[发明专利]一种GNSS模拟器中的通用三维载体运动轨迹生成方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及全球卫星导航系统(GNSS)卫星信号模拟器中接收机载体的运动轨迹模拟产生方法，尤其涉及一种GNSS模拟器中的通用三维载体运动轨迹生成方法，属于卫星导航技术领域。

(二)背景技术

GNSS卫星信号模拟器通过产生卫星信号接收机载体的运动轨迹，实时计算出接收机的位置，并结合卫星的实时位置判断卫星可见性，计算卫星信号功率、伪距、多普勒、载波相位等接收机实时观测量，以此实现对导航数据的扩频码调制和载波调制，模拟产生实际应用场景中接收机接收到的卫星导航信号，成为卫星信号接收机研制开发与测试验证中的仿真信号源。

相比直接利用真实卫星信号，GNSS卫星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情况的测试条件，使接收机的研发效率得以保证。随着美国GPS系统现代化和俄罗斯GLONASS系统改进升级，以及欧洲Galileo系统和我国北斗卫星导航系统的建设(上述全球卫星导航系统可通称GNSS系统)，GNSS模拟器持续受到工业及军事部门的关注。

国外已研制出多种型号的GNSS卫星信号模拟器，如，美国CAST公司的GPS模拟器、英国Spirent公司的GSS系列模拟器、德国IFEN公司的GNSS模拟器，但大都功能固定，所能模拟的导航卫星系统、信号频点与结构、载体动态等严格受限。

模拟用户动态是GNSS模拟器的重要环节之一，精确模拟出接收机载体的运动模式，有利于对接收机的动态性能进行测量评定；而动态导航信号的模拟产生能够支持接收机的捕获跟踪性能测试，以及定位精度等性能的分析评估。接收机载体运动轨迹的模拟可以基于信号模拟器内置的载体运动模型，也可以实测轨迹数据文件的形式载入GNSS信号模拟器，但内置载体运动模型的实现方式更为灵活，在精确性与可重复性方面更为突出。

(三)发明内容

1、目的

在现有的GNSS模拟器产品中，有关接收机载体运动轨迹生成，通常首先划分若干载体类型，在载体类型之下再划分以载体运动特性区分的运动模式，而在运动模式之下支持用户进行与运动模式关联的运动轨迹参数自定义，依据上述流程最终完成载体轨迹的定义，模拟器据此生成载体运动轨迹。以Spirent GSS系列模拟器为例，其载体类型的用户选项分为：简单运动(仅包括平面圆周运动和平面矩形轨迹运动)、车辆、舰船、飞机。在上述载体类型的选项之下，用户需要进行与载体类型关联的运动模式选择，以飞机载体类型为例，依据不同飞行阶段的运动特性，其运动模式分为：爬升、加速直线、匀速直线、匀速转弯、加速转弯、盘旋等。以匀速转弯运动模式为例，用户可定义的运动轨迹参数包括：运动段内飞机航向角的变化量、向心加速度；以加速直线运动模式为例，用户可定义的运动轨迹参数包括：加速段的持续时间或持续距离，加速度或末速度。

扩展性是上述模拟器接收机载体运动轨迹生成技术的主要问题，即载体类型、运动模式、可定义的轨迹参数受到繁琐且特定的限制。由模拟器支持的接收机测试与试验，通常只是利用实际GNSS信号进行测试之前的关键步骤，从而面向特定的应用场景与典型的测试试验成为一般GNSS模拟器的特点之一，这是GNSS模拟器载体动态模式固定并采用概略轨迹模型的主要原因。对于仍在建设中的GNSS系统(如，Galileo系统，北斗卫星导航系统)，通常情况下利用实际的卫星信号并不可行，由于系统建设周期的影响，实际信号测试可能远滞后于模拟器测试，从而对相应的GNSS模拟器提出了更高的要求，在系统建成并具备运行能力之前更加全面的测试试验需要模拟器的载体运动轨迹模拟具备扩展能力、具备反映各种动态的通用性、具备模拟复杂轨迹的能力。

本发明的目的是为了克服现有GNSS模拟器载体运动轨迹生成技术的局限，提供一种GNSS模拟器中的通用三维载体运动轨迹生成方法，它能将任意复杂形式的载体运动轨迹分解为空间直线运动段与空间圆周运动段的组合进行近似，借助姿态描述及多个坐标系的相互转换，建立通用的三维载体运动轨迹产生模型。

2、技术方案

本发明的目的通过以下技术方案实现：一种GNSS模拟器中的通用三维载体运动轨迹生成方法，该方法具体步骤如下：

步骤一：预生成载体运动轨迹用户配置文件，配置文件定义了载体运动分段与轨迹参数设置；

载体初始位置设置为大地坐标系中的坐标(λ₀，h₀)，即经度、纬度和高程。载体初始速度设置为地理坐标系中的东向、北向和天向初速度(v_e，0，v_n，0，v_u，0)；