專利名稱：Gps模擬器與接收機閉環(huán)測試方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及GPS衛(wèi)星導航領(lǐng)域，具體涉及一種GPS模擬器與接收機閉環(huán)測試方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
美國的GPS (全球定位系統(tǒng))是當前衛(wèi)星導航系統(tǒng)的標桿，GPS定位具有全天候、 精度高等特點，在世界上各個國家的軍民用領(lǐng)域都有非常廣泛的應用?，F(xiàn)在的GPS接收機發(fā)展速度很快，無論是體積、功耗、靈敏度、精度等指標比十年前都有了很大提升。除了接收機本身的技術(shù)發(fā)展外，GPS系統(tǒng)建設(shè)上也在不斷更新?lián)Q代。未來的GPS衛(wèi)星將具有更高的時間基準、更高的功率、更優(yōu)化的信號體制，為用戶提供更為優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。在GPS導航系統(tǒng)發(fā)展中，GPS系統(tǒng)建設(shè)和GPS接收機的發(fā)展是相互影響的，尤其是接收機的研制開發(fā)中，需要分別考慮到各種觀測量、各種誤差源的影響，并分別采取對應的措施，以期獲得更高的測量精度。在GPS接收機研發(fā)、測試中，主要測定接收機的測量精度、 信號接收靈敏度，以提高接收機的適用性。還要考慮接收機在彈載等復雜環(huán)境下的定位可用性。為方便地在實驗室靜態(tài)環(huán)境下實現(xiàn)這些測試，根據(jù)相對運動原理，不必把接收機放在導彈、星船等空間設(shè)備上，只需要模擬器模擬出接收機在這些軌跡下所接收到的導航衛(wèi)星信號，在室內(nèi)對靜止接收機測試，接收機的定位結(jié)果就是模擬器所預先設(shè)定的軌跡，可以方便測試接收機在高空、高速運動條件下的定位效果，這樣節(jié)約了接收機的測試成本。根據(jù)這樣的應用需求，GPS模擬器運算發(fā)展起來。GPS衛(wèi)星信號模擬器就是模擬產(chǎn)生GPS衛(wèi)星導航信號，為GPS接收機的研制開發(fā)、 測試提供仿真環(huán)境，它是衛(wèi)星導航系統(tǒng)和接收機(尤其是高動態(tài)接收機)研制的重要測試儀器。GPS信號模擬器所模擬的仿真環(huán)境環(huán)境越逼真，對于GPS接收機的性能測定則越為準確。但一般情況下，接收機對模擬器的信號測量是獨立的，測量時間基準與模擬器無關(guān)。這樣接收機的各種觀測量精度無法精確測量，比如常用的偽距觀測量，一般模擬器難以客觀評價接收機的偽距測量精度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種GPS模擬器與接收機閉環(huán)測試方法及系統(tǒng)，它能夠能把接收機和模擬器統(tǒng)一到一個時間基準上，并且對信號的觀測實現(xiàn)閉環(huán)測試， 從而可更為精確評估接收機的各個環(huán)節(jié)的技術(shù)以及算法的優(yōu)劣，反過來也可以評價模擬器的信號模擬精度，并為導航系統(tǒng)的建設(shè)提供評價機制。為解決上述問題，本發(fā)明是通過以下方案實現(xiàn)的本發(fā)明一種哦GPS模擬器與接收機閉環(huán)測試方法，包括如下步驟①GPS模擬器根據(jù)用戶需求，設(shè)定所模擬的GPS接收機運動軌跡；根據(jù)預設(shè)星歷參數(shù)，編碼為導航電文；根據(jù)用戶設(shè)定仿真時刻的運動軌跡和衛(wèi)星位置信息，預測GPS衛(wèi)星是否可見；
