CN102970126A - 一种简易的静态授时卫星信号模拟方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于授时型接收机的简易测试方法及装置。一种简易的静态授时卫星信号模拟方法，通过下述步骤，实现静态授时卫星信号的模拟：1）通过电文生成单元，根据用户设定的电文参数值生成电文数据，进行电文数据组帧：2）电文调制单元将电文数据调制成中频信号；3）通过信号发射单元将中频信号变频至一定的射频信号输出。所述静态授时卫星信号模拟装置包括定时信号单元、电文生成单元、电文调制单元和信号发射单元；定时信号单元分别与电文生成单元、电文调制单元和信号发射单元相连。本发明主要用于授时型接收机测试使用，具有以下优点：1）与用户信息交互灵活；2）算法简单，易于维护；3）硬件技术成熟，一旦硬件定型，主要是软件方面的维护，软硬件成本低。

Description

一种简易的静态授时卫星信号模拟方法及装置

技术领域

本发明涉及一种用于授时型接收机的简易测试方法及装置，特别是涉及一种简易的静态授时卫星信号模拟方法及装置。

背景技术

如今卫星授时服务尤其是北斗卫星授时已在我国的工业、国防、通信等领域得到了广泛和重要的应用。由此卫星信号接收技术有了很好的应用价值，但如何对授时型接收机进行快速的功能测试是很多用户面临的主要问题，而卫星信号的模拟装置是解决这一问题的有效途径。

目前卫星导航信号的模拟和仿真研究，大部分都集中在高动态多模式的卫星信号模拟上，尽可能的模拟接收机接收到真实信号，然而这种模拟器多数都是设定好的运动场景，用户无法对原始电文数据进行修改，并且其算法复杂，研发成本较高，开发周期长。

发明内容

本发明针对现有技术不足，提出一种算法简单，研发成本低，开发较快，简单灵活易用的适合静态授时型接收机功能测试的卫星信号模拟方法与装置。

本发明所采用的技术方案：

一种简易的静态授时卫星信号模拟方法，采用包括定时信号单元、电文生成单元、电文调制单元和信号发射单元在内的静态授时卫星信号模拟装置，通过下述步骤，实现静态授时卫星信号的模拟： 

1）通过电文生成单元，根据用户设定的电文参数值生成电文数据，进行电文数据组帧：电文数据组帧完成后，电文生成单元在定时信号单元产生的定时信号激励下将组帧数据发送至电文调制单元；

2）电文调制单元将电文数据调制成中频信号；

3）通过信号发射单元将中频信号变频至一定的射频信号输出。

所述的简易的静态授时卫星信号模拟方法，电文生成的步骤为：

1）用户通过图形化界面设置电文生成起始时间、电文终止时间、闰秒情况、周内秒的方式或通过文件读取方式获取电文数据；

2）将获取的电文数据按照帧格式组帧生成电文并存储电文；

3）串口侦听外部定时信号；

4）有定时信号时将生成的电文通过串口发送至电文调制单元。

所述的简易的静态授时卫星信号模拟方法，将电文数据调制成中频信号的步骤为：

1）接收并存储整帧电文数据；

2）在定时信号激励下将电文数据逐位进行扩频调制；

3）对扩频之后的数据进行数字载波调制；

4）对每一通道的数字调制信号进行多通道的信号合成；

5）数模转换生成模拟中频信号。

所述的简易的静态授时卫星信号模拟方法，定时信号生成的步骤为：

1）用高稳钟作为锁相环电路的时钟源；

2）锁相环电路倍频成一百兆赫兹的时钟信号；

3）计数器电路分频并同步化产生低频率的定时控制信号。

一种简易的静态授时卫星信号模拟装置，包括定时信号单元、电文生成单元、电文调制单元和信号发射单元；定时信号单元分别与电文生成单元、电文调制单元和信号发射单元相连；定时信号单元由锁相环电路、直接数据频率合成电路和计数器组成，锁相环电路、直接数据频率合成电路、计数器依次相连；

电文生成单元由PC编程实现，通过PC串口与电文调制单元连接；

电文调制单元包括电文存储电路、扩频调制电路、载波调制电路、多通道中频合成电路、数模转换电路；电文存储电路、扩频调制电路、载波调制电路、多通道中频合成电路、数模转换电路依次相连；

信号发射单元由矢量信号发生器组成，采用矢量信号发生器将中频信号转换成射频信号输出。

本发明的有益效果：

1、本发明简易的静态授时卫星信号模拟方法，在不考虑卫星运动状态、空间环境、地面用户接收机运动状态的条件下简单模拟卫星射频信号。卫星信号电文数据的生成完全对用户开放，亦可通过软件定制特定功能，用户通过软件设置电文数据方法可对授时型接收机进行定时信号抖动性测试、误码率测试、灵敏度测试和闰秒测试，对静态授时型接收机的这些功能进行更快速的测试。由于信号发射单元使用通用的矢量信号发生器完成，通过对仪器进行一系列的设置即可输出一定强度的射频信号，因此输出信号的强度灵活可控。

