需要确定仿真参数，包括卫星的轨道参数、时钟参数、导航电文参数等。
这些参数将直接影响到模拟的卫星信号的质量和准确性。
2. 生成导航电文根据确定的导航电文参数，生成相应的导航电文。
导航电文是卫星向接收机发送的重要信息，包括卫星的轨道信息、时钟信息、校正参数等。
3. 模拟卫星信号将生成的导航电文与卫星的轨道参数、时钟参数等相结合，模拟出卫星信号的波形和时序。
这一步需要考虑到卫星信号的传播延迟、多径效应等因素。
4. 输出模拟信号将模拟出的卫星信号输出到测试设备，用于测试和验证卫星导航系统的性能。
三、仿真分析与验证为了验证上述仿真方法的准确性和可靠性，我们进行了以下实验：1. 实验设备实验设备包括卫星信号模拟器、接收机、测试软件等。
其中，卫星信号模拟器用于生成模拟的卫星信号，接收机用于接收模拟的卫星信号并解算出位置信息，测试软件用于对解算出的位置信息进行分析和比较。
2. 实验过程首先，我们使用卫星信号模拟器生成模拟的卫星信号，并将这些信号输出到接收机。
然后，接收机对接收到的信号进行解算，得到位置信息。
最后，通过测试软件对解算出的位置信息进行分析和比较，验证仿真方法的准确性和可靠性。
3. 实验结果通过实验，我们发现使用上述仿真方法生成的卫星信号能够准确地被接收机解算出位置信息。
同时，通过与实际卫星信号进行比较，我们发现仿真信号的准确性和可靠性达到了较高的水平。
这表明我们的仿真方法具有较高的可信度和实用性。
《卫星信号模拟器导航电文的仿真分析与验证》篇一一、引言随着现代科技的发展，卫星导航系统已成为我们日常生活和各种领域中不可或缺的一部分。
为了更好地理解卫星信号传输、测试接收设备和评估导航算法，卫星信号模拟器的应用显得尤为重要。
本文将着重探讨卫星信号模拟器中导航电文的仿真分析以及验证过程。
二、卫星信号模拟器概述卫星信号模拟器是一种能够模拟卫星信号的设备和系统，包括卫星导航电文、调制方式、信号强度等。
通过使用这种模拟器，我们可以模拟出真实的卫星信号环境，以便于测试和评估接收设备的性能。
三、导航电文仿真分析导航电文是卫星导航系统中的重要组成部分，它包含了卫星的位置、速度、时间等信息。
在卫星信号模拟器中，导航电文的仿真分析是至关重要的。
首先，我们需要根据实际的卫星导航系统（如GPS、GLONASS、北斗等）的规范，生成准确的导航电文。
这包括对电文格式、数据编码、帧结构等进行详细的分析和建模。
其次，我们需要对生成的导航电文进行仿真分析。
这包括模拟卫星的信号传输过程，如多径效应、信号衰落等。
同时，我们还需要分析导航电文的误差传播特性，以评估其对接收设备性能的影响。
四、导航电文验证方法为了验证仿真生成的导航电文的准确性，我们需要进行一系列的验证实验。
首先，我们可以将仿真生成的导航电文与实际的卫星导航系统的导航电文进行对比，检查两者的一致性。
此外，我们还可以通过接收设备接收仿真信号，然后分析接收到的导航电文是否正确解码和解析。
在验证过程中，我们还需要考虑各种实际因素对接收设备的影响，如多径效应、信号衰落等。
我们可以通过改变仿真环境中的这些因素，来评估接收设备在不同环境下的性能。
五、实验结果与分析通过一系列的实验，我们可以得到以下结果：1. 仿真生成的导航电文与实际的卫星导航系统的导航电文具有高度一致性，证明了仿真分析的准确性。
2. 通过改变仿真环境中的因素，我们可以发现接收设备在不同环境下的性能差异，为后续的优化提供了依据。
高动态GPS卫星信号模拟器导航电文生成张伯川;常青;张其善;寇艳红【期刊名称】《北京航空航天大学学报》【年(卷),期】2005(031)003【摘要】为了测试全球定位系统GPS(Global Positioning System)接收机的性能,应用GPS信号模拟器来模拟各种条件下真实的GPS信号.GPS卫星信号发生器由硬件、计算机和软件组成.软件主要由卫星导航参数计算模块、目标运动轨迹计算模块、误差计算模块等模块组成.导航电文产生功能模块是高动态GPS卫星信号模拟器要解决的一项关键技术.给出了3个卫星星钟改正参数的物理意义和星历产生模型,根据这些参数并结合相应的时间参数来形成卫星导航电文.通过程序仿真并与导航电文进行验证,证明推导出的星历产生模型基本符合GPS星的星座排列规律.