一種qpsk擴(kuò)頻衛(wèi)星動(dòng)態(tài)信號(hào)模擬方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種QPSK擴(kuò)頻衛(wèi)星動(dòng)態(tài)信號(hào)模擬方法，它與航天測(cè)控、擴(kuò)頻信號(hào)處理 研究方向相關(guān)，屬于與航空航天相關(guān)的擴(kuò)頻通信技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)隨著衛(wèi)星應(yīng)用需求的日益發(fā)展，編隊(duì)飛行實(shí)現(xiàn)空間虛擬探測(cè)逐漸成為航天 技術(shù)及應(yīng)用中最活躍、最具潛力的前沿技術(shù)；星座自主導(dǎo)航，通過(guò)本身的測(cè)量獲得信息，利 用自主導(dǎo)航算法實(shí)現(xiàn)星座的自主運(yùn)行也是航空航天領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題。其中，星間鏈路 測(cè)量就是衛(wèi)星編隊(duì)與衛(wèi)星星座系統(tǒng)研究中亟需解決的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。
[0003] 星載接收機(jī)飛行的速度和加速度都很大，甚至在某些情況下出現(xiàn)加加速度，接收 機(jī)必須在這種高動(dòng)態(tài)的環(huán)境下完成導(dǎo)航信號(hào)的捕獲和跟蹤。在普通的試驗(yàn)場(chǎng)，根本無(wú)法進(jìn) 行高動(dòng)態(tài)接收機(jī)的測(cè)試，即使具備測(cè)試條件，也要?jiǎng)佑么罅咳肆拓?cái)力。為了測(cè)試接收機(jī)在 這些高動(dòng)態(tài)環(huán)境下的性能，又要滿足QPSK擴(kuò)頻體制的需求，使用真實(shí)的測(cè)試場(chǎng)景進(jìn)行測(cè)量 是很難辦到的，必須尋求一種QPSK擴(kuò)頻衛(wèi)星動(dòng)態(tài)信號(hào)模擬方法來(lái)模擬復(fù)雜的高動(dòng)態(tài)環(huán)境 下星載接收機(jī)接收到的衛(wèi)星信號(hào)，于是研究一種QPSK擴(kuò)頻衛(wèi)星動(dòng)態(tài)信號(hào)模擬方法勢(shì)在必 行。
[0004] QPSK擴(kuò)頻衛(wèi)星動(dòng)態(tài)信號(hào)模擬方案可以根據(jù)星間載體的動(dòng)態(tài)環(huán)境，調(diào)整QPSK發(fā)射 機(jī)的偽隨機(jī)碼和載波，精確模擬星間載體收到的衛(wèi)星信號(hào)，載體上安裝的接收機(jī)根據(jù)這些 信號(hào)，完成捕獲和跟蹤，并可精確測(cè)定目標(biāo)的位置，通過(guò)與理論值的比較，可以對(duì)接收機(jī)的 捕獲、跟蹤和測(cè)量精度進(jìn)行鑒定。導(dǎo)航信號(hào)動(dòng)態(tài)模擬方案的研究在國(guó)外已屬成熟技術(shù)，國(guó)外 較早開(kāi)展了高動(dòng)態(tài)GPS衛(wèi)星信號(hào)模擬器技術(shù)研究，但適用于星間鏈路QPSK擴(kuò)頻體制下的衛(wèi) 星動(dòng)態(tài)模擬方案仍無(wú)相關(guān)資料可供參考。由于衛(wèi)星動(dòng)態(tài)信號(hào)模擬方案的研制涉及到對(duì)整個(gè) 系統(tǒng)較全面的了解，所以其開(kāi)發(fā)難度是很大的。但是，衛(wèi)星動(dòng)態(tài)信號(hào)的研制對(duì)于開(kāi)發(fā)我國(guó)自 己的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)又有著非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 1、發(fā)明目的：
