专利名称：一种伽利略搜救信号模拟器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一 种卫星搜救信号模拟器，特别是涉及一种用于伽利略卫星的搜救信 号模拟器。
背景技术：
卫星搜救系统即C0SPAS-SARSAT(简称C/S)是1979年由美国、前苏联、法国和加 拿大四国联合建立的，该国际组织在全球范围内提供搜索与救援(简称搜救，SAR)服务。 C0SPAS-SARSAT秘书处设在加拿大蒙特利尔，有超过35个成员国参与其中，与联合国(UN)， 国际海事组织(IMO)，国际民航组织(ICAO)和国际电联(ITU)均有长期合作关系。在该系 统工作的20多年中，截至2006年已成功进行了 6，167次搜救行动，成功救援超过22，035 名遇险人员，平均每次救起3人，在人道主义救援领域起到了极其关键的作用。同时也是 参与国家最多，用户数量最庞大的国际搜索与救援组织。隶属于国际海事组织(IMO)的各 种海上船只和国际民航组织(ICAO)的民航客机以及很多个人用户装备了约四百六十万个 遇险示位信标(Distress Beacon)，在危险发生时，遇险示位信标机可以手动或者自动发射 “SOS”无线电求救信号并得到全球搜救系统的响应和救援。卫星搜救系统为进一步提高定位精度、增加覆盖范围、缩短定位时间、实现实时搜 救处理，将建设中轨道卫星搜索与救援系统(Medium Earth Orbit Search and Rescue,
MEOSAR)包括全球主要的中轨道(Medium Orbit, ME0)卫星星座-GPS, GALILEO禾口
GL0NASS。从2010持续到2020年，GPS系统将进行大规模的现代化改造，GALILEO系统将发 射27+3颗导航卫星，而GL0NASS-K也将部署完成，届时太空中可用的导航卫星总数将达到 70颗以上，此举将大大提高全球卫星导航定位系统的可用度和精度。卫星搜救系统由用户段、空间段和地面段3大部分组成。用户段包括全球所有 大型船舶、航空器和陆地用户装备的406MHz遇险示位信标，空间段包括低轨道搜救卫星 (LE0SAR卫星)，中轨道搜救卫星(MEOSAR卫星)和静止轨道搜救卫星(GE0SAR卫星)， 地面段主要包括各种本地用户终端站(Local User Terminal，LUT)，搜救任务控制中心 (Mission Control Center,MCC)禾口搜救协、调中心(Rescue coordination center, RCC)，其 中中轨道卫星搜救本地用户终端站称为ME0LUT。中轨道卫星搜救系统工作过程为，当用户(船舶、飞机或个人)遇险后，遇险示位 信标可以人工或自动激活(信标激活后可以存活48h)，发射406MHz的搜救信号。搜救信 号由中轨道搜救卫星接收后变频转发为1544MHz的搜救信号，由遍布全球的本地用户终端 站(Local User Terminal, LUT)接收并计算出遇险目标的位置，把信标的报警数据和统计 信息送给相应的搜救任务控制中心(Mission Control Center，MCC)。MCC收集、整理、储存 和分类从LUT与其他MCC送来的数据，过滤虚假报警，解除模糊值。MCC通过以最快的速度 把报警和定位数据分发到最合适的搜救协调中心(Rescue coordination center，RCC)，使 遇险者能够得到及时有效的救助，从而实现海陆空全球全天候卫星搜救服务。本专利发明的中轨道卫星搜救系统信号模拟器，主要是动态模拟信标机发射406MHz信号经过各种中轨道搜救卫星(比如GPS卫星，GALILEO卫星和GL0NASS卫星)接 收转发的1544MHz射频信号，同时能够模拟该1544MHz射频信号对应的70MHz中频信号。 中轨道卫星搜救系统信号模拟器主要用途在于模拟产生多个信标的搜救信号， 经过多颗卫星转发的下行射频和中频信号，并通过改变发射时间，频率，电平和相应的信号 内容，为检测概率、定位精度、误码率和系统容量测试提供信号；可模拟多普勒效应、电离层 误差、空间传播延时、星历误差等造成的影响。目前，现有技术中主要采用两种方法实现具有上述用途的信号模拟器1、采用可编程的任意信号发生器产生所需信号；2、采用真实信标机有线发射上行射频信号，经变频器和延迟器转换产生所需信 号。但是，上述两种方法在功能和指标上都具有局限性。第一种系统的功能和性能受 信号发生器性能和可编程度的限制，不能全面模拟各项误差的影响；第二种系统灵活性较 差，不能任意调整信号参数。因此，也就在更大程度上限制了对中轨道卫星搜救系统的测量 精度的检测。