【总页数】4页(P284-287)【作者】张伯川;常青;张其善;寇艳红【作者单位】北京航空航天大学,电子信息工程学院,北京,100083;北京航空航天大学,电子信息工程学院,北京,100083;北京航空航天大学,电子信息工程学院,北京,100083;北京航空航天大学,电子信息工程学院,北京,100083【正文语种】中文【中图分类】TN850.4【相关文献】1.高动态GPS卫星信号模拟器电离层延迟误差模拟方法研究 [J], 赵军祥;常青;张其善;张军2.飞行器姿态对高动态GPS卫星信号模拟器输出信号的影响 [J], 赵军祥;常青;张其善3.高动态GPS卫星信号模拟器设计与实现 [J], 贾科军;柯熙政4.高动态GPS卫星信号模拟器关键技术分析及应用 [J], 赵军祥;张其善;常青;李建辉5.GLONASS卫星信号模拟器导航电文生成 [J], 关刚强;葛锐;吕志成;张国柱因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
收稿日期:2003208225 基金项目:国家自然科学基金资助项目(60027001) 作者简介:张伯川(1972-),男,内蒙古呼和浩特人,博士生,zhangbochuan891@s .高动态GPS 卫星信号模拟器导航电文生成张伯川 常 青 张其善 寇艳红(北京航空航天大学电子信息工程学院,北京100083) 摘 要:为了测试全球定位系统G PS (G lobal P ositioning System )接收机的性能,应用G PS 信号模拟器来模拟各种条件下真实的G PS 信号.G PS 卫星信号发生器由硬件、计算机和软件组成.软件主要由卫星导航参数计算模块、目标运动轨迹计算模块、误差计算模块等模块组成.导航电文产生功能模块是高动态G PS 卫星信号模拟器要解决的一项关键技术.给出了3个卫星星钟改正参数的物理意义和星历产生模型,根据这些参数并结合相应的时间参数来形成卫星导航电文.通过程序仿真并与导航电文进行验证,证明推导出的星历产生模型基本符合G PS 星的星座排列规律.关 键 词:全球定位系统(G PS );信号发生器;高动态中图分类号:T N 850.4文献标识码:A 文章编号:100125965(2005)0320284204Re search on the production of the navigation data ofhigh dynamic GPS signal simulatorZhang Bochuan Chang Qing Zhang Qishan K ou Y anhong(School of E lectronics and In formation Engineering ,Beijing University of Aeronautics and Astronautics ,Beijing 100083,China )Abstract :F or the purpose of testing the performance of G PS (global positioning system )receivers ,a G PS sig 2nal simulator is needed that can emulate the real G PS signals under all kinds of conditions.The high dynamic multi 2channel G PS signal simulator device consists of hardware ,com puter and s oftware.The s oftware com prises the satel 2lite navigation parameters calculation m odule ,the target trajectory calculation m odule ,the error calculation m odule and etc.Producing functional m odule of navigation data is a key technique that the high dynamic G PS signal simu 2lator must s olve.The physical meaning of the three parameters of satellite ’s clock and