[发明专利]一种卫星导航掩星信号生成系统

说明书

技术领域

本发明提供了一种卫星导航掩星信号生成系统，属于卫星导航技术领域。

背景技术

掩星探测技术是GNSS(Global Navigation Satellite System)在大气观测领域的扩展应用，它利用GNSS信号在传播媒介(电离层和中性大气)传播时发生的折射率变化进而产生的相位延迟和幅度信息，反演出电离层电子密度随时间、季节、地理位置、太阳活动水平(空间环境)变化以及中性大气逆温层、大气重力波、锋面的变化，目前，掩星探测技术已发展成为气象学研究的有力手段。

目前国内外对掩星探测技术的研究主要体现在掩星接收机研究和掩星接收数据反演算法研究上，这两方面的研究都需要大量的外场试验，对试验地点(主要是高度)、试验条件都有严格的限制，因易受到干扰，试验的可控性、可重复性都很差，在这种背景下诞生的掩星信号仿真技术研究，可以分为两种：纯软件仿真和射频信号仿真。目前国内外的研究主要集中在纯软件仿真阶段，主要通过3D射线追踪前向模拟技术来实现对相位延迟、幅度变换的模拟，用于对掩星接收数据反演算法的研究，但是这种方式无法满足掩星接收机、掩星天线等设备试验、测试需求，因此发展掩星信号的射频仿真技术成为必然的选择。掩星信号的射频仿真不仅仿真掩星信号，还包括对直达星信号的仿真，模拟了掩星事件从出现到消失的全过程，可实现对掩星接收机的掩星预报、高速采集、开环跟踪以及接收数据的事后反演功能进行全闭环测试。目前真正能够将掩星前向模拟技术应用于物理射频仿真的，国内外的研究尚属于起步阶段，未见公开文献发表。

发明内容

本发明的技术解决问题是：针对现有技术的不足，提供了一种卫星导航掩星信号生成系统，该系统在三阶DDS信号发生技术的基础上，提高信号伪距、载波相位的仿真精度，模拟产生直达星信号和与其对应的掩星信号。

本发明的技术解决方案是：

一种卫星导航掩星信号生成系统，可分别将直达星观测数据和掩星观测数据进行处理后模拟仿真出直达星射频信号和掩星射频信号，包括参数计算与实时更新模块、中频导航信号生成模块、DAC模块和上变频模块；

所述参数计算与实时更新模块接收输入的直达星观测数据和掩星观测数据，并分别生成对应于直达星观测数据和掩星观测数据的累加参数和功率控制码，之后对所述直达星观测数据和掩星观测数据的累加参数进行补偿，并将所述功率控制码和补偿后的累加参数输出给中频导航信号生成模块；

所述中频导航信号生成模块根据输入的功率控制码和补偿后的累加参数生成直达星数字中频仿真信号和掩星数字中频仿真信号，之后输出到DAC模块；

所述DAC模块将输入的数字中频仿真信号转换为模拟中频仿真信号；

所述上变频模块将DAC模块产生的模拟中频仿真信号上变频到射频频段。

所述参数计算与实时更新模块包括系统建立模块、系统初始化模块和系统维护模块；其中，

系统建立模块：负责为整个信号生成系统建立开始仿真的启动时间，并将启动时间输出给系统维护模块；

系统初始化模块：负责对参数计算和实时更新模块的外部设备进行初始化以及对中频导航信号生成模块进行复位，所述外部设备包括PCI总线和SDRAM；

系统维护模块：包括仿真通道管理模块和累加参数/功率计算模块，其中，仿真通道管理模块根据掩星射频信号生成系统通道仿真数量确定直达星和掩星通道的开启/关断状态，直达星仿真最多可以仿真12个直达星通道的信号，掩星仿真最多可以仿真4个通道的掩星信号；累加参数/功率计算模块接收输入的直达星和掩星观测数据以及启动时间，计算伪码和载波的累加参数以及功率，产生直达星和掩星观测数据的累加参数和功率控制码，并对产生的直达星观测数据和掩星观测数据的累加参数进行补偿之后输出；其中所述的直达星和掩星观测数据包括时间信息、卫星编号、伪距、速度、加速度、加加速度、功率和载波相位。

所述对产生的直达星观测数据和掩星观测数据的累加参数进行补偿通过如下步骤进行：

(3.1)参数计算与实时更新模块从直达星和掩星观测数据中读取伪距、载波相位以及伪距和载波相位各自的一阶、二阶、三阶观测量数据，计算出伪距和载波相位各自的一阶累加器参数、二阶累加器参数和三阶累加器参数，并写入中频导航信号生成模块；