GNSS卫星信号模拟器的制作方法

gnss卫星信号模拟器
技术领域
1.本发明主要关于卫星信号模拟技术领域，特别是关于一种gnss卫星信号模拟器。


背景技术：

2.gnss的全称是全球导航卫星系统（global navigation satellite system），它是泛指所有的卫星导航系统，包括全球的、区域的和增强的，如美国的gps、俄罗斯的glonass、欧洲的galileo、中国的北斗卫星导航系统，以及相关的增强系统，如美国的waas（广域增强系统）、欧洲的egnos（欧洲静地导航重叠系统）和日本的msas（多功能运输卫星增强系统）等，还涵盖在建和以后要建设的其他卫星导航系统。gnss可利用一组卫星的伪距、星历、卫星发射时间等观测量，在地球表面或近地空间的任何地点为用户提供全天候的三维坐标、定位、速度以及时间等信息。gnss目前已基本取代了地基无线电导航、传统大地测量和天文测量导航定位技术，并推动了大地测量与导航定位领域的全新发展。
3.着眼于gnss的战略地位以及迅猛发展，各个国家和地区均对其兼容性和互操作性展开了一系列研究工作，现阶段对gnss进行接收机研究、卫星导航教学以及相关卫星导航技术的开发研究工作均需通过卫星信号模拟器展开，卫星信号模拟器可不受时空限制的、在卫星导航系统尚未组网完成时为相关导航系统、计算系统、接发系统、测试系统等提供仿真环境。
4.现阶段卫星信号模拟器的实现形式主要有软件形式和软硬件结合的形式，其中软件形式下所有与导航相关的信息均有计算机处理得到，其对各种信息、信号、模型等的模拟均由计算机软件完成，经过运算后存储在存储介质中，载体读取存储数据后进行仿真研究；其优点是费用低廉、可移植性高、可扩展性高，然而其受限于计算机硬件，实时性较差，与时间关联性高的算法难以得到验证，长时长测试精确度不高。软硬件结合的形式由计算机软件负责信息、信号的运算，依据运算数据控制硬件进行模拟，算法支持度高，模拟仿真度好；然而该种模拟器结构较为复杂，成本高昂，可扩展性低。