the production m odel of the ephemeris were given.According to these parameters and their corresponding time parameters ,Navigation data could be produced.By the procedure simulating and validating it with the navigation data ,the results show that ephemeris and almanac correspond to the rules of the satellite ’s arrangement.K ey words :G PS (global positioning system );signal generators ;high dynamics 高动态全球定位系统G PS (G lobal P ositioning System )卫星信号模拟器可以根据载体的动态环境,精确产生载体收到的G PS 卫星信号,载体上安装的G PS 接收机根据这些信号,可测定目标的位置和速度,通过与理论值的比较,可以对G PS 接收机的捕获、跟踪和测量精度进行鉴定.模拟器的研制在国外已属成熟产品,国外较早开展了高动态G PS 卫星信号模拟器技术研究,已研制出多种型号的高动态G PS 卫星信号模拟器并投入使用,例如英国SPIRE NT 通信公司研制的STR4750型卫星信号模拟器、美国计算机应用软件技术有限公司研制的CCSG 22000卫星信号模拟器等.这些模拟器可以模拟G PS L 1,L 2频率上的C/A 码和P 码.现在,国外G PS 卫星信号2005年3月第31卷第3期北京航空航天大学学报Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics March 2005V ol.31 N o 13模拟器功能和性能更加先进,甚至可以模拟差分信号、姿态测量信号.但模拟器的研制在国内仍是空白.由于涉及军事保密领域,可参考的有用资料非常少.由于模拟器的研制涉及到对整个G PS系统较全面的了解,所以其开发难度是很大的.但是,模拟器的研制对于我国有效利用G PS 系统及开发我国自己的卫星导航系统又有着非常重要的现实意义[1～4].G PS卫星信号模拟器有多种功能模块.其中,导航电文产生功能模块是高动态G PS卫星信号模拟器要解决的一项关键技术.该模块自动编辑各颗G PS卫星的导航信息.卫星的星历和历书直接由用户设定的轨道导出,通过插值或外推得到模拟时刻的有效数据[1].本文在考虑这些因素的基础上,系统地探讨了G PS卫星信号模拟器中卫星导航电文的产生方法.1 时间参数的产生模拟器的时间参数包括G PS时的周计数W N、得到星历参数的时间的周计数W Na、得到时间转换参数的时间的周计数W Nt、Z计数、星历和时间参数的拟和时间间隔I ODE,I ODC,t oc, t oe,t oa,t ot等.其中,t oc,t oe指基于W N的周内时间;t oa指基于W Na的周内时间;t ot指基于W Nt的周内时间,W Nt和t ot为UT C(C oordinated U2 nivereal T ime)参数生成的时间;I ODE为卫星星历的数据龄期;I ODC为卫星时钟的数据龄期[5,6]. 1.1 W N和Z计数的产生全部的T OM计数包含29bits(每1.5s计数加1-X1历元),其中第3～19bit是星历H OW字的1～17bit,是被截短的周内时间T OM即Z计数,指示下一子帧的起始时间.T OM计数的第20～29bit是周数(W N),是第一子帧的第3字的前10bits.相对G PS时间起点(1980201206T00∶00∶00)所经过的时间(模1 024),由于电文仅用10bits表示周数,最大周数为1023周,所以存在模糊度问题.在利用该周数解算测量时刻的格林尼治时间时,需要结合其它参数确定无模糊的周数.