[发明专利]一种脉冲星信号模拟器

说明书

技术领域

本发明属于电子电路技术领域，涉及信号模拟器，特别是一种脉冲星信号模拟器，适用于对脉冲星导航系统理论方法的验证和工程技术的研究。

技术背景

2004年，美国国防高级研究计划局局长Tony Tether在犹他州立大学召开的一次学术会议上透露，美国国防高级研究计划局的战术技术办公室正在开展“基础X射线源的自主导航定位”计划研究。X射线脉冲星自主导航作为一种新的天文导航方法，抗干扰能力强，可靠性高，覆盖范围广，在日心惯性系中的位置固定，无需提供星历，具有重要战略意义和巨大的发展潜力。X射线脉冲星导航已成为深空导航领域的重要研究方向。

目前，X射线脉冲星导航仍处于理论研究阶段，需要大量的X射线脉冲星观测信号进行研究。但是，地球大气对X射线具有不透明性，因此在地面无法接收到脉冲星辐射的X射线信号，只能通过卫星搭载X射线探测器对脉冲星进行观测。星载X射线探测器设计难度大，成本高，维护困难，这限制了X射线脉冲星导航理论方法的验证和工程技术的研究。

发明内容

本发明的目的在于针对星载X射线探测器设计难度大，成本高，维护困难的问题，提供一种脉冲星信号模拟器，模拟卫星接收到的脉冲星信号，便于实现对X射线脉冲星导航理论方法的验证和工程技术的研究。

为实现上述目的，本发明提供的脉冲星信号模拟器，包括：

脉冲星模拟计算机，用于模拟产生卫星接收到的脉冲星数据，监测数据接收缓冲板的反馈信息，并将脉冲星模拟数据通过数据端口发送到数据接收缓冲板，该脉冲星模拟计算机内装有人机交互界面、脉冲星信号模拟单元、脉冲星特征参数库和卫星星历库，用户通过人机交互界面设置脉冲星信号模拟器的各种参数，脉冲星信号模拟算法根据这些参数查找脉冲星特征参数库和卫星星历库，模拟卫星飞行过程中接收到的脉冲星信号；

数据接收缓冲板，用于将接收到的数据放入缓存，将缓存的状态反馈至脉冲星模拟计算机，在需要时将缓存中的数据发送给模拟输出板；

模拟输出板，用于将接收到的数字信号转换为模拟信号，模拟产生脉冲星信号。上述脉冲星模拟器，其中的脉冲星信号模拟单元，包括：

TOA预测模型产生模块，用于从脉冲星特征参数库中提取TOA预测模型，生成太阳系质心接收到的X射线脉冲星信号的波形；

万有引力模拟模块，用于模拟太阳、木星等大质量星体产生的相对论效应对脉冲星信号的影响；

噪声模拟模块，用于根据脉冲星特征参数库中的脉冲星到太阳系质心传播路径的噪声特性和该脉冲星辐射方向上的空间X射线背景噪声特性，产生噪声信号，并向上述的脉冲星信号的波形中加入噪声；

伪距计算模块，用于根据卫星星历中和轨道摄动计算卫星当前时刻距离太阳系质心的距离和该距离在脉冲星辐射方向上的投影；

相位差计算模块，用于根据卫星和太阳系质心的距离在脉冲星辐射方向上的投影，计算脉冲星到达卫星和太阳系质心的相位差；

移位模块，用于根据脉冲星到达卫星和太阳系质心的相位差，对当前时刻的太阳系质心接收到的脉冲星波形进行移位，得到当前时刻卫星接收到的脉冲星信号。

上述脉冲星模拟器，其中的人机交互界面，用于让用户选择脉冲星型号、卫星轨道，让用户输入卫星起始位置、模拟的起始日期、时间和模拟信号信噪比。

上述脉冲星模拟器，其中的脉冲星特征参数库，包括脉冲星的距离、自行速度、辐射方向、TOA预测模型、累积脉冲轮廓模型、脉冲星信号中的噪声特性和该脉冲星方向的空间X射线背景噪声特性。

上述脉冲星模拟器，其中的卫星星历库，包括卫星轨道数据库和卫星轨道摄动。

上述脉冲星模拟器，其中的数据接收缓冲板，包括数据输入端口、接口芯片、FPGA芯片、FIFO芯片和并行输出端口，该接口芯片接收数据输入端口上的数据，将其发送至FPGA芯片，FPGA芯片将收到的数据存入FIFO芯片中，当FIFO芯片中的数据累积到一定量后，FPGA芯片将数据从FIFO中读出，通过并行端口输出发送出去。

上述脉冲星模拟器，其中的模拟输出板，包括并行输入端口、CPLD芯片、高精度时钟芯片、时钟驱动芯片、5片数模转换芯片和5路模拟信号输出接口，该CPLD芯片接收并行输入端口上的数据，将其发送至5片数模转换芯片中，高精度时钟通过CPLD芯片送至时钟驱动芯片，产生5路高精度时钟，分别接至5片数模转换芯片的转换时钟引脚上，5片模数转换芯片将12位数字信号转换为模拟电压信号，通过5路模拟信号输出接口发送出去。

本发明具有如下优点：