专利名称：记录式卫星信号模拟方法
技术领域：
本发明涉及一种卫星信号模拟方法，特别涉及一种采用导航和记录技术相结合卫星信号模拟方法，属于通信技术领域。
背景技术：
传统的卫星接收设备(如GPS/GL0NASS/BD接收机)的常规测试都是通过架设天线，铺设长电缆，线缆间增加信号放大器的方式。测试工作受天气、收星状况的影响，所以造成了测试工作的机动性差，效率低，并且目标的电磁安全性得不到保障。美国研制出基于卫星建模方法的卫星信号模拟器，但由于保密原因，不能从公开文献中得到此种卫星信号模拟方法的具体原理。
发明内容
本发明的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供一种提高卫星接收设备的常规测试效率、保证目标测试的电磁安全性且采录的卫星信号可以不限次数的进行回放、 将导航和记录技术相结合的记录式卫星信号模拟方法。本发明的技术解决方案是记录式卫星信号模拟方法，通过以下步骤实现第一步，卫星信号记录，Al. 1、接收卫星信号；Al. 2、对接收到的卫星信号下变频后进行基带处理，得到卫星的跟踪状态和位置精度因子；Al. 3、判断卫星跟踪状态中信噪比值和位置精度因子，若卫星信号完好则转入步骤Al. 4，若卫星信号不完好，则结束本次卫星信号接收，转入步骤Al. 1，所述卫星信号完好是指接收到的卫星信号信噪比至少有1颗不低于20dB、其余卫星信号信噪比不低于8dB，位置精度因子Pdop ^ 3.0 ；Al. 4、将步骤Al. 1接收到的卫星信号转化为数字信号并存储，完成卫星信号的记录；第二步，卫星信号回放，A2. 1、若需要将第一步记录的卫星信号回放，对记录的卫星信号进行基带处理，得到卫星跟踪状态和位置精度因子；A2. 2、判断卫星跟踪状态和位置精度因子，若卫星信号完好则转入步骤A2. 3，若卫星信号不完好，则结束本次卫星信号回放，所述卫星信号完好是指接收到的卫星信号信噪比至少有1颗不低于20dB、其余卫星信号信噪比不低于8dB，位置精度因子Pdop ^ 3.0 ；A2. 3、将第一步记录的卫星信号上变频为模拟信号后发射出去，完成卫星信号的回放。所述步骤Al. 1中接收卫星信号的卫星数GPS不低于6颗，GL0NASS不低于1颗。本发明与现有技术相比有益效果为
(1)本发明将导航技术和记录技术相结合，事先存储卫星信号，并对卫星信号进行监测，确保存储的卫星信号满足要求，卫星接收设备需要测试时，回放记录的卫星信号，并对卫星信号进行监测，确保射频发射的卫星信号满足测试需求；(2)本发明在卫星接收设备需要测试时，只要回放存储的卫星信号，即可开展相应的测试工作，确保了测试工作的方便快捷及电磁安全性；(3)本发明记录的卫星信号可以不限次数的进行回放，并能长期保存；(4)本发明存储的原始数据有良好的交互性，通过转储，各设备可以共享；。(5)本发明将数据的采集存储与重放在时间上分开，所以卫星接收设备的工作展开非常便捷，只要回放卫星数据文件即可，无须架设室外天线，保证了目标的电磁安全性；(6)本发明由于输出的功率可调，卫星接收设备的有线无线测试在可调节的功率范围内不受距离及电缆长度的影响；(7)本发明在卫星信号重放过程中，可以推算产生相匹配的卫星信号，所以可以输出卫星接收机所需的各种信号，方便各类卫星接收机的测试。
图1为本发明工艺流程图；图2为本发明采用的模拟器原理框图；图3为本发明采用的模拟器记录单元结构框图；图4为本发明采用的模拟器采集板原理框图；图5为本发明采用的模拟器存储板原理框图；图6为本发明卫星信号记录过程图；图7为本发明卫星信号回放过程图；图8为本发明采用的模拟器信号接收单元原理框图；图9为本发明采用的模拟器卫星信号发射单元原理框图；图10为本发明采用的模拟器基带处理单元原理框图。