2、本发明简易的静态授时卫星信号模拟方法及装置，由定时信号单元、电文生成单元、电文调制单元和信号发射单元组成，由于使用自主开发的软件设定电文数据形成电文数据的方法，而且电文完全对用户开放，电文数据的设置非常灵活，算法比较简单，容易维护。电文生成单元，根据需要通过自主研发的软件设定任意时间点、任意比特位的电文，软件将用户设置的电文各参数按照电文帧格式生成二进制电文数据，该单元最大的优点在于灵活性较强，用户可以根据需要对电文进行修改。

3、本发明简易的静态授时卫星信号模拟方法及装置，按照不同的导航卫星***调制方式，并借助矢量信号发生器生成卫星射频信号。另外还可以根据不同的卫星导航***非常灵活便捷的进行转换。对北斗、GPS、伽利略、Glonass等导航定位***均适用。用于授时型接收机测试使用，具有以下优点：1）与用户信息交互极其灵活，电文设置完全对用户开放；2）算法简单，在不考虑卫星运动状态、空间环境、地面用户接收机运动状态等因素对卫星信号影响下生成卫星信号；3）易于维护，硬件技术成熟，一旦硬件定型，主要是软件方面的维护，而软件算法较为简单；4）软硬件成本低。

附图说明

图1：本发明的整体结构框图；

图2：本发明中定时信号单元结构框图；

图3：本发明中的电文生成单元的流程图；

图4：本发明中的电文调制单元的生成结构框图；

图5：本发明中信号发射单元结构框图。

具体实施方式

实施例一：参见图1、图4，本发明简易的静态授时卫星信号模拟方法，采用包括定时信号单元、电文生成单元、电文调制单元和信号发射单元在内的静态授时卫星信号模拟装置，通过下述步骤，实现静态授时卫星信号的模拟： 

1）通过电文生成单元，根据用户设定的电文参数值生成电文数据，进行电文数据组帧：电文数据组帧完成后，电文生成单元在定时信号单元产生的定时信号激励下将组帧数据发送至电文调制单元；

2）电文调制单元将电文数据调制成中频信号；

3）通过信号发射单元将中频信号变频至一定的射频信号输出。

实施例二：参见图1～图5，本实施例简易的静态授时卫星信号模拟方法，与实施例一不同的是：进一步的，电文生成的步骤为：

1）用户可通过两种方式获取电文数据，一是通过图形化界面设置电文生成起始时间、电文终止时间、闰秒情况、周内秒、整周数这些参数，二是通过文件读取方式；

2）将获取的电文数据按照帧格式组帧生成电文并存储电文；

3）串口侦听外部定时信号；

4）有定时信号时将生成的电文通过串口发送至电文调制单元。

实施例三：参见图1～图5，本实施例简易的静态授时卫星信号模拟方法，与实施例二不同的是：进一步的，公开了一种将电文数据调制成中频信号的步骤：

1）接收并存储整帧电文数据；

2）在定时信号激励下将电文数据逐位进行扩频调制；

3）对扩频之后的数据进行数字载波调制；

4）对每一通道的数字调制信号进行多通道的信号合成；

5）数模转换生成模拟中频信号。

本发明静态授时卫星信号模拟方法，通过定时信号生成单元生成定时信号的步骤为：1）用高稳钟作为锁相环电路的时钟源；

2）锁相环电路倍频成一百兆赫兹左右的时钟信号；

3）计数器电路分频并同步化产生低频率的定时控制信号。

实施例四：参见图1～图5，本实施例为简易静态授时卫星信号模拟装置的具体实施方式。所述静态授时卫星信号模拟装置包括定时信号单元、电文生成单元、电文调制单元和信号发射单元；定时信号单元分别与电文生成单元、电文调制单元和信号发射单元相连；其中，定时信号单元由锁相环电路、直接数据频率合成电路和计数器组成，锁相环电路、直接数据频率合成电路、计数器依次相连；

电文生成单元由PC编程实现，通过PC串口与电文调制单元连接；

电文调制单元包括电文存储电路、扩频调制电路、载波调制电路、多通道中频合成电路、数模转换电路，该单元电路均采用通用方法来实现；所述电文调制单元还包括与电文生成单元通信的接口模块用于存储电文数据，该接口模块与扩频调制电路、载波调制电路、多通道中频合成电路、数模转换电路依次相连接，数模转换电路与信号发射单元相连接；

信号发射单元由矢量信号发生器组成，采用矢量信号发生器将中频信号转换成射频信号输出。通过对仪器进行一系列的设置即可输出一定强度的射频信号，因此输出信号的强度灵活可控。

实施例五：参见图1～图5，本实施例采用前述实施例四公开的简易静态授时卫星信号模拟装置，具体说明本发明静态授时卫星信号模拟方法的具体实现过程。

本实施例模拟产生北斗信号，可以作为北斗授时型接收机测试平台，在不考虑卫星运动状态、空间环境、地面用户接收机运动状态的情况下，通过用户设置数据改变北斗电文内容，可以进行接收机定时信号抖动性测试、误码率测试、灵敏度测试、闰秒闰年等测试。为了适合北斗授时型接收机的测试，本实例模拟产生N个通道的北斗卫星信号。