发明内容
本发明的技术解决问题是针对现有技术的不足，提供了一种伽利略卫星搜救信 号模拟器。克服了现有技术在功能和指标上的局限性，实现了对模拟搜救信号的灵活设置 与全面精确的模拟。本发明的技术解决方案是一种伽利略搜救信号模拟器，其特征在于包括计算和控制单元、数字基带和中频 单元、数模转换单元和射频单元，计算和控制单元利用输入的模拟任务信号参数生成信号参数；并将信号参数输 出到数字基带和中频单元；所述的模拟任务信号参数包括时间参数、卫星轨道参数、信标 和接收站地理参数以及信标编码信息；所述的信号参数包括到达频率、到达时间、多普勒 频率、调制波形、信噪比；数字基带和中频单元包括控制接口和数字噪声发生器，以及与多颗卫星对应的 多个信号通路，在每个信号通路上包括触发模块、序列生成模块和中频调制模块，控制接口将输 入的信号参数进行缓存；触发模块在到达时间和当前时间吻合时，触发序列生成模块；触 发序列生成模块将产生的基带码流输出到中频调制模块；由中频调制模块利用输入的基带 码流和信号参数产生本信号通路上的数字中频调制信号；将多个信号通路上的数字中频调制信号以及由数字噪声发生器产生的数字噪声 信号叠加生成数字中频信号；将数字中频信号送入数模转换单元；数模转换单元对数字中频信号进行D/A转换和整形后输出给射频单元；射频单元将输入的模拟中频信号与射频本振信号进行混频后，以射频信号的形 式输出°所述的计算和控制单元具有用户图形界面，可利用用户图形界面设置模拟任务信 号参数。
所述的数模转换单元包括D/A转换器和滤波/衰减电路，利用D/A转换器将输入 的数字中频信号转换为模拟中频信号；利用滤波/衰减电路滤除模拟中频信号带宽外的无 用信号并对模拟中频信号进行整形。本发明与现有技术相比具有如下优点(1)利用本发明中的计算和控制单元可以在产生的信号参数中加入包括多普勒效 应、电离层误差、空间传播延时、星历误差等造成的联合影响，使得信标模拟信号更加真实 精确。(2)本发明中的数字基带和中频单元利用序列生成模块和数字噪声发生器可精确 控制调制方式、码速率、频率、噪声等信号特征提高了信标模拟信号的精度。(3)本发明利用输入的模拟任务信号参数可以实时的产生对应于不同时间、卫星 的不同位置上的多组信号参数，实现长时间连续的信标模拟信号的输出。(4)本发明具有同时模拟输出多颗卫星信号的能力，可以为需要输入多颗卫星信 号的定位系统提供服务，并且可以模拟多信标同时发射的能力，为测试定位系统的处理能 力提供手段。
图1为本发明原理框图；图2为计算和控制单元原理图；图3为实施例示意图；图4为数字基带和中频单元原理图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施方式
进行进一步的详细描述。模块设计如图1所示，为本发明的原理框图。包括计算和控制单元、数字基带和中频单元、 数模转换单元和射频单元。计算和控制单元利用输入的模拟任务信号参数生成信号参数，并将信号参数输入 到数字基带和中频单元。数字基带和中频单元利用输入的信号参数生成对应多颗卫星的多 通道的数字中频调制信号，在数字中频调制信号加入数字噪声信号后生成数字中频信号， 并将其输出给数模转换单元。数模转换单元将数字中频信号转换为模拟中频信号后，输出 给射频单元。射频单元对输入信号进行混频处理后发出。其中，上述的模拟任务信号参数包括时间参数、卫星轨道参数、信标和接收站地 理参数以及信标编码信息；信号参数包括到达频率、到达时间、多普勒频率、调制波形、信 号功率、噪声功率。