[0006] 本發(fā)明提供了一種QPSK擴(kuò)頻的衛(wèi)星動(dòng)態(tài)信號(hào)模擬方法，其目的是提供一種能夠 精確模擬衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)信號(hào)模擬方案，使星間載體接收機(jī)通過(guò)對(duì)該方案所產(chǎn)生信號(hào)的測(cè) 定，完成捕獲、跟蹤和測(cè)距性能的鑒定，該設(shè)計(jì)能夠應(yīng)用于諸如航天測(cè)控的各種測(cè)試場(chǎng)景。
[0007] 2、技術(shù)方案：
[0008]該項(xiàng)設(shè)計(jì)由主控計(jì)算機(jī)、DSP與FPGA三部分共同完成，其總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所 示。該方法將外部輸入的動(dòng)態(tài)信號(hào)初值轉(zhuǎn)換成載波與偽碼多普勒，將電文數(shù)據(jù)與偽碼和載 波調(diào)制后，經(jīng)過(guò)DA轉(zhuǎn)換器，輸出最終的擴(kuò)頻信號(hào)，并將發(fā)射動(dòng)態(tài)值反饋回校準(zhǔn)模塊，完成動(dòng) 態(tài)的反饋調(diào)節(jié)，提高動(dòng)態(tài)模擬的準(zhǔn)確度。
[0009] 本發(fā)明一種QPSK擴(kuò)頻衛(wèi)星動(dòng)態(tài)信號(hào)模擬方法，該方法包含如下步驟：
[0010] 步驟一：根據(jù)外部輸入的動(dòng)態(tài)信號(hào)初值生成整秒時(shí)刻的動(dòng)態(tài)信號(hào)；
[0011] 主控計(jì)算機(jī)提供與外界交互平臺(tái)，用戶可以設(shè)定動(dòng)態(tài)延時(shí)初值S0,多普勒dop，多 普勒一階變化率dopv與多普勒二階變化率dopvv。軟件將輸入的動(dòng)態(tài)值按照如下公式轉(zhuǎn)換 為衛(wèi)星的初始速度v0,初始加速度a0,以及初始加加速度j0。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種QPSK擴(kuò)頻衛(wèi)星動(dòng)態(tài)信號(hào)模擬方法，其特征在于：該方法包含如下步驟： 步驟一：根據(jù)外部輸入的動(dòng)態(tài)信號(hào)初值生成整秒時(shí)刻的動(dòng)態(tài)信號(hào)； 主控計(jì)算機(jī)提供與外界交互平臺(tái)，用戶設(shè)定動(dòng)態(tài)延時(shí)初值S0,多普勒dop，多普勒一階 變化率dopv與多普勒二階變化率dopvv;軟件將輸入的動(dòng)態(tài)值按照如下公式轉(zhuǎn)換為衛(wèi)星的 初始速度vO,初始加速度aO,以及初始加加速度jO;
其中f為載波頻率，c為光速； 按照運(yùn)動(dòng)學(xué)公式計(jì)算出衛(wèi)星在整秒時(shí)刻的距離值S，速度V，加速度a以及加加速度j;
a=aO+jO氺t j=j〇 其中，t取整秒時(shí)刻； 軟件將整秒時(shí)刻的距離值，速度，加速度，加加速度與電文數(shù)據(jù)提前Is下發(fā)到DSP中以 供后續(xù)處理； 步驟二：將整秒時(shí)刻的動(dòng)態(tài)信號(hào)轉(zhuǎn)換為動(dòng)態(tài)頻率控制字； 為了達(dá)到要模擬的動(dòng)態(tài)時(shí)延精度，DSP需要將距離時(shí)延轉(zhuǎn)換成整數(shù)偽碼碼片與64位小 數(shù)偽碼碼片，將距離值除以偽碼速率后并向下取整，得到要模擬的整數(shù)偽碼個(gè)數(shù)，再將余下 的距離值量化成64位的小數(shù)偽碼碼片，完成初始距離的模擬； 較大的多普勒變化率會(huì)導(dǎo)致跟蹤環(huán)路失鎖，從而無(wú)法正常跟蹤衛(wèi)星信號(hào)，因此，在模擬 多普勒變化的過(guò)程中要模擬出連續(xù)漸進(jìn)變化的效果，這就要求DSP要計(jì)算出間隔0.lms的 多普勒變化率；計(jì)算迭代公式如下式所示：
a(n) =a0+j0*t v0 =v(10) aO=a(10) 其中n= 1，2,3,…⑴，t為內(nèi)插時(shí)間間隔； 由多普勒計(jì)算公式得到載波多普勒：