②GPS模擬器在每個同步脈沖時刻，對于每顆可見星，根據(jù)用戶位置和衛(wèi)星位置計算相應仿真時刻的信號載波相位、偽碼相位和信號頻率；③GPS模擬器把可見星分配到相應的信號生成通道；根據(jù)步驟②計算的參數(shù)，設(shè)定每個衛(wèi)星的初始載波相位、碼相位和導航電文相位，再根據(jù)頻率信息生成相應的載波、碼和電文信號，并完成三者的擴頻、調(diào)制，得到中頻GPS模擬信號；④GPS模擬器的射頻模塊將步驟③的中頻GPS模擬信號上變頻到GPS的標準射頻頻率，并輸出給GPS接收機；⑤同時，GPS模擬器將步驟②的同步脈沖信號，以及計算的信號載波相位、偽碼相位信息和衛(wèi)星位置輸出給GPS接收機；⑥GPS接收機在同步脈沖控制下，采集GPS模擬器發(fā)射的射頻信號，進行傳統(tǒng)的信號捕獲跟蹤、偽距測量和星歷解碼，再完成定位解算；⑦同時，GPS接收機接收來自GPS模擬器發(fā)射的信號載波相位、偽碼相位信息和衛(wèi)星位置，直接進行定位解算；⑧GPS接收機將步驟⑥和步驟⑦步所得的兩種定位結(jié)果都反饋給GPS模擬器，通過對比兩種定位結(jié)果即可檢測出GPS接收機的定位解算效果和/或GPS模擬器的信號模擬精度。上述方法中，所述同步脈沖為毫秒級。上述方法中，所述同步脈沖為I毫秒。本發(fā)明一種GPS模擬器與接收機閉環(huán)測試系統(tǒng)，包括GPS模擬器和GPS接收機。所述GPS模擬器主要由信號處理單元、射頻信號輸出單元、同步脈沖信號輸出單元、理想信號輸出單元和結(jié)果比較單元構(gòu)成；其中射頻信號輸出單元、同步脈沖信號輸出單元和理想信號輸出單元分別連接在信號處理單元的輸出端上，結(jié)果比較單元則與信號處理單元的輸入端相連。所述GPS接收機主要由傳統(tǒng)接收單元、傳統(tǒng)定位計算單元和理想定位計算單元構(gòu)成。GPS模擬器的射頻信號輸出單元和同步脈沖信號輸出單元均與GPS接收機的傳統(tǒng)接收單元的輸入端相連，傳統(tǒng)接收單元的輸出端連接傳統(tǒng)定位計算單元的輸入端；GPS模擬器的理想信號輸出單元與GPS接收機的理想定位計算單元的輸入端相連；GPS接收機的傳統(tǒng)定位計算單元和理想定位計算單元的輸出端共同連接至GPS模擬器的結(jié)果比較單元。上述方案中，所述同步脈沖信號輸出單元輸出的同步脈沖為毫秒級。上述方案中，所述同步脈沖信號輸出單元輸出的同步脈沖為I毫秒。 本發(fā)明的構(gòu)思是GPS模擬器和GPS接收機使用同一個時鐘源，保持時間基準的一致；傳統(tǒng)的GPS模擬器使用時僅提供射頻信號給GPS接收機，而本發(fā)明涉及的GPS模擬器與接收機閉環(huán)測試系統(tǒng)中，GPS模擬器不但提供GPS射頻信號，還向GPS接收機輸出射頻信號所對應的同步脈沖，以及對應的各個GPS信號的載波相位信息、偽碼相位信息和衛(wèi)星位置信息。這樣GPS接收機不但可以在同步脈沖控制下處理GPS射頻信息，進行傳統(tǒng)的信號捕獲跟蹤，進行偽距測量和星歷解碼，再完成定位解算；還可以直接利用模擬器提供的相位信息和衛(wèi)星位置進行定位解算。通過這兩種計算過程，可以對比分析GPS接收機的偽距即偽碼相位或載波相位的測量精度、星歷誤差分析、定位解算方法優(yōu)劣或者檢測GPS模擬器的模擬精度。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下特點