具体实施例方式本实施例中给出了一种使用本发明记录式卫星信号模拟方法的模拟器(如图2所示)，也可采用类似功能的设备来实现本发明的方法。本发明采用的记录式卫星信号模拟器如2所示，包括卫星信号接收单元1、基带处理单元2、卫星信号发射单元3和记录单元4。记录单元4如图2、3所示，包括采集板41、 存储板42、嵌入式CPU43、IXD显示器44和硬盘存储器。卫星信号接收单元1分别与基带处理单元2和记录单元4的采集板41连接，基带处理单元2与记录单元的嵌入式CPU43通过232串口连接，采集板41与存储板42通过FPDP电缆连接，存储板42与硬盘存储器通过 SATA电缆连接，嵌入式CPU43分别与存储板42和IXD44显示器连接，卫星信号发射单元3 通过电缆分别与记录单元4的采集板41和基带处理单元2连接。记录单元4采用SATA硬盘控制器为基础来构建存储板的平台，同时采用嵌入式 CPU板来完成显示、控制接口。这样实时信号通路中只有CPU板SATA硬盘和模组为外购件，其它部分均为自行设计的板卡，，提高了整机工作的可靠性；在保证整机存储带宽的前提下，又可以在通用硬件平台上(Windows操作系统)开发用户界面，便于用户操作使用。记录单元4如图3所示主要包括采集板、存储板、CPU板、SATA模组、4块SATA硬盘、固态引导硬盘、8. 4”液晶屏、紧凑型键盘。具体设计如下采集板包含多通道AD(根据需要可以全部使用或部分使用)，其主要完成模拟信号到数字信号的变换，形成数字信号送存储板记录；存储板完成控制接口、数据缓冲管理和 4通道的SATA控制器；存储板通过SATA电缆与硬盘模组相连，完成磁盘阵列读写；存储板的4个SATA通道作为磁盘阵列的硬盘通道使用，连接到硬盘模组；通过FPGA内部的RAID 控制器完成冗余数据的产生和失效硬盘的恢复；嵌入式CPU卡为整机提供各种通用接口， 用于显示控制和运行windows操作系统，便于开发和使用；采集板与存储板直接通过FPDP 并行电缆连接，存储板和嵌入式CPU卡之间通过USB2. 0接口连接，进行监控信息和事后数据的交换。采集卡41如图4所示，包括匹配滤波电路和高速ADC，高速DAC和隔离放大电路， 大规模FPGA。卫星信号接收单元1通过ADC模块与采集板FPGA模块连接，卫星信号发射单元3通过DAC模块与采集板FPGA模块连接。存储板42如图5所示，包括RAID构建模块、数据切换模块、缓冲管理模块和硬盘控制模块。数据切换模块分别与RAID构建模块、缓冲管理模块和硬盘控制模块连接，RAID 构建模块通过FPDP电缆与采集板FPGA模块连接，缓冲管理模块通过DDR接口与高速缓存器连接，硬盘控制模块分别与嵌入式CPU43和硬盘存储器连接。采录数据时，多路模拟基带卫星信号经过高速ADC转换进入FPGA，在FPGA内部加入通道标识，通过与存储板连接的FPDP接口送入存储卡。存储卡将数据按照协定的格式生成效验盘数据，与记录数据一起送入DDR缓冲区缓存，本实施例中存储卡使用2片DDR缓冲完成数据缓冲的乒乓切换。当其中一块缓冲区满时，发起请求传输中断信号，中断信号响应后，发起对硬盘模组的DMA操作，将缓冲区数据同时送入各自硬盘存储器，等待下一次中断请求信号的到来，依此类推，完成采录过程数据的存储。数据回放是采录的逆过程。发出回放指令后，发起一次DMA读操作，将硬盘数据先存入DDR缓冲区，缓冲区的数据在采集卡的数据请求信号下，通过FPDP接口送入采集部分。 采集卡按照通道标识将数据分发到各自的通道缓存，各个通道去掉通道标识后，恢复成连续的数据流送高速DAC恢复出模拟的基带卫星信号。嵌入式CPU43如图3所示，对卫星的跟踪状态及位置精度因子信息等进行监测， 确保采录卫星信号的可用性。具体监测如下嵌入式CPU43对基带处理单元2输出的卫星跟踪状态和位置精度因子进行判断，若卫星信号完好则记录，卫星信号完好是指接收到的卫星信号信噪比至少有1颗不低于20dB、其余卫星信号信噪比不低于8dB，位置精度因子 Pdop 彡 3. 0。卫星信号接收单元1、基带处理单元2和卫星信号发射单元3采用现有的导航技术领域中的公知技术。卫星信号接收单元1如图8所示，包括GPS、GL0NASS、北斗或更多接收信道，每个信道包括信号滤波放大电路、频率综合器、解调器等。接收信道先将卫星信号滤波后进行放大，并和频率合成器产生的高稳定、低相噪载波进行正交混频，输出基带信号送记录单元。 采录卫星信号的卫星数GPS不低于6颗，GL0NASS不低于1颗，位置精度因子小于等于3. 0。