由載波頻率與偽碼頻率的關(guān)系得到偽碼的多普勒變化值
其中，為偽碼頻率，f為載波頻率； 最終得到載波與偽碼的頻率控制字為 "R "R +"P 1 carr 1 carrbase ^ carrdop "R "R +"P 1 code 1 codebase ^ codedop 其中，為載波基準(zhǔn)頻率控制字，F(xiàn)為偽碼基準(zhǔn)頻率控制字； 步驟三：生成QPSK擴(kuò)頻信號(hào) DSP將計(jì)算得到的頻率控制字下發(fā)到FPGA，以生成載波與偽碼，并將電文數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在FIFO中，載波與偽碼NC0均采用64位累加器，偽碼NC0在整秒時(shí)刻置入延時(shí)初值，按照動(dòng) 態(tài)頻率控制字進(jìn)行累加；在模擬動(dòng)態(tài)時(shí)延的過(guò)程中，每當(dāng)64位NC0累加溢出后，整數(shù)碼片計(jì) 數(shù)加1，但不產(chǎn)生碼時(shí)鐘，當(dāng)滿足動(dòng)態(tài)時(shí)延后，NC0累加溢出產(chǎn)生偽碼時(shí)鐘，從而驅(qū)動(dòng)生成偽 碼；正弦與余弦信號(hào)采用查找表的形式生成，載波頻率控制字在每一個(gè)時(shí)鐘的控制下進(jìn)行 累加，查找正余弦表生成正余弦信號(hào)； 最后，將電文數(shù)據(jù)與偽碼相乘再與正余弦載波相乘，之后按照不同的調(diào)制功率系數(shù)A1、A2相加即完成擴(kuò)頻信號(hào)的調(diào)制； 步驟四：發(fā)射動(dòng)態(tài)值的反饋調(diào)節(jié) 系統(tǒng)在長(zhǎng)時(shí)間測(cè)試時(shí)，由于量化誤差的存在，會(huì)導(dǎo)致模擬的動(dòng)態(tài)值與理論值出現(xiàn)累積 誤差，為保證測(cè)距精度，需要對(duì)發(fā)射的動(dòng)態(tài)值進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)，該方法采用定時(shí)讀取發(fā)射端的 偽碼整數(shù)與小數(shù)碼片計(jì)數(shù)，將其轉(zhuǎn)換成距離值并與理論值進(jìn)行比對(duì)，以發(fā)射信號(hào)后第Is的 發(fā)射值為基準(zhǔn)，將其與理論值作差得到固定差值，以后每次讀取的發(fā)射值與理論值的差都 與該固定差值進(jìn)行比對(duì)，并將此差值轉(zhuǎn)換成多普勒頻率添加到下一次多普勒頻率計(jì)算中。
【專利摘要】一種QPSK擴(kuò)頻衛(wèi)星動(dòng)態(tài)信號(hào)模擬方法，該方法有四大步驟：步驟一：根據(jù)外部輸入的動(dòng)態(tài)信號(hào)初值生成整秒時(shí)刻的動(dòng)態(tài)信號(hào)；步驟二：將整秒時(shí)刻的動(dòng)態(tài)信號(hào)轉(zhuǎn)換為動(dòng)態(tài)頻率控制字；步驟三：生成QPSK擴(kuò)頻信號(hào)；步驟四：發(fā)射動(dòng)態(tài)值的反饋調(diào)節(jié)。該方法將外部輸入的動(dòng)態(tài)信號(hào)初值轉(zhuǎn)換成載波與偽碼多普勒，將電文數(shù)據(jù)與偽碼和載波調(diào)制后，經(jīng)過(guò)DA轉(zhuǎn)換器，輸出最終的擴(kuò)頻信號(hào)，并將發(fā)射動(dòng)態(tài)值反饋回校準(zhǔn)模塊，完成動(dòng)態(tài)的反饋調(diào)節(jié)，提高動(dòng)態(tài)模擬的準(zhǔn)確度。
【IPC分類】G01S19-23
【公開(kāi)號(hào)】CN104614737
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510062093
【發(fā)明人】常青, 楊偉才, 徐勇, 黃濤, 吳陽(yáng)璞, 趙小魴
【申請(qǐng)人】北京航空航天大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年5月13日
【申請(qǐng)日】2015年2月5日