I、GPS模擬器在輸出GPS射頻信號的基礎(chǔ)上，多輸出了同步脈沖，載波相位、偽碼相位和衛(wèi)星位置信息；2、和普通的GPS接收機相比，本發(fā)明設(shè)計中的GPS接收機不但可以處理傳統(tǒng)GPS 射頻信號，完成定位計算，還可以接收來自GPS模擬器的載波相位、偽碼相位和衛(wèi)星位置信息直接進行定位計算，獲得理想的定位結(jié)果；3、可以系統(tǒng)分析GPS系統(tǒng)各種誤差源，為接收機設(shè)計和GPS導航系統(tǒng)建設(shè)提供有意義的參考；因而可廣泛應用于GPS導航定位領(lǐng)域，并為中國的北斗導航提供借鑒。


圖I為本發(fā)明一種GPS模擬器與接收機閉環(huán)測試系統(tǒng)。
具體實施例方式參見圖1，本發(fā)明一種GPS模擬器與接收機閉環(huán)測試系統(tǒng)，包括GPS模擬器和GPS 接收機。所述GPS模擬器主要由信號處理單元、射頻信號輸出單元、同步脈沖信號輸出單元、理想信號輸出單元和結(jié)果比較單元構(gòu)成。其中射頻信號輸出單元、同步脈沖信號輸出單元和理想信號輸出單元分別連接在信號處理單元的輸出端上，結(jié)果比較單元則與信號處理單元的輸入端相連。所述GPS接收機主要由傳統(tǒng)接收單元、傳統(tǒng)定位計算單元和理想定位計算單元構(gòu)成。GPS模擬器的射頻信號輸出單元和同步脈沖信號輸出單元均與GPS接收機的傳統(tǒng)接收單元的輸入端相連，傳統(tǒng)接收單元的輸出端連接傳統(tǒng)定位計算單元的輸入端； GPS模擬器的理想信號輸出單元與GPS接收機的理想定位計算單元的輸入端相連；GPS接收機的傳統(tǒng)定位計算單元和理想定位計算單元的輸出端共同連接至GPS模擬器的結(jié)果比較單元。信號處理單元首先根據(jù)用戶需求，設(shè)定所模擬的GPS接收機運動軌跡；根據(jù)預設(shè)星歷參數(shù)，編碼為導航電文；根據(jù)用戶設(shè)定仿真時刻的運動軌跡和衛(wèi)星位置信息，預測GPS 衛(wèi)星是否可見。然后在每個同步脈沖時刻，對于每顆可見星，根據(jù)用戶位置和衛(wèi)星位置計算相應仿真時刻的信號載波相位、偽碼相位和信號頻率。之后把可見星分配到相應的信號生成通道；根據(jù)步驟②計算的參數(shù)，設(shè)定每個衛(wèi)星的初始載波相位、碼相位和導航電文相位， 再根據(jù)頻率信息生成相應的載波、碼和電文信號，并完成三者的擴頻、調(diào)制，得到中頻GPS 模擬信號。射頻信號輸出單元將信號處理單元產(chǎn)生的中頻GPS模擬信號上變頻到GPS的標準射頻頻率，并輸出給GPS接收機。同步脈沖信號輸出單元將信號處理單元中的同步脈沖信號即信號生成的周期即偽碼的周期輸出給GPS接收機。同步脈沖信號輸出單元輸出的同步脈沖為信號生成的周期，即為偽碼的周期時間。在本發(fā)明中，由于信號生成的周期為毫秒級，因此同步脈沖信號輸出單元輸出的同步脈沖也為毫秒級。在本發(fā)明優(yōu)選實施例中，GPS模擬器在每毫秒同步脈沖時刻，均會根據(jù)用戶位置和衛(wèi)星位置計算相應仿真時刻的信號載波相位、偽碼相位和信號頻率，因此同步脈沖信號輸出單元輸出的同步脈沖為I毫秒。理想信號輸出單元將信號處理單元計算出的信號載波相位、偽碼相位信息和衛(wèi)星位置輸出給GPS接收機。
傳統(tǒng)接收單元在同步脈沖控制下，采集GPS模擬器發(fā)射的射頻信號，進行傳統(tǒng)的信號捕獲跟蹤、偽距測量和星歷解碼。傳統(tǒng)定位計算單元根據(jù)傳統(tǒng)接收單元輸出的計算結(jié)果，并進行定位計算。理想定位計算單元直接接收理想信號輸出單元輸出的信號載波相位、偽碼相位信息和衛(wèi)星位置，直接進行定位解算。結(jié)果比較單元將傳統(tǒng)定位計算單元和理想定位計算單元輸出的定位解算結(jié)果進行比對，并將比對結(jié)果送入信號處理單元中進行分析。