[发明专利]基于CPU和FPGA的卫星导航信号模拟器及控制方法

摘要

本发明公开了一种基于CPU和FPGA的卫星导航信号模拟器及控制方法，卫星导航模拟器包括初始化配置、参数计算、数据通信和信号生成四部分，初始化配置部分完成初始化参数的配置；参数计算部分根据配置的初始化参数完成系统的建模和关键参数的计算；数据通信部分在完成数据在软硬件间的传输后，将关键参数送至信号生成部分，同时进行中断响应的处理；信号生成部分分别从载波、扩频码和电文生成导航信号的各组成部分，在调制之后即得到各颗可见卫星的数字中频信号，最后通过数模转换完成导航模拟中频信号的生成。本发明具有如下优点：便携、便于升级和价格低廉；良好的升级和扩展空间，系统升级速度快；具备多频多模功能，适用范围广。

主权项

1.一种基于CPU和FPGA的卫星导航信号模拟器的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：对信号频点、仿真时间、用户运动模型、电离层和对流层参数进行初始化配置；S2：根据配置后的卫星参数进行卫星星座的模拟和卫星状态的判断，步骤S2进一步包括：S201：对信号频点信息进行系统信息的配置，其中信号频点信息包括调制方式、扩频码速率及码长、载波频率、电文速率、扩频子码的速率及码长和子载波的速率信息中的至少一种；S202：根据初始化的信号频点，从相应的星历文件和历书文件中读取星历和历书数据，并保证从仿真开始到结束的一段时间之内数据有效；以及S203：根据仿真时间和读取的星历数据，为每颗卫星筛选出有效的星历数据，根据所述星历数据得到仿真时刻卫星的三维坐标；S3：根据配置后的用户运动模型实时更新用户载体的三维坐标并生成用户载体的运动轨迹；S4：根据卫星和用户的位置进行可见性判断，根据信号发射时的卫星位置和信号到达时的用户位置计算传输时间，根据预设的规则生成电文，步骤S4进一步包括：S401：根据卫星和用户的位置，同时计算仿真时刻和预设时间间隔以后卫星相对用户的仰角，如果所述仿真时刻和预设时间间隔后的时刻计算的仰角都在阈值范围之内，则认为所述卫星一直可见，否则认为所述卫星不可见；S402：设定传输时间初始值，利用所述用户的位置坐标和仿真时间作为已知数据，迭代得到趋近于真实的导航信号传输时间参数，在得到所述传输时间参数之后，根据所述卫星与所述用户之间的相对速度和相对加速度对计算NCO参数；S403：分别利用Klobuchar模型和Hopfield模型来计算电离层延迟和对流层延迟,并叠加到所述传输时间参数和所述NCO参数上；S404：根据接口控制文件中的规定，产生对应信号的电文比特流数据，要对所述星历数据进行转换、编码和校验；以及S405：对所述卫星的状态进行判断，如果所述卫星的状态为第一次可见或一直可见，则对应的数据将进行更新，否则清空通道的数据，其中，所述卫星的状态的第一次可见为所述卫星可见且所述卫星前一时刻不占据任何通道；S5：对步骤S4后的数据进行整合和下发，同时响应来自硬件的中断控制信号进行及时的更新和计算；S6：硬件部分接收、解析并存储软件部分传输的数据，同时产生中断信号控制数据的更新；S7：在每个通道内产生对应的可见卫星的信号；S8：将生成的通道信号进行合成处理，得到两路包含所有可见卫星信号的数字中频信号并送入数字模拟转换器中；以及S9：接收所述两路数字中频信号，并进行数模转换，得到两路模拟的导航卫星信号。