[发明专利]基于GPU的GNSS信号模拟器及其实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新的基于计算机GPU(Graphic Processing Unit，图形处理器)的GNSS(Global Navigation Satellite System，全球卫星导航卫星系统)信号模拟器及其实现方法，更具体地说，是利用GPU产生数字中频数据，再通过PXI或PXIe总线将数据传输至中频板卡进行数/模转换生成模拟中频信号，然后再通过射频板卡进行上变频和功率衰减生成GNSS导航信号。

背景技术

GNSS信号模拟器是用于模拟不同时间、不同地点、不同运动状态的接收机所接收到的经过空间传播的卫星导航信号，能够提供可复现、可自定义的模拟场景，是研究和测试接收机不可或缺的仪器设备，同时也可用于不同导航电文结构、不同编码、不同调制方式的可重构信号的研究。

目前，国内外的科研机构和公司研究出了多种型号的GNSS信号模拟器，涵盖了现在四大全球卫星导航系统(GPS、GLONASS、Galileo、BeiDou)。这些GNSS信号模拟器基本上都是采用计算机+中频板卡+上变频板卡的架构，利用计算机计算出GNSS信号的导航电文和信号状态参数，再利用中频板卡进行伪码生成和信号调制后生成模拟中频信号，传入射频板卡后进行上变频和功率衰减后生成GNSS导航信号。这种架构的模拟器如果要模拟更多的导航信号频点就需要新的中频板卡和射频板卡，不仅提高研制成本，也增长了研制周期。此外要模拟组合导航信号时还要加入同步板卡，成本和研制难度都要加大。

随着全球卫星导航系统的现代化进程和快速发展，需要有一种成本更低、研发更快，能够支持更多新的导航系统和信号调制体制，支持组合导航信号模拟，以及更加灵活更易扩充的GNSS信号模拟器。

发明内容

为了解决现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于GPU的GNSS信号模拟器及其实现方法，利用计算机GPU、中频板卡和射频板卡的新的GNSS信号模拟器架构，解决目前模拟器存在的成本高、研发周期长、灵活性和可扩充性较弱的问题，满足多系统多频点模拟、空间环境模拟、组合导航信号模拟和新体制信号模拟等需求。

为了实现上述发明目的，本发明所采取的技术方案为：

一种基于GPU的GNSS信号模拟器，它由计算机、中频板卡和射频板卡构成；

所述计算机内设置上位机软件，所述中频板卡内设置中频信号处理单元，所述射频板卡内设置射频信号处理单元；

中频信号的伪码生成和信号调制都在所述计算机上利用GPU完成，所述中频板卡用于数/模转换来生成模拟中频信号，所述射频板卡用于对输入的模拟中频信号进行上变频和功率衰减，从而生成相应射频频点和指定功率的GNSS导航信号。

一种基于GPU的GNSS信号模拟器的实现方法，该实现方法包括如下步骤：

(1)计算机上运行的上位机软件完成根据用户设定的仿真条件实时生成数字中频数据的功能，其中GPU负责数字中频的信号调制、量化工作，利用其强大的并行大量数据处理和计算能力实现高采样率数字中频数据的实时生成；

(2)中频板卡通过PXI或者PXIe总线接收计算机生成的数字中频数据，利用DA芯片进行数/模转换和上变频，产生模拟中频信号；

(3)射频板卡对输入的模拟中频信号进行上变频和功率衰减，从而生成相应射频频点和指定功率的GNSS导航信号，可以接入接收机使用。

进一步的，所述计算机可模拟多系统、多频点的GNSS信号，且多频点信号在计算机产生单独频点的数字中频信号后就利用计算机GPU进行数据合路，然后再传输至中频板卡，中频板卡对合路后的数字信号进行数/模转换并进行上变频。

更进一步的，采用数字中频数据产生与传输异步和双SRAM方案实现信号的实时产生，计算机先计算并缓存一定量的中频数据再开始启动向SRAM传输，而且在计算机向一块SRAM里传数据时，FPGA读取另一块SRAM里存好的数据，实现数据存储与信号产生异步进行。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明的GNSS信号模拟器的中频板卡只负责数/模转换，不需要进行伪码生成和信号调制，因此只需要中低端FPGA控制芯片和DA芯片，而不需要DSP和高端FPGA等芯片，成本更低、研发周期更短。

(2)本发明的GNSS信号模拟器伪码生成和信号调制都在计算机上完成，所以可以更加灵活的支持新的导航电文结构和信号调制方式，而不需要增加新的中频板卡。