采用上述系統(tǒng)所實現(xiàn)的GPS模擬器與接收機閉環(huán)測試方法，包括如下步驟①GPS模擬器根據(jù)用戶需求，設(shè)定所模擬的GPS接收機運動軌跡；根據(jù)預設(shè)星歷參數(shù)，編碼為導航電文；根據(jù)用戶設(shè)定仿真時刻的運動軌跡和衛(wèi)星位置信息，預測GPS衛(wèi)星是否可見；②GPS模擬器在每個同步脈沖時刻，對于每顆可見星，根據(jù)用戶位置和衛(wèi)星位置計算相應仿真時刻的信號載波相位、偽碼相位和信號頻率；③GPS模擬器把可見星分配到相應的信號生成通道；根據(jù)步驟②計算的參數(shù)，設(shè)定每個衛(wèi)星的初始載波相位、碼相位和導航電文相位，再根據(jù)頻率信息生成相應的載波、碼和電文信號，并完成三者的擴頻、調(diào)制，得到中頻GPS模擬信號；④GPS模擬器的射頻模塊將步驟③的中頻GPS模擬信號上變頻到GPS的標準射頻頻率，并輸出給GPS接收機；⑤同時，GPS模擬器將步驟②的同步脈沖信號，以及計算的信號載波相位、偽碼相位信息和衛(wèi)星位置輸出給GPS接收機；GPS模擬器輸出的同步脈沖為信號生成的周期，即為偽碼的周期時間。在本發(fā)明中，由于信號生成的周期為毫秒級，因此GPS模擬器輸出的同步脈沖也為毫秒級。在本發(fā)明優(yōu)選實施例中，GPS模擬器在每毫秒同步脈沖時刻，均會根據(jù)用戶位置和衛(wèi)星位置計算相應仿真時刻的信號載波相位、偽碼相位和信號頻率，因此GPS模擬器輸出的同步脈沖為I毫秒。⑥GPS接收機在同步脈沖控制下，采集GPS模擬器發(fā)射的射頻信號，進行傳統(tǒng)的信號捕獲跟蹤、偽距測量和星歷解碼，再完成定位解算；⑦同時，GPS接收機接收來自GPS模擬器發(fā)射的信號載波相位、偽碼相位信息和衛(wèi)星位置，直接進行定位解算；⑧GPS接收機將步驟⑥和步驟⑦步所得的兩種定位結(jié)果都反饋給GPS模擬器，通過對比兩種定位結(jié)果即可檢測出GPS接收機的定位解算效果和/或GPS模擬器的信號模擬精度。步驟⑦的定位結(jié)果是GPS模擬器輸出的理想信息，該理想定位結(jié)果和模擬器所模擬的用戶位置完全一致。因此，在保證GPS模擬器的信號模擬精度的前提下，當按照步驟⑥ 所獲得的實際定位結(jié)果與步驟⑦所獲得的理想定位結(jié)果越接近時，GPS接收機的定位接收效果越佳，即GPS接收機的偽距即偽碼相位或載波相位的測量精度越高、星歷誤差越小、定位解算方法越優(yōu)秀；反之，則GPS接收機的定位接收效果越差。另外，在保證GPS接收機的定位解算效果的前提下，當按照步驟⑥所獲得的實際定位結(jié)果與步驟⑦所獲得的理想定位結(jié)果越接近時，GPS模擬器的信號模擬精度越高；反之，GPS模擬器的信號模擬精度越低。
權(quán)利要求
1.GPS模擬器與接收機閉環(huán)測試方法，其特征是包括如下步驟①GPS模擬器根據(jù)用戶需求，設(shè)定所模擬的GPS接收機運動軌跡；根據(jù)預設(shè)星歷參數(shù)， 編碼為導航電文；根據(jù)用戶設(shè)定仿真時刻的運動軌跡和衛(wèi)星位置信息，預測GPS衛(wèi)星是否可見；②GPS模擬器在每個同步脈沖時刻，對于每顆可見星，根據(jù)用戶位置和衛(wèi)星位置計算相應仿真時刻的信號載波相位、偽碼相位和信號頻率；③GPS模擬器把可見星分配到相應的信號生成通道；根據(jù)步驟②計算的參數(shù)，設(shè)定每個衛(wèi)星的初始載波相位、碼相位和導航電文相位，再根據(jù)頻率信息生成相應的載波、碼和電文信號，并完成三者的擴頻、調(diào)制，得到中頻GPS模擬信號；④GPS模擬器的射頻模塊將步驟③