[发明专利]一种多通道卫星导航和干扰信号模拟源及信号模拟方法

摘要

本发明涉及一种多通道卫星导航和干扰信号模拟源及信号模拟方法，属于卫星导航信号模拟与测试技术领域。所述模拟源包括信号播放硬件和导航和干扰信号数仿软件；所述信号播放硬件由通用高性能计算机平台、中频任意波形产生卡和上变频卡组成；所述导航和干扰信号数仿软件由导航基带数仿软件、干扰基带数仿软件、基带信号合成及数字上变频组成。本发明一种多通道卫星导航和干扰信号模拟源及信号模拟方法，依托高性能计算平台生成导航和干扰数据，利用信号播放硬件播放导航和干扰数据生成特性可定制的多通道导航和干扰射频信号，具有成本低、使用灵活的优点，作为测试设备可用于多通道导航抗干扰接收机的研发、测试和维护等全生命周期中。

主权项

1.一种多通道卫星导航和干扰信号模拟源的信号模拟方法，其特征在于，多通道卫星导航和干扰信号模拟源，模拟多通道导航抗干扰接收机抗干扰天线处的射频信号，是N个卫星导航信号和M个干扰源信号的合成，N≥1、M≥1，所述模拟源包括信号播放硬件和导航和干扰信号数仿软件；所述信号播放硬件由通用高性能计算机平台、中频任意波形产生卡和上变频卡组成；所述中频任意波形产生卡和上变频卡安装在通用高性能计算机平台的两路高速PCIe总线上，PCIe总线提供所需的安装固定位置、高速数据传输通路和电源；所述中频任意波形产生卡采用一块多通道PCIe数模转换卡，用于播放存放在通用高性能计算机平台硬盘上的大数据量中频数据文件，所述多通道PCIe数模转换卡的通道数为4，将中频数据文件中存储的中频数字信号转换为中频模拟信号；所述上变频卡根据中频任意波形产生卡生成的多通道中频模拟器信号，所述中频任意波形产生卡生成的多通道中频模拟器信号的通道数为4，将其上变频到卫星导航射频模拟信号，并将多路射频模拟信号通过电缆馈给多通道导航抗干扰接收机，用于多通道导航抗干扰接收机室内低成本、高效率测试；所述射频模拟信号包含多通道导航抗干扰接收机接收到的N个通道卫星导航信号和M个通道干扰信号；所述导航和干扰信号数仿软件由导航基带数仿软件、干扰基带数仿软件、基带信号合成及数字上变频组成；所述导航基带数仿软件根据可见导航卫星位置、多通道导航抗干扰接收机的接收天线动态轨迹、导航电文及信号状态参数、导航信号产生、传播及接收过程中的误差模型参数仿真生成一定时长的导航基带数据；所述干扰基带数仿软件根据干扰类型、干扰参数仿真生成一定时长的干扰基带数据；所述基带信号合成及数字上变频根据设置的干信比，将导航基带数据和干扰基带数据叠加生成叠加后的基带数据，所述叠加后的基带数据经过数字上变频后得到中频数据文件，其中心频率与信号播放硬件待播放中频模拟信号的中心频率一致；该方法的步骤如下：第一步，准备多通道卫星导航和干扰信号中频数据文件：按照以下步骤分别生成导航基带数据和干扰基带数据，以GPS导航卫星为例，令第i颗导航卫星位置矢量为多通道导航抗干扰接收机通道1天线位置为光速为c，计算得到导航信号传播延迟如下：其中，表示卫星时钟误差，表示电离层传播时延、对流层传播时延、表示卫星星历误差，表示多径信号附加延迟；计算多通道导航抗干扰接收机接收的卫星信号多普勒频率其中，f_L1表示GPS L1载波频率，·表示求导运算，表示第i颗导航卫星位置矢量的求导运算，表示多通道导航抗干扰接收机通道1天线位置的求导运算；计算多通道导航抗干扰接收机通道1的导航基带信号为：其中，表示载波相位误差，可见导航基带信号为接收卫星信号振幅A_i(t)、卫星发射C/A码卫星信号调制的导航信息以调制干扰噪声为例，令第j个干扰源位置矢量为则干扰信号传播延迟为计算多通道导航抗干扰接收机接收的干扰信号多普勒频率其中，·表示求导运算，表示第j个干扰源位置矢量的求导运算，表示多通道导航抗干扰接收机通道1天线位置的求导运算；按(5)式计算干扰源在多通道导航抗干扰接收机通道1处产生的干扰基带信号为：其中，B^1j(t)表示干扰信号脉冲调制、表示基带符号、F{·}表示基带符号调制映射、表示多普勒相位，表示相位误差；将N个导航基带信号和M个干扰基带信号叠加得到叠加后的基带数据，该信号经过数字上变频后得到多通道导航抗干扰接收机通道1中频信号为：其中，f_IF为信号播放硬件中频频率，一般取值为10MHz～70MHz，合成信号的干信比为A_S表示导航信号功率，A_J表示干扰信号功率，表示第i路导航信号，表示第j路干扰信号；按照上述步骤分别生成多通道导航抗干扰接收机其余通道中频信号，将所述中频信号量化，按照所需格式存储为二进制中频数据文件；第二步，播放中频数据文件产生中频模拟信号：第一步生成的二进制中频数据文件存放在通用高性能计算机平台的硬盘上，在通用高性能计算机平台上面安装有信号播放控制软件；在多通道卫星导航和干扰信号模拟源工作时，信号播放控制软件加载不同的中频数据文件，便可以实时播放不同参数设置下的卫星导航和干扰中频信号，所产生的中频模拟信号通过中频电缆输出；第三步，将中频模拟信号上变频至射频模拟信号，馈入待测设备：利用上变频卡将第二步产生的中频模拟信号上变频至射频模拟信号，通过衰减器衰减至合适功率后，代替多通道抗干扰天线，通过射频电缆直接馈入多通道导航抗干扰接收机射频信号输入端，所述射频信号与多通道抗干扰天线接收的射频信号一致，包含N个卫星导航接收信号和M个干扰源接收信号的合成，所述合成信号可以通过仿真反映接收机高动态特性、各种极端误差条件下的抗干扰特性，显著提高多通道导航抗干扰接收机测试的灵活性和效率。