一种多通道卫星导航和干扰信号模拟源及信号模拟方法与流程

本发明涉及一种多通道卫星导航和干扰信号模拟源及信号模拟方法，属于卫星导航信号模拟与测试技术领域。

背景技术：

在卫星导航抗干扰技术应用中，采用多通道空域自适应抗干扰技术可以有效抑制干扰信号，提取微弱的卫星导航信号，是提高卫星导航接收机抗干扰性能的有效方法之一。多通道卫星导航和干扰信号模拟源可为多通道导航抗干扰接收机提供近似真实的卫星导航和干扰信号试验测试环境，是多通道抗干扰接收机研发、测试和维护不可或缺的仪器设备。与实际外场测试相比，多通道卫星导航和干扰信号模拟源可以发挥以下作用：模拟多颗卫星导航信号波形及来波方向，可有效避免多径及测试环境干扰；模拟多个干扰波形及来波方向，复现多通道接收信号特性；模拟特性已的导航和干扰信号，灵活设置多种误差参数、干扰形式及干信比；模拟高动态情况下的导航和干扰信号，有效降低试验评估成本。

现有的卫星导航和干扰信号模拟源多采用软硬件相结合的信号生成方式，由数仿软件对卫星轨道、接收机的运动、各种误差源和干扰源等进行建模模拟，根据模拟结果产生对信号的调整参数，根据这些参数，由硬件(多采用可编程逻辑门阵列FPGA或数字信号处理DSP)实时产生基带导航和干扰信号，最后通过模数转换(D/A)将数字信号变为模拟信号，经过微波模块上变频后得到最终的导航和干扰射频信号。这种体系结构优点是可以长期实时地产生真实射频卫星信号，缺点是软硬件交互导致整个系统结构十分复杂，不易扩展通道或增加新的功能，灵活性差，成本高，应用推广受限。而且，目前还未见成熟的具备多通道卫星导航和干扰信号模拟的模拟源产品，制约了多通道导航抗干扰接收机的低成本、高效率测试。

技术实现要素：

本发明的目的是，提供一种多通道卫星导航和干扰信号模拟源及信号模拟方法，可低成本、灵活地实现多通道卫星导航和干扰信号模拟，能够满足多通道导航抗干扰接收机室内低成本、高效率测试。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种多通道卫星导航和干扰信号模拟源，模拟多通道导航抗干扰接收机抗干扰天线处的射频信号，是N个卫星导航信号和M个干扰源信号的合成，N≥1、M≥1，所述模拟源包括信号播放硬件和导航和干扰信号数仿软件；

所述信号播放硬件由通用高性能计算机平台、中频任意波形产生卡和上变频卡组成；中频任意波形产生卡和上变频卡安装在通用高性能计算机平台的两路高速PCIe总线上，PCIe总线提供所需的安装固定位置、高速数据传输通路和电源；中频任意波形产生卡，采用一块多通道PCIe数模转换卡，特别的，通道数为4，用于播放存放在通用高性能计算机平台硬盘上的大数据量中频数据文件，将中频数据文件中存储的中频数字信号转换为中频模拟信号；上变频卡，根据中频任意波形产生卡生成的多通道中频模拟器信号，特别的，通道数为4，将其上变频到卫星导航射频模拟信号，并将多路射频模拟信号通过电缆馈给多通道导航抗干扰接收机，用于多通道导航抗干扰接收机室内低成本、高效率测试。所述射频模拟信号包含多通道导航抗干扰接收机接收到的N个通道卫星导航信号和M个通道干扰信号。

所述导航和干扰信号数仿软件由导航基带数仿软件、干扰基带数仿软件、基带信号合成及数字上变频组成；导航基带数仿软件根据可见导航卫星位置、多通道导航抗干扰接收机的接收天线动态轨迹、导航电文及信号状态参数、导航信号产生、传播及接收过程中的误差模型参数等，仿真生成一定时长(如1小时)的导航基带数据；干扰基带数仿软件根据干扰类型、干扰参数等，仿真生成一定时长(如1小时)的干扰基带数据；基带信号合成及数字上变频根据设置的干信比，将导航基带数据和干扰基带数据叠加生成叠加后的基带数据，所述叠加后的基带数据经过数字上变频后得到中频数据文件，其中心频率与信号播放硬件待播放中频模拟信号的中心频率一致。

本发明还提供一种多通道卫星导航和干扰信号模拟源的信号模拟方法，该方法的步骤如下：

第一步，准备多通道卫星导航和干扰信号中频数据文件：

按照以下步骤分别生成导航基带数据和干扰基带数据，以GPS导航卫星为例，令第i颗导航卫星位置矢量为i＝1,2，…，N，多通道导航抗干扰接收机通道1天线位置为光速为c，计算得到导航信号传播延迟如下：