卫星信号发射单元3如图9所示，包括GPS、GL0NASS、北斗和更多其它发射信道，每个信道包括调制器、RF滤波和放大电路、频率综合器电路、检波电路等。射频发射的卫星信号可以是存储的GPS/GL0NASS/BD卫星信号，也可以是推算产生的相匹配的其它卫星信号， 以供各类卫星接收机测试使用。基带处理单元2如图10所示，基带处理主要完成GPS、GL0NASS和北斗卫星信号的捕获、跟踪和数据解调。CPU总线上扩展了 FLASH、SRAM和其它接口。DC/DC和时钟分发电路为基带处理部分的所有电路提供所需的电源和时钟。以下结合记录式卫星信号模拟器来详细描述卫星信号模拟方法。本发明如图1、6、 7所示，通过以下步骤实现1、卫星信号记录(1)接收卫星信号。卫星信号首先经过卫星信号接收单元1，卫星信号接收单元主要完成卫星信号的滤波、下变频，输出基带卫星信号送到基带处理单元2和记录单元4的采集板41。(2)基带处理，得到卫星跟踪状态和位置精度因子。基带处理单元2首先将基带信号数字化，再进行卫星信号的一系列解调工作，输出卫星跟踪状态和位置精度因子到记录单元4的嵌入式CPU43。(3)判断卫星跟踪状态和位置精度因子嵌入式CPU43判断卫星跟踪状态和位置精度因子，若卫星信号完好，嵌入式CPU43 发送采录命令给存储板42。若卫星信号完好则记录本次卫星信号，若卫星信号不完好，则结束本次卫星信号接收。(4)记录卫星信号送入采集板41的基带卫星信号经过高速ADC转换进入采集板FPGA，在FPGA内部加入通道标识；存储板42接收到采录命令后，通过与采集板连接的FPDP接口读取采集板 41上的数据；存储板42将读取的数据按照协定的格式生成效验盘数据，与记录数据一起送入DDR缓冲区缓存，发起对硬盘模组的DMA操作，将缓冲区数据同时送入各自硬盘存储。2、卫星信号回放(1)若需要回放卫星信号，给嵌入式CPU43发送回放命令，嵌入式CPU43控制存储板将回放的卫星信号通过FPDP接口发送给采集板。(2)采集板将数字化的卫星信号变为模拟的基带信号，送到基带处理单元2和卫星信号发射单元3。(3)基带处理单元将信号数字化后进行卫星信号的一系列解调工作，得到卫星跟踪状态和位置精度因子，并将其发送给嵌入式CPU43进行监测，确保输出基带卫星信号的完好性。基带处理单元判断卫星信号是否完好，若卫星信号完好，基带处理单元发送一个启动发射命令字到卫星信号发射单元；同时，基带处理单元可以根据需要决定是否进行卫星信号的推算，进而生成相匹配的卫星信号送给卫星信号发射单元。(4)卫星信号发射单元接收到发射命令字后将存储的卫星信号和推算得到的相匹配卫星信号进行上变频和滤波，输出相应的卫星信号发送出去。本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。
权利要求
1.记录式卫星信号模拟方法，其特征在于通过以下步骤实现第一步，卫星信号记录，Al. 1、接收卫星信号；Al. 2、对接收到的卫星信号下变频后进行基带处理，得到卫星的跟踪状态和位置精度因子；Al. 3、判断卫星跟踪状态中信噪比值和位置精度因子，若卫星信号完好则转入步骤 Al. 4，若卫星信号不完好，则结束本次卫星信号接收，转入步骤Al. 1，所述卫星信号完好是指接收到的卫星信号信噪比至少有1颗不低于20dB、其余卫星信号信噪比不低于8dB，位置精度因子Pdop彡3.0;Al. 4、将步骤Al. 1接收到的卫星信号转化为数字信号并存储，完成卫星信号的记录；第二步，卫星信号回放，A2. 1、若需要将第一步记录的卫星信号回放，对记录的卫星信号进行基带处理，得到卫星跟踪状态和位置精度因子；A2. 2、判断卫星跟踪状态和位置精度因子，若卫星信号完好则转入步骤A2. 3，若卫星信号不完好，则结束本次卫星信号回放，所述卫星信号完好是指接收到的卫星信号信噪比至少有1颗不低于20dB、其余卫星信号信噪比不低于8dB，位置精度因子Pdop彡3. O ；A2. 3、将第一步记录的卫星信号上变频为模拟信号后发射出去，完成卫星信号的回放。
2.根据权利要求1所述的记录式卫星信号模拟方法，其特征在于所述步骤Al.1中接收卫星信号的卫星数GPS不低于6颗，GL0NASS不低于1颗。
全文摘要
本发明涉及一种记录式卫星信号模拟方法，将导航技术和记录技术相结合，事先存储卫星信号，并对卫星信号进行监测，确保存储的卫星信号满足要求。卫星接收设备需要测试时，回放记录的卫星信号，并对卫星信号进行监测，确保射频发射的卫星信号满足测试需求。通过上述方式实现的卫星信号模拟器，存储的卫星信号可以不限次数的进行回放。这样，卫星接收设备需要测试时，只要回放存储的卫星信号，即可开展相应的测试工作，确保了测试工作的方便快捷及电磁安全性。
文档编号G01S19/23GK102279401SQ20111008206
公开日2011年12月14日 申请日期2011年4月1日 优先权日2011年4月1日
发明者王晋婧 申请人:北京遥测技术研究所