技术实现要素：

5.旨在为解决包括前述背景技术中提及的至少一种技术问题，提供一种gnss卫星信号模拟器，一种gnss卫星信号模拟器，包括：第一接收模组，作用为获取仿真时间，并接收载体的当前坐标和运动模型；第二接收模组，作用为获取一颗或以上的gnss卫星的星历信息；第三接收模组，作用为接收gnss信号的矫正信息；处理模组，作用为根据所述仿真时间、载体的当前坐标和运动模型、gnss卫星的星历信息、矫正信息以及预设的截止仰角确定仿真过程的可见卫星，并计算卫星的信号传输时间；输出模组，作用为根据所述星历信息得到导航电文，并将所述导航电文和信号传
输时间作为准实时信号输出。
6.进一步的，所述载体具体是模拟仿真得到的卫星信号接收装置，包括被定位的对象和/或接受导航服务的对象。
7.进一步的，所述第二接收模组可依据星历信息得到相应卫星的运行轨迹。
8.进一步的，所述矫正信息包括本地矫正信息及全局矫正信息。
9.进一步的，所述本地矫正信息包括以下至少一项：1)单个参考站接收器的原始数据；2)针对待确定位置附近的位置生成的合成或半合成原始数据；3)来自参考站网络的原始数据。
10.进一步的，所述全局矫正信息包括卫星时钟矫正、卫星轨道矫正中的至少一项。
11.进一步的，所述本地矫正信息是第三接收模组本地源接收得到。
12.进一步的，所述本地源是参考站和参考站网络中的任何一个。
13.进一步的，所述输出模组的作用还包括利用扩频码和载波中频对导航电文进行调制，并将调制结果作为中频信号输出。
14.进一步的，所述gnss卫星模拟器使用gnss信号的载波相位测量。
15.进一步的，所述gnss卫星模拟器还包括载体位置获取模组，作用为在所述处理模组根据仿真时间、载体的当前坐标和运动模型、gnss卫星运输信息、矫正信息以及预设的截止仰角确定仿真过程的可见卫星之前根据载体的运动模型和相应的仿真时间计算得到载体在任意时刻下的坐标和速度，即是得到任意时刻下载体的载体位置。
16.进一步的，所述处理模组通过下述步骤计算卫星的信号传输时间：1)将卫星的坐标和载体的坐标统一到同一坐标系下；2)计算卫星和载体之间的距离，除以光速得到卫星的信号传输时间。
17.进一步的，所述处理模组还对卫星的信号传输时间进行矫正，具体是根据卫星信号传输受地球自转、对流层延迟、多路径延迟及电离层延迟的影响对卫星的信号传输时间进行矫正。
18.本发明提供的技术方案的有益效果包括：gnss卫星信号模拟器输出包括中频信号和准实时信号，其中中频信号可用于对实时性要求不高的跟踪、捕获、校验进行验证，而将准实时信号用于对实时性要求较高的算法进行验证，软硬件结合的基础上完成对模拟器各种仿真和算法的验证，仿真成本低廉；此外，在确定仿真过程的可见卫星及计算卫星的信号传输时间时考虑了本地矫正信息及全局矫正信息，利于提高长时长仿真的精确度，模拟仿真度好。
19.本发明为实现上述目的而采用了上述技术方案，弥补了现有技术的不足，设计合理，操作方便。
附图说明
20.为让本发明的上述和/或其他目的、特征、优点与实例能更明显易懂，所附附图的说明如下：图1是基于所述gnss卫星信号模拟器的导航仿真方法流程图；图2是确定仿真过程的可见卫星及矫正后的信号传输时间的流程图；
图3是本发明实施例3与现有技术信号时域对比图。
具体实施方式
21.本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当替换和/或改动工艺参数实现，然而特别需要指出的是，所有类似的替换和/或改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明所述产品和制备方法已经通过较佳实例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的产品和制备方法进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。
22.除非另有定义，本文所使用的技术和科学术语，具有本发明所属领域的普通技术人员通常所理解的相同的含义。本发明使用本文中所描述的方法和材料；但本领域中已知的其他合适的方法和材料也可以被使用。本文中所描述的材料、方法和实例仅是说明性的，并不是用来作为限制。所有出版物、专利申请案、专利案、临时申请案、数据库条目及本文中提及的其它参考文献等，其整体被并入本文中作为参考。若有冲突，以本说明书包括定义为准。
23.以下详细描述本发明。