由于10bits表示的周数只能表示到1999208221T23∶59∶59,因此模拟器由目前的格林尼治时间计算周数时得出的数值需减去1024;由于UT C时有闰秒,19992122 31T23∶59∶59后,UT C时与G PS时相差13s,故10bits表示的周数只能表示到1999208221T23∶59∶47;考虑模拟器的本地时间(年月日时分秒)和模拟器所在的时区,将本地时间应转化为格林尼治零时区的时间,再将格林尼治零时区的时间转化为G PS时.W N={(y-1980)×365+d oy[m-1]+ d+D1-6}/7-1024d1=(y-1980)×365+ d oy[m-1]+d+D1-6D1=y-19804+1(1)如(y-1980)%4=0或m≤2,则D1-1 t sec=(d1%7)×86400+(h h-T imezone)×3600+m m×60+s s+13(2)如t sec≤0,则W N-1,且t sec=t sec+604800Z C ount=INT(t sec/6)+1(3)其中,y,m,d,h h,m m,s s为目前的年,月,日,时,分,秒;t sec为G PS时周内秒数;%为模运算;d oy(12)={0,31,59,90,120, 151,181,212,243,273,304,334};T imezone为模拟器所在的时区.1.2 W N a、拟和时间间隔(I ODE,I ODC),t oc,t oe,t oa的产生 W Na与第一子帧播发的G PS周数W N的关系是W Na=f m od(W N,256)(4) t oc=(d1%7)×86400+(h h-T imezone)×3600+m m×60+s s+13(5)t′oc=t oc16式中,16为星历中t oc的系数;t′oc为由t oc经系数转换后放入星历中的数值.t oe和t oa的算法与t oc 相同.I ODC是时钟改正数的外推时间间隔,它向用户指明时钟改正数的置信度,该值越小,时钟改正数的置信度越高[4].I ODC=t oc-t l(6)其中,t oc星历第一子帧的参考时间,即得到时钟改正数的周内时间;t l是用来计算时钟改正数所作测量的最后观测时间.I ODE是卫星星历的外推时间间隔.该值越小,卫星星历的置信度越高.I ODE=t oe-t L(7)其中,t oe指从每星期起始历元,即周六/周日子夜零点起计算星历的参考时刻;t L指用于计算582第3期 张伯川等:高动态G PS卫星信号模拟器导航电文生成广播星历所作测量的最后观测时间.1.3 时间参数的限制星历数据期号I ODE是一个8bits的数,它与同一组10bits星钟数据期号低8bits的值相等.子帧2和子帧3给出I ODE是用来和子帧1给出的8位LS B的I ODC来比较.当它们不相匹配(表示一个新的数据块将要输入),或2个I ODE不一致(表示2个I ODE对应不同的t oe),此时用户会放弃这个星历.子帧4,5各页的t oa应相同.如子帧2第25页的t oa与子帧4,5其它页的t oa不同,此时,子帧5第25页的W Na只对应子帧5第25页的t oa,与其它页的t oa无关,用户会认为该历书无效.模拟器将t oa值设为相同值[6].2 时钟改正数的产生由于时间误差Δt(t)是一个可由多项式表示的以时间t为自变量的函数,因此,时间可在t oc处进行泰勒展开.Δt(t)=Δttoc +Δt(1)toc(t-t oc)+Δt(2)toc2!(t-t oc)2(8)其中,Δt(n)toc为时间误差函数在t=t oc处的n阶导数值.同时,根据星历接口文件,时间误差为[6,7]Δtsv=a f0+a f1(t-t oc)+a f2(t-t oc)2其中,a f0,a f1,a f2为G PS星的导航电文中的G PS星时钟参数.可知a f0=Δt toca f1=Δt(1)toca f2=Δt(2)toc2!=Δt(2)toc2(9)其中,Δt toc (a f)为在t oc时刻测得的模拟器与G PS时的时间差值;Δt(1)toc (a f1)为在t oc时刻测得的频偏误差;Δt(2)toc为在t oc时刻测得晶体老化率;a f2为在t oc时刻测得晶体老化率的值的一半.通过定期与高精度的原子钟进行频率比对,得到最新的a f1,a f2.同时,根据星历接口文件,总的时间误差为Δtsv=a t+a f1(t-t oc)+a f2(t-t oc)2-T G D(10)其中,T G D是G PS星发射L1,L2信号之前存在的群延迟差,该值是根据卫星发射之前工厂测试得出的.对单频信号模拟器只发出L1载波信号,因此,模拟器设该值为全零.