的中頻GPS模擬信號上變頻到GPS的標準射頻頻率，并輸出給GPS接收機；⑤同時，GPS模擬器將步驟②的同步脈沖信號，以及計算的信號載波相位、偽碼相位信息和衛(wèi)星位置輸出給GPS接收機；⑥GPS接收機在同步脈沖控制下，采集GPS模擬器發(fā)射的射頻信號，進行傳統(tǒng)的信號捕獲跟蹤、偽距測量和星歷解碼，再完成定位解算；⑦同時，GPS接收機接收來自GPS模擬器發(fā)射的信號載波相位、偽碼相位信息和衛(wèi)星位置，直接進行定位解算；⑧GPS接收機將步驟⑥和步驟⑦步所得的兩種定位結(jié)果都反饋給GPS模擬器，通過對比兩種定位結(jié)果即可檢測出GPS接收機的定位解算效果和/或GPS模擬器的信號模擬精度。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的GPS模擬器與接收機閉環(huán)測試方法，其特征是所述同步脈沖為毫秒級。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的GPS模擬器與接收機閉環(huán)測試方法，其特征是所述同步脈沖為I毫秒。
4.GPS模擬器與接收機閉環(huán)測試系統(tǒng)，包括GPS模擬器和GPS接收機，其特征在于所述GPS模擬器主要由信號處理單元、射頻信號輸出單元、同步脈沖信號輸出單元、理想信號輸出單元和結(jié)果比較單元構(gòu)成；其中射頻信號輸出單元、同步脈沖信號輸出單元和理想信號輸出單元分別連接在信號處理單元的輸出端上，結(jié)果比較單元則與信號處理單元的輸入端相連；所述GPS接收機主要由傳統(tǒng)接收單元、傳統(tǒng)定位計算單元和理想定位計算單元構(gòu)成；GPS模擬器的射頻信號輸出單元和同步脈沖信號輸出單元均與GPS接收機的傳統(tǒng)接收單元的輸入端相連，傳統(tǒng)接收單元的輸出端連接傳統(tǒng)定位計算單元的輸入端；GPS模擬器的理想信號輸出單元與GPS接收機的理想定位計算單元的輸入端相連；GPS接收機的傳統(tǒng)定位計算單元和理想定位計算單元的輸出端共同連接至GPS模擬器的結(jié)果比較單元。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的GPS模擬器與接收機閉環(huán)測試系統(tǒng)，其特征是所述同步脈沖信號輸出單兀輸出的同步脈沖為暈秒級。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的GPS模擬器與接收機閉環(huán)測試系統(tǒng)，其特征是所述同步脈沖信號輸出單兀輸出的同步脈沖為I暈秒。
全文摘要
本發(fā)明公開一種GPS模擬器與接收機閉環(huán)測試方法及系統(tǒng)，GPS模擬器不但提供GPS射頻信號，還向GPS接收機輸出射頻信號所對應的同步脈沖，以及對應的各個GPS信號的載波相位信息、偽碼相位信息和衛(wèi)星位置信息。這樣GPS接收機不但可以在同步脈沖控制下處理GPS射頻信息，進行傳統(tǒng)的信號捕獲跟蹤，進行偽距測量和星歷解碼，再完成定位解算；還可以直接利用模擬器提供的相位信息和衛(wèi)星位置進行定位解算。通過這兩種計算過程，可以對比分析GPS接收機的偽距即偽碼相位或載波相位的測量精度、星歷誤差分析、定位解算方法優(yōu)劣或者檢測GPS模擬器的模擬精度。
文檔編號G01S19/23GK102608624SQ20121006595
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月14日
發(fā)明者嚴素清, 吳孫勇, 孫希延, 張瑞霞, 王守華, 符強, 紀元法, 鄧洪高 申請人:桂林電子科技大學