其中，表示卫星时钟误差，表示电离层传播时延、对流层传播时延、表示卫星星历误差，表示多径信号附加延迟。

计算多通道导航抗干扰接收机接收的卫星信号多普勒频率

其中，f_L1表示GPS L1载波频率，为1575.42MHz，表示求导运算。

计算多通道导航抗干扰接收机通道1的导航基带信号为：

其中，表示载波相位误差。可见导航基带信号为接收卫星信号振幅A_i(t)、卫星发射C/A码卫星信号调制的导航信息和多普勒相位四项的乘积。

以调制干扰噪声为例，令第j个干扰源位置矢量为则干扰信号传播延迟为计算多通道导航抗干扰接收机接收的干扰信号多普勒频率

按(5)式计算干扰源在多通道导航抗干扰接收机通道1处产生的干扰基带信号为：

其中，B^1j(t)表示干扰信号脉冲调制、表示基带符号、F{·}表示基带符号调制映射、表示多普勒相位，表示相位误差。

将N个导航基带信号和M个干扰基带信号叠加得到叠加后的基带数据，该信号经过数字上变频后得到多通道导航抗干扰接收机通道1中频信号为：

其中，f_IF为信号播放硬件中频频率，一般取值为10MHz～70MHz，合成信号的干信比为A_S表示导航信号功率，A_J表示干扰信号功率，表示第i路导航信号，表示第j路干扰信号。

按照上述步骤分别生成多通道导航抗干扰接收机其余通道中频信号，将所述中频信号量化，按照所需格式存储为二进制中频数据文件。

第二步，播放中频数据文件产生中频模拟信号：

第一步生成的二进制中频数据文件存放在通用高性能计算机平台的硬盘上，类似音乐文件，中频任意波形产生卡类似一台音乐播放设备，在通用高性能计算机平台上面安装有信号播放控制软件，类似音乐播放软件。在多通道卫星导航和干扰信号模拟源工作时，信号播放控制软件加载不同的中频数据文件，便可以实时播放不同参数设置下的卫星导航和干扰中频信号。在播放时可以调整播放时长、是否循环播放、是否滤波、多通道幅度相位校正系数、输出信号功率大小等参数，所产生的中频模拟信号通过中频电缆输出。

第三步，将中频模拟信号上变频至射频模拟信号，馈入待测设备：

利用上变频卡将第二步产生的中频模拟信号上变频至射频模拟信号，通过衰减器衰减至合适功率后，代替多通道抗干扰天线，通过射频电缆直接馈入多通道导航抗干扰接收机射频信号输入端，所述射频信号与多通道抗干扰天线接收的射频信号一致，包含N个卫星导航接收信号和M个干扰源接收信号的合成，所述合成信号可以通过仿真反映接收机高动态特性、各种极端误差条件下的抗干扰特性，显著提高多通道导航抗干扰接收机测试的灵活性和效率。

本发明具有如下有益效果：

本发明一种多通道卫星导航和干扰信号模拟源及信号模拟方法，依托高性能计算平台生成导航和干扰数据，利用信号播放硬件播放导航和干扰数据生成特性可定制的多通道导航和干扰射频信号，具有成本低、使用灵活的优点，作为测试设备可用于多通道导航抗干扰接收机的研发、测试和维护等全生命周期中。

附图说明

图1是本发明多通道卫星导航和干扰信号模拟源待模拟信号示意图；

图2是本发明多通道卫星导航和干扰信号模拟源软、硬件组成示意图；

图3是本发明多通道卫星导航和干扰信号模拟源信号模拟方法实施流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步的说明。

图1是本发明多通道卫星导航和干扰信号模拟源待模拟信号示意图。模拟的对象是多通道导航抗干扰接收机抗干扰天线处的射频信号，是N个卫星导航信号和M个干扰源信号的合成，所述合成信号可以通过仿真反映接收机高动态特性、各种极端误差条件下的抗干扰特性。

图2是本发明多通道卫星导航和干扰信号模拟源软、硬件组成示意图。多通道卫星导航和干扰信号模拟源模拟多通道导航抗干扰接收机抗干扰天线处的射频信号，是N个卫星导航信号和M个干扰源信号的合成，通过射频电缆馈入多通道导航抗干扰接收机进行测试。多通道卫星导航和干扰信号模拟源由导航和干扰信号数仿软件和信号播放硬件组成，其中，导航和干扰信号数仿软件由导航基带数仿软件、干扰基带数仿软件、基带信号合成及数字上变频组成，信号播放硬件由通用高性能计算机平台、中频任意波形产生卡和上变频卡组成。

图3是本发明多通道卫星导航和干扰信号模拟源信号模拟方法实施流程图。该方法包含以下步骤：第一步是准备多通道卫星导航和干扰信号中频数据文件，既可来源于导航和干扰信号数仿软件，反映卫星导航信号空间段、环境段和用户段特性，以及干扰特性，也可来源于实际采集的导航和干扰信号，复现外场复杂测试环境；第二步是播放中频数据文件产生中频模拟信号，以类似音乐播放软件的方式播放中频数据文件，产生中频模拟信号；第三步是将中频模拟信号上变频至射频模拟信号，馈入待测设备，利用上变频卡将中频模拟信号上变频至射频模拟信号，衰减至合适功率后，代替多通道抗干扰天线通过射频电缆直接馈入多通道导航抗干扰接收机射频信号输入端。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。