对信号模拟器而言,a f1,a f2反映模拟器频钟的频率偏差和频率漂移且各颗卫星的钟差参数置为同一组参数.由于模拟器的导航电文中的卫星星钟改正数等均是在一定量的已知参数的基础上进行一段时间外推后得到的.已知在T0,T1,T2,T3,T4时刻a f1,a f2的值,可以用曲线拟和的办法来预测T5时刻及后续时刻的值.3 卫星的星历的产生卫星的星历直接由用户设定的轨道导出,通过插值或外推得到模拟时刻的有效数据,这样就不再需要用户把星座文件的数据与仿真的日期时间联系在一起.利用一台G PS接收机连续工作24h,完整地搜集星座内各颗健康G PS卫星的导航电文,对电文解调,可以得到各星的一组星历参数,则以此组参数为基础推算任意时刻G PS卫星的星历.地球非球形摄动对G PS星轨道长半径a、偏心率e、轨道面倾角i没有影响,但可引起轨道升交点赤经Ω、轨道近地点角矩ω、平近点角M的变化,ωe为地球自转速率,Δn为卫星平均角速度的改正项[7].因此a(t)=a(t0)e(t)=e(t0)i(t)=i(t0)Ω(t)=Ω(t)-32a2eJ2p2n cos i(t-t0)ω(t)=ω(t)+32a2eJ2p2n・ 2-52sin2i(t-t0)M0(t)=M0(t0)+n+Δn-32a2eJ2p2 n(1-32sin2i)1-e2(t-t0) [模2π](11)其中p=a(1-e2)n=μa3J2=108263×10-8682北京航空航天大学学报 2005年a e =6378137mμ=3986005×108 (m 3/s 2)Ω0(t 0)=Ω(t 0)-G ATS ω(12)d Ωd t =32a 2e J 2p 2n cos i Ω0(t )=Ω0(t 0)+d Ωd t(t -t 0)+ωe ×604800×(W Nt 0-W Nt )[模2π] (13)其中,Ω0(t 0)为t 0时刻对应的星历中的轨道准经度;W Nt 0为t 0时刻对应的星历中的星期数;W Nt 为t 时刻对应的星历中的星期数;G ATS ω为一个星期的历元开始时刻t ω的格林尼治恒星时[5～7].以t 0时刻的G PS 星轨道根数a (t 0),e (t 0),i (t 0),Ω0(t 0),ω(t 0),M (t 0)为基础可推导出t 时刻的a (t ),e (t ),i (t ),Ω(t ),ω(t ),M (t )及各轨道根数的时间变化率并设6个摄动修正参数为零.这样,可得i 时刻的星历.电离层修正参数、UT C 转换参数均通过接收下传并保持不变.4 程序仿真结果使用接收机接收第16#G PS 卫星的在2个不同时刻的的导航电文,见表1.表1 不同时刻的16#星轨道参数时刻轨道参数Ω0ωM 0t 1-2.0971*******-1.716436918203.0837*******t 2-2.72117917258-1.67529031669-2.0879*******t 2推算-2.720653-1.666083-2.085210 表1中,t 1为2003207231T16∶00∶00,t 2为2003209201T 12∶00∶00.由2003207231T 16∶00∶00的星历参数推算2003209201T 12∶00∶00的星历参数,计算出t 2推算时刻的Ω0,ω和M 0.通过使用自主产生的电文来计算G PS 星的坐标及速度并进行比较,可以证明在自主产生的电文中,可以将摄动力6个参数C us ,C uc ,C is ,C ic ,C rs ,C ic 及倾角变化率i 3均设为零,不会影响G PS 星的星座排列规律.5 结束语由于导航电文反映模拟器自身的性质和工作状态和G PS 星的在轨状态,因此,它的产生模型必须放在整个G PS 系统中进行考虑.为保证单颗卫星出现故障引起系统性能变差最小,在同一轨道面内的G PS 卫星的角度间隔进行了最佳化处理.这样,简单地将G PS 星轨道考虑为圆轨道,利用当前星历参数直接由用户设定的圆轨道导出卫星的星历,当外推时间较长时,自主产生的G PS 卫星的轨道信息可能会不符合G PS 卫星星座分布规律.用本文的方法则可在相当的时间内保证模拟器自己定义的卫星的轨道符合G PS 卫星星座分布规律.参考文献(R eferences 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