如图1所示为本发明的设计结构框图，定时信号单元用来同步产生其它单元所需的不同的定时控制信号，用来同步整个装置；用户根据不同的测试需要通过软件设定电文各数据，软件按照北斗电文帧格式生成二进制电文数据，然后等待定时信号3，响应该信号后通过串口将二进制电文数据传与北斗电文调制单元；北斗电文调制单元在定时信号2控制下对二进制电文数据进行调制成北斗中频信号送与信号发射单元；信号发射单元在定时信号1控制下通过矢量信号发生器将北斗中频信号生成北斗射频信号输出。

图2为北斗定时信号单元的结构框图，该单元在高精度的高稳钟控制下经过锁相环电路倍频生成高频率信号和定时信号1，然后经过直接数字频率合成电路生成码时钟信号和数据时钟信号，码时钟信号和数据时钟信号作为定时信号2，其中数据时钟经过一个计数器产生定时信号3。

图3为北斗电文生成单元的工作流程图，用户设置闰秒信息或闰年信息或固定电文信息等电文各参数，软件读取各设置参数进行保存，并生成各时间点的索引位置，同时侦听外部串口是否是定时信号3，当软件检测到定时信号3发生时，在数据库中检索到该时间点，提取相应的二进制比特流数据，按照本地时间点找到该点对应的分帧数据，按照北斗信号帧格式拼帧，然后按照分帧号依次发送至电文调制单元。此过程必须在一次定时信号发生时间内完成。发送完毕程序进入等待下次定时信号到来状态，当下次定时信号到来时，按上次时间点推出的本次时间点拼出下一组分帧数据,按此循环执行直至用户终止程序。

图4为北斗电文调制单元的结构框图，在定时信号2的控制下接收电文生成单元的电文数据，调制电文数据，生成中频信号。

图5为北斗信号发射单元结构框图，使用定时信号1控制下的矢量信号发生器生成北斗射频信号输出。

本发明简易的静态授时卫星信号模拟方法，由于GPS与北斗的星座有较大的不同，因此可以根据需要模拟更多颗的卫星信号。通道数的增加对应上面电文调制单元数的增加。

Claims (6)

1.一种简易的静态授时卫星信号模拟方法，采用包括定时信号单元、电文生成单元、电文调制单元和信号发射单元在内的静态授时卫星信号模拟装置，通过下述步骤，实现静态授时卫星信号的模拟： 

1）通过电文生成单元，根据用户设定的电文参数值生成电文数据，进行电文数据组帧：电文数据组帧完成后，电文生成单元在定时信号单元产生的定时信号激励下将组帧数据发送至电文调制单元；

2）电文调制单元将电文数据调制成中频信号；

3）通过信号发射单元将中频信号变频至一定的射频信号输出。

2.根据权利要求1所述的简易的静态授时卫星信号模拟方法，其特征是：电文生成的步骤为：

1）用户通过图形化界面设置电文生成起始时间、电文终止时间、闰秒情况、周内秒的方式或通过文件读取方式获取电文数据；

2）将获取的电文数据按照帧格式组帧生成电文并存储电文；

3）串口侦听外部定时信号；

4）有定时信号时将生成的电文通过串口发送至电文调制单元。

3.根据权利要求1或2所述的简易的静态授时卫星信号模拟方法，其特征是：将电文数据调制成中频信号的步骤为：

1）接收并存储整帧电文数据；

2）在定时信号激励下将电文数据逐位进行扩频调制；

3）对扩频之后的数据进行数字载波调制；

4）对每一通道的数字调制信号进行多通道的信号合成；

5）数模转换生成模拟中频信号。

4.根据权利要求3所述的简易的静态授时卫星信号模拟方法，其特征是：定时信号生成的步骤为：

1）用高稳钟作为锁相环电路的时钟源；

2）锁相环电路倍频成一百兆赫兹的时钟信号；

3）计数器电路分频并同步化产生低频率的定时控制信号。

5.根据权利要求1或2所述的简易的静态授时卫星信号模拟方法，其特征是：定时信号生成的步骤为：

1）用高稳钟作为锁相环电路的时钟源；

2）锁相环电路倍频成一百兆赫兹的时钟信号；

3）计数器电路分频并同步化产生低频率的定时控制信号。

6.一种简易的静态授时卫星信号模拟装置，包括定时信号单元、电文生成单元、电文调制单元和信号发射单元；定时信号单元分别与电文生成单元、电文调制单元和信号发射单元相连；其特征是：

定时信号单元由锁相环电路、直接数据频率合成电路和计数器组成，锁相环电路、直接数据频率合成电路、计数器依次相连；

电文生成单元由PC编程实现，通过PC串口与电文调制单元连接；

电文调制单元包括电文存储电路、扩频调制电路、载波调制电路、多通道中频合成电路、数模转换电路；电文存储电路、扩频调制电路、载波调制电路、多通道中频合成电路、数模转换电路依次相连；

信号发射单元由矢量信号发生器组成，采用矢量信号发生器将中频信号转换成射频信号输出。

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