1、计算和控制单元如 图2所示，为计算和控制单元利用模拟任务信号参数产生信号参数的过程。计算和控制单元根据信标发射时间、发射位置和地面接收站位置以及卫星参数等 信息能够计算出卫星空间链路状态。输入的模拟任务信号参数包括时间参数、卫星轨道参 数、信标和接收站地理参数以及信标编码信息。产生并输出的信号参数包括到达频率、到达时间、多普勒频率、调制波形、信噪比；根据模拟任务信号参数产生信号参数的过程为卫星轨道计算首先建立Walker布局的伽利略星座布局；然后根据输入的发射时 间计算从轨道初始时刻到发射时刻的时间长度；再根据输入的卫星参数选择相应卫星，根 据计算的时间长度得到该卫星的轨道六根数信息；之后将卫星轨道六根数信息转换为轨道 坐标系坐标，再转换成惯性坐标系坐标，最后转换成地心地固坐标系坐标并同时得到卫星 速度和加速度。卫星转发器时延卫星转发器时延由固定时延和随机时延组成，取值都是基于卫 星转发器设备的硬件性能。固定时延取值10ns，随机噪声取值为+/-102ns范围内的均勻分 布抖动。多普勒频移和多普勒频率变化率根据计算得到的卫星坐标、速度和加速度以及 信标位置、地面站位置和卫星上下行信号频率，分布计算出上行信号和下行信号的多普勒 频率，对多普勒频率求一阶导数就得到多普勒频率变化率。空间环境造成的延迟和损耗这部分的输入是发射时间、地面站位置、卫星位置和 信号频率。此部分计算了自由空间造成的信号衰减、大气对流层造成的信号衰减和电离层 造成的信号衰减和延迟。自由空间衰减Lf可由公式(1)计算得到
权利要求
1.一种伽利略搜救信号模拟器，其特征在于包括计算和控制单元、数字基带和中频 单元、数模转换单元和射频单元，计算和控制单元利用输入的模拟任务信号参数生成信号参数；并将信号参数输出 到数字基带和中频单元；所述的模拟任务信号参数包括时间参数、卫星轨道参数、信标和 接收站地理参数以及信标编码信息；所述的信号参数包括到达频率、到达时间、多普勒频 率、调制波形、信噪比；数字基带和中频单元包括控制接口和数字噪声发生器，以及与多颗卫星对应的多个 信号通路，在每个信号通路上包括触发模块、序列生成模块和中频调制模块，控制接口将输入的 信号参数进行缓存；触发模块在到达时间和当前时间吻合时，触发序列生成模块；触发序 列生成模块将产生的基带码流输出到中频调制模块；由中频调制模块利用输入的基带码流 和信号参数产生本信号通路上的数字中频调制信号；将多个信号通路上的数字中频调制信号以及由数字噪声发生器产生的数字噪声信号 叠加生成数字中频信号；将数字中频信号送入数模转换单元；数模转换单元对数字中频信号进行D/A转换和整形后输出给射频单元；射频单元将输入的模拟中频信号与射频本振信号进行混频后，以射频信号的形式输出。
2.根据权利要求1所述的一种伽利略搜救信号模拟器，其特征在于所述的计算和控 制单元具有用户图形界面，可利用用户图形界面设置模拟任务信号参数。
3.根据权利要求1所述的一种伽利略搜救信号模拟器，其特征在于所述的数模转换 单元包括D/A转换器和滤波/衰减电路，利用D/A转换器将输入的数字中频信号转换为模 拟中频信号；利用滤波/衰减电路滤除模拟中频信号带宽外的无用信号并对模拟中频信号 进行整形。
4.根据权利要求1所述的一种伽利略搜救信号模拟器，其特征在于所述的可编程芯 片为FPGA。
全文摘要
一种伽利略搜救信号模拟器，包括计算和控制单元、数字基带和中频单元、数模转换单元和射频单元。可以通过计算和控制单元设置模拟任务信号参数，并将产生的信号参数送入数字基带和中频单元；数字基带和中频单元根据信号参数生成数字中频信号，再利用数模转换单元产生模拟中频信号；最后利用射频单元将产生模拟器输出的射频信号。
文档编号G01S19/23GK102096074SQ20101055816
公开日2011年6月15日 申请日期2010年11月22日 优先权日2010年11月22日
发明者刘绍波, 吴琼之, 张云杰, 林墨, 郑宏强 申请人:航天恒星科技有限公司