24.实施例1：一种gnss卫星信号模拟器，包括：第一接收模组，作用为获取仿真时间，并接收载体的当前坐标和运动模型；第二接收模组，作用为获取一颗或以上的gnss卫星的星历信息，依据星历信息得到相应卫星的运行轨迹；第三接收模组，作用为从本地源(参考站和参考站网络中的任何一个)接收gnss信号的矫正信息，所述矫正信息包括本地矫正信息，具体是单个参考站接收器的原始数据、针对待确定位置附近的位置生成的合成或半合成原始数据及来自参考站网络的原始数据中的至少一项；和全局矫正信息，具体是卫星时钟矫正、卫星轨道矫正中的至少一项；处理模组，作用为根据所述仿真时间、载体的当前坐标和运动模型、gnss卫星运输信息、矫正信息以及预设的截止仰角确定仿真过程的可见卫星，将卫星的坐标和载体的坐标统一到同一坐标系下，计算卫星和载体之间的距离，除以光速得到卫星的信号传输时间；然后根据卫星信号传输受地球自转、对流层延迟、多路径延迟及电离层延迟的影响对卫星的信号传输时间进行矫正；输出模组，作用为1)根据所述星历信息得到导航电文，并将所述导航电文和信号传输时间作为准实时信号输出；2)利用扩频码和载波中频对导航电文进行调制，并将调制结果作为中频信号输出；载体位置获取模组，作用为在所述处理模组根据仿真时间、载体的当前坐标和运动模型、gnss卫星运输信息、矫正信息以及预设的截止仰角确定仿真过程的可见卫星之前根据载体的运动模型和相应的仿真时间计算得到载体在任意时刻下的坐标和速度，即是得到任意时刻下载体的载体位置。
25.将gnss卫星信号模拟器输出包括中频信号和准实时信号，其中中频信号可用于对实时性要求不高的跟踪、捕获、校验进行验证，而将准实时信号用于对实时性要求较高的算法进行验证，软硬件结合的基础上完成对模拟器各种仿真和算法的验证，仿真成本低廉；此外，在确定仿真过程的可见卫星及计算卫星的信号传输时间时考虑了本地矫正信息及全局矫正信息，利于提高长时长仿真的精确度，模拟仿真度好。
26.实施例2：在前述实施例的基础上，提供基于所述gnss卫星信号模拟器的导航仿真方法，其流程如图1所示，具体包括下述步骤：s100、获取仿真时间，并接收载体的当前坐标和运动模型；s200、获取一颗或以上的gnss卫星的星历信息；s300、接收gnss信号的矫正信息；s400、根据仿真时间、载体的当前坐标和运动模型、gnss卫星的星历信息、矫正信息以及预设的截止仰角确定仿真过程的可见卫星，计算卫星的信号传输时间并对其进行矫正；s500、根据所述星历信息得到导航电文，并将所述导航电文和信号传输时间作为准实时信号输出；s600、利用扩频码和载波中频对导航电文进行调制，并将调制结果作为中频信号输出。
27.实施例3：在前述实施例的基础上，对导航仿真方法进行改进，具体包括下述步骤。
28.步骤s100，获取仿真时间，并接收载体的当前坐标和运动模型，所述载体具体是模拟仿真得到的卫星信号接收装置，包括被定位的对象和/或接受导航服务的对象，当前坐标和运动模型包括了载体的速度和坐标。
29.步骤s200，获取一颗或以上的gnss卫星的星历信息，依据星历信息得到相应卫星的运行轨迹，所述星历信息既可以通过下载获得，又可以按照已公布的icd文件建模得到。
30.步骤s300，接收gnss信号的矫正信息，所述矫正信息包括本地矫正信息及全局矫正信息，其中本地矫正信息从本地源接收得到，本地源是参考站和参考站网络中的任何一个，本地矫正信息包括以下至少一项：1)单个参考站接收器的原始数据；2)针对待确定位置附近的位置生成的合成或半合成原始数据；3)来自参考站网络的原始数据；全局矫正信息包括卫星时钟矫正、卫星轨道矫正中的至少一项。
31.s400、如图2所示，根据所述仿真时间、载体的当前坐标和运动模型、gnss卫星的星历信息、矫正信息以及预设的截止仰角确定仿真过程的可见卫星，将卫星的坐标和载体的坐标统一到同一坐标系下，计算卫星和载体之间的距离，除以光速得到卫星的信号传输时间，根据卫星信号传输受地球自转、对流层延迟、多路径延迟及电离层延迟的影响对卫星的信号传输时间进行矫正得到矫正后的信号传输时间。
32.s500、根据所述星历信息得到导航电文，并将所述导航电文和信号传输时间作为准实时信号输出；将准实时信号用于对实时性要求较高的算法进行验证。
33.s600、利用扩频码和载波中频对导航电文进行调制，并将调制结果作为中频信号
输出，中频信号可用于对实时性要求不高的跟踪、捕获、校验进行验证。
34.上述实施例中的常规技术为本领域技术人员所知晓的现有技术，故在此不再详细赘述。图3是本发明实施例与现有技术信号时域对比图，显然，本实施例的基带信号质量好。
35.本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
36.尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。
37.虽然上述具体实施方式已经显示、描述并指出应用于各种实施方案的新颖特征，但应理解，在不脱离本公开内容的精神的前提下，可对所说明的装置或方法的形式和细节进行各种省略、替换和改变。另外，上述各种特征和方法可彼此独立地使用，或可以各种方式组合。所有可能的组合和子组合均旨在落在本公开内容的范围内。上述许多实施方案包括类似的组分，并且因此，这些类似的组分在不同的实施方案中可互换。虽然已经在某些实施方案和实施例的上下文中公开了本发明，但本领域技术人员应理解，本发明可超出具体公开的实施方案延伸至其它的替代实施方案和/或应用以及其明显的修改和等同物。因此，本发明不旨在受本文优选实施方案的具体公开内容限制。
38.本发明未尽事宜均为公知技术。