北斗地基导航网络地面监测站伪卫星及控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种北斗地基导航网络地面监测站伪卫星及控制方法。
【背景技术】
[0002] 中国北斗卫星导航系统（BeiDouNavigationSatelliteSystem，BDS)是中国自 行研制的全球卫星导航系统，是继美国全球定位系统（GPS)、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统 (GLONASS)之后第三个成熟的卫星导航系统。北斗卫星导航系统（BDS)和美国GPS、俄罗斯 GL0NASS、欧盟GALILEO,是联合国卫星导航委员会已认定的供应商。北斗卫星导航系统由 空间段、地面段和用户段三部分组成，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精 度、高可靠定位、导航、授时服务，并具短报文通信能力，已经初步具备区域导航、定位和授 时能力，定位精度10米，测速精度0. 2米/秒，授时精度10纳秒。
[0003] 北斗地基导航网络地面监测站（简称监测站）的主要目的是完成北斗地基导航网 络伪卫星状态监测，利用伪卫星进行独立定位或利用伪卫星和北斗卫星进行协同定位。伪 卫星的工作模式有两种，一种是在北斗卫星完全被遮挡情况下，可以完全依靠伪卫星独立 定位。另一种是在有北斗卫星信号情况下，可以与北斗卫星一起协同定位。导航信号伪随 机码从还未使用的北斗卫星信号伪码空间中选取，与现有卫星信号非相关。信号采用脉冲 调制，脉冲占空比为1/16,在信号体制上采用CDMA和TDMA。传统伪卫星系统的授时精度较 差，无法达到伪卫星绝对时间偏差的要求（要求优于100ns)。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种新型的北斗地基导航网络地面 监测站伪卫星及控制方法，可模拟北斗系统的伪卫星信号，实现单颗卫星输出信号的物理 仿真；伪卫星导航信号伪随机码从还未使用的北斗卫星信号伪码空间中选取，与现有卫星 信号非相关；通过网络授时实现高精度的星间链路时间同步。
[0005] 本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：北斗地基导航网络地面监测站伪卫 星，用于实现单颗卫星输出信号的物理仿真，包括接口模块、控制模块、基带模块、射频模块 和天线，接口模块的输入端分别与数据信号及时钟信号相连，接口模块的输出端与控制模 块连接，控制模块的一个输出端直接通过射频模块与天线连接，控制模块的另一个输出端 通过基带模块与射频模块连接，射频模块与天线连接；
[0006] 接口模块用于接收伪卫星外部信号，信号种类分为时钟信号和数据信号两类：时 钟信号提供伪卫星的时钟同步信号及频率信号，数据信号包括伪卫星发送数据及其工作模 式控制数据、参数配置数据；
[0007] 控制模块用于处理接口模块接收的信息，协调各个模块共同工作，实现各模块的 参数配置，包括基带模块信号参数配置、射频信号的功率设置、射频发射功率、频点通断控 制；
[0008] 基带模块用于在数字域内完成北斗Bl和B3频点的数据和伪码调制，得到的符号 信息通过DDS调制到数字中频基带信号，同时按照相应的时隙表产生跳时脉冲伪卫星导航 信号；
[0009] 射频模块用于完成对频率综合器的配置，生成本振信号，并接收基带模块输出的 模拟信号，与本振信号相乘后生成射频信号，完成两路B1/B3频点信号的合路；接收控制模 块的控制指令，通过程控衰减器控制发射信号功率的大小；
[0010] 天线用于发送导航信号。
[0011] 所述的接口模块包括数据接口模块和时钟接口模块，数据接口模块用于完成与运 管参数控制数据交换，接收来自运管系统的导航参数信息、授时信息和控制指令，经过格式 转换完成对射频信号的控制和数据驱动；时钟接口模块用于接收来自外部的时钟、频率信 号，为射频信号生成提供统一的频率基准，产生系统所需的各种本振信号，并输出指标要求 规定的时间频率信号，包括Ipps和10MHz。
[0012] 所述的数据接口模块包括网络接口、数据预处理模块、格式转换模块和自定义总 线模块，网络接口的输出端依次通过数据预处理模块和格式转换模块与自定义总线模块的 输入端连接。
[0013] 所述的基带模块包括Bl频点基带信号生成模块和B3频点基带信号生成模块，Bl 频点基带信号生成模块和B3频点基带信号生成模块均包括C码发生器、导航电文模块、载 波生成器、第一混频器、第二混频器、功率控制器和数模转换器，C码发生器完成测距码的生 成，导航电文模块用于完成导航电文的编排和缓存，载波生成器用于生成指定频率的中频 载波并按正交两路输出，功率控制器完成数字域的功率控制，数模转换器完成合成信号的 数模转换；C码发生器和导航电文模块的输出端分别与第一混频器连接，第一混频器及载 波生成器的输出端分别与第二混频器连接，第二混频器的输出端通过功率控制器与数模转 换器连接。
[0014] 北斗地基导航网络地面监测站伪卫星的控制方法，包括一个系统启动步骤、一个 系统准备步骤、一个系统运行步骤和一个系统结束步骤：
[0015] 系统启动步骤：伪卫星设备加电启动后，主设备按照上一次保存的设置参数进行 接口设置和初始化工作，并进行工作状态检测，保证各个工作模块的运行状态正常，检测外 部时钟信息是否正常；
[0016] 系统准备步骤：当系统正常启动后，等待运管中心的控制指令，首先通过数据通信 链路完成系统间的时间同步；当伪卫星设备完成时间同步指令后根据运管系统的控制指令 完成伪卫星的参数配置；
[0017] 系统运行步骤：伪卫星接收运管系统的导航电文数据，根据数据内容，实现导航信 号的仿真，通过天线设备将导航射频信号播发到测试场地制定范围；
[0018] 系统结束步骤：当伪卫星接收到测试结束指令后，保存当前测试参数设置状态，并 结束本次仿真，系统进入等待运行阶段，等待下一次仿真任务。
[0019] 北斗地基导航网络地面监测站伪卫星的控制方法，还包括伪卫星与运管中心之间 高精度网络授时步骤：伪卫星与运管中心之间每次通信共传输两个包数据，伪卫星发送一 个请求数据包，运管中心接收后回送一个应答数据包，两个数据包都带有时间戳，根据这两 个数据包带的时间戳确定时间误差；
[0020] 在数据包的传送方式上，采用伪卫星和运管中心一对一的点对点方式，伪卫星在 初始时和运管中心进行点对点的简短信息交换，据此对往返延时进行量化判断，并根据第 一次信息交换的判断值修正时间；伪卫星和运管中心之间采用光纤链路进行物理连接。
[0021] 本发明的有益效果是：可模拟北斗系统的伪卫星信号，实现单颗卫星输出信号的 物理仿真；伪卫星导航信号伪随机码从还未使用的北斗卫星信号伪码空间中选取，与现有 卫星信号非相关；通过网络授时实现高精度的星间链路时间同步。
【附图说明】
[0022] 图1为本发明伪卫星结构示意框图；
[0023] 图2为本发明伪卫星数据流图；
[0024] 图3为伪卫星外部接口框图；
[0025] 图4为伪卫星通信网络组织示意图；
[0026] 图5为伪卫星信号流图；
[0027] 图6为通信数据包格式图；
[0028] 图7为基带模块构成图；
[0029] 图8为伪卫星工作流程图；
[0030] 图9为网络授时模型图。
【具体实施方式】
[0031] 下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于 以下所述。
[0032] 如图1所示，北斗地基导航网络地面监测站伪卫星，用于实现单颗卫星输出信号 的物理仿真，包括接口模块、控制模块、基带模块、射频模块和天线，接口模块的输入端分别 与数据信号及时钟信号相连，接口模块的输出端与控制模块连接，控制模块的一个输出端 直接通过射频模块与天线连接，控制模块的另一个输出端通过基带模块与射频模块连接， 射频模块与天线连接；
[0033] 接口模块用于接收伪卫星外部信号，信号种类分为时钟信号和数据信号两类：时 钟信号提供伪卫星的时钟同步信号及频率信号（1PPSU0M)，数据信号包括伪卫星发送数据 及其工作模式控制数据、参数配置数据；
[0034] 控制模块用于处理接口模块接收的信息，协调各个模块共同工作，实现各模块的 参数配置，包括基带模块信号参数配置、射频信号的功率设置、射频发射功率、频点通断控 制；
[0035] 基带模块用于在数字域内完成北斗Bl和B3频点的数据和伪码调制，得到的符号 信息通过DDS调制到数字中频基带信号，同时按照相应的时隙表产生跳时脉冲伪卫星导航 信号；
[0036] 射频模块用于完成对频率综合器的配置，生成本振信号，并接收基带模块输出的 模拟信号，与本振信号相乘后生成射频信号，完成两路B1/B3频点信号的合路；接收控制模 块的控制指令，通过程控衰减器控制发射信号功率的大小；
[0037] 天线用于发送导航信号。
[0038] 如图2所示，所述的接口模块包括数据接口模块和时钟接口模块，数据接口模块 用于完成与运管参数控制数据交换，接收来自运管系统的导航参数信息、授时信息和控制 指令，经过格式转换完成对射频信号的控制和数据驱动；时钟接口模块用于接收来自外部 的时钟、频率信号，为射频信号生成提供统一的频率基准，产生系统所需的各种本振信号， 并输出指标要求规定的时间频率信号，包括Ipps和10MHz。
[0039] 所述的数据接口模块包括网络接口、数据预处理模块、格式转换模块和自定义总 线模块，网络接口的输出端依次通过数据预处理模块和格式转换模块与自定义总线模块的 输入端连接。
[0040] 数据接口模块的主要功能是完成伪卫星与运管系统间的数据通信，接收运管系统 下传的控制指令、配置参数、位置信息、开关控制指令、电文等数据信息，通过预处理和格式 转换，转发到伪卫星内部其它功能模块；
[0041] 传输的内容主要包括：
[0042] 1)伪卫星控制指令，包括伪卫星设备的启动、停止、状态检测等；
[0043] 2)伪卫星授时信息；
[0044] 3)伪卫星位置信息；
[0045] 4)伪卫星功率控制参数；
[0046] 5)伪卫星信号修正量；
[0047] 6)伪卫星开关控制信息；
[0048] 各个伪卫星与运管系统通信的数据可按类型分为以下5类：
[0049] 业务信息：Ox01表示：
[0050] 工作状态：