一种基于北斗卫星信号转gps模拟信号方法与系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及卫星导航技术领域，具体涉及一种基于北斗卫星信号转GPS模拟信号 方法与系统。
【背景技术】
[0002] 北斗卫星导航系统特别是我国自行研制的具有独立知识产权的卫星导航系统，对 我国的国家安全、经济发展有着重要的战略性作用。截止目前为止，在轨服务卫星达到了 16 颗，北斗区域导航系统已经建成，其定位和授时精度与GPS相当，完全可以替代GPS授时和 定位应用。但是，目前，国内卫星导航的90%市场都是GPS。而GPS又属美国的卫星导航系 统，其服务能力和范围完全由美国军方操控，这对于我国一些完全依赖于美国GPS的重要 行业而言，如我国的通信、电力和军事设备等，将是非常危险的。从这点上讲北斗代替GPS 将是刻不容缓的。
[0003] 由于GPS已经应用到国内的各行各业，包括一些敏感和重要行业，为了彻底摆脱 GPS的制约和加强安全，很多行业正在加紧"北斗换GPS"工作。虽然，BD2完全可以替代 GPS，但是有些GPS接收机与外围其他设备耦合在一起，很难分离开来，即很难直接用BD2接 收机代替GPS接收机。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题在实现北斗替换GPS的过程中所出现的因GPS接收机 与外围其他设备耦合在一起而直接用BD2接收机代替GPS接收机的问题，提供一种基于北 斗卫星信号转GPS模拟信号方法与系统。
[0005] 为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
[0006] -种基于北斗卫星信号转GPS模拟信号方法，包括如下步骤：
[0007] 步骤1，接收到北斗卫星信号，北斗卫星信号经下变频和模数转换后送入基带信号 处理；
[0008] 步骤2,在基带信号处理过程中，先对信号进行捕获，当同时跟踪四颗或四颗以上 的卫星信号时，方可进行PVT解算；捕获成功的可见星信号将继续在进行持续的跟踪，并获 得北斗码NC0、北斗载波NC0和北斗导航电文；
[0009] 步骤3,在实时时钟控制下，将北斗码NC0、北斗载波NC0和北斗导航电文转换为 GPS码NCO,GPS载波NC0和GPS导航电文，并生成GPS信号；
[0010] 步骤4,在实时时钟控制下，完成GPS信号的扩频和载波调制，生成GPS数字中频信 号；
[0011] 步骤5,GPS数字中频信号经数模转换和上变频后，变为射频模拟信号向外发出。
[0012] 上述步骤2中，在进行PVT解算的过程中，还进一步包括计算出本地时钟与系统时 间之差，并使用计算出的钟差修正本地时间，实现本地时间与导航系统时间保持一致的步 骤。
[0013] 上述步骤3中，在进行北斗码NC0和北斗载波NC0转换为GPS码NCO,GPS载波NCO 的过程中，还进一步包括对数据进行闭环实时校正的步骤。
[0014] 上述步骤3中，在生成GPS信号的过程中，还进一步包括生成C/A码的步骤，且该 C/A码需要同时满足以下3个条件，即
[0015] ①根据接收到的北斗卫星号选定GPS卫星号产生所对应的C/A码序列，并有换星 功能；
[0016] ②能对接收到的北斗一个C/A码历元周期中的C/A码基码序列号，C/A码基码的 码片相位对应转化为GPS-个C/A基码序列号和基码的码；
[0017] ③GPS的C/A基码速率跟北斗C/A基码速率的比例关系是1:2,而且，生成的GPS 的C/A基码速率包含了卫星和接收机载体的相对运动带来的多普勒频率的影响。
[0018] 上述步骤4中，对GPS信号进行的是BPSK调制。
[0019] 基于上述方法而设计的一种基于北斗卫星信号转GPS模拟信号系统，其包括北斗 信号接收单元和GPS信号模拟单元。北斗信号接收单元主要由下变频模块、模数转换模块、 基带信号处理模块和PVT解算模块组成。GPS信号模拟单元主要由导航电文编码模块、码和 载波NC0模块、信号调制模块、数模转换模块和上变频模块组成。下变频模块的输出端经模 数转换模块与基带信号处理模块的输入端相连；基带信号处理模块的输出端分为2路，一 路经PVT解算模块连接导航电文编码模块，另一路直接连接码和载波NC0模块；导航电文编 码模块和码和载波NC0模块的输出端均与信号调制模块相连，信号调制模块的输出端经数 模转换模块连接上变频模块的输入端。
[0020] 所述北斗信号接收单元还进一步包括钟差修正单元，该钟差修正单元的输入端与 PVT解算模块相连，输出端与基带信号处理模块相连。
[0021] 所述上变频模块的输出端为电缆或天线。
[0022] 与现有技术相比，本发明利用北斗卫星信号，实现现有GPS接收机的PVT解算，虽 然GPS接收机中的PVT解算过程采用的卫星虽然码编号是GPS卫星，但是实际上利用的是 北斗卫星，PVT精度跟传统的北斗接收机PVT精度相当。这样无需替换现有各行业中的设 备（包括GPS接收机）便能够实现GPS向北斗的过渡转换，因而能够大为降低设备的替换 难度，进而有效提升了通信的安全性和可靠性。
【附图说明】
[0023] 图1为基于北斗卫星信号转GPS模拟信号方法实现框图。
[0024] 图2为基于北斗卫星信号转GPS模拟信号系统原理框图。
[0025] 图3为北斗卫星信号接收处理模块的原理框图。
[0026] 图4为GPS信号同步产生流程图。
[0027] 图5为伪码NC0实现框图。
[0028] 图6为载波NC0实现框图。
[0029] 图7为电文编写逻辑框图。
[0030] 图8为GPS信号调制实现框图。
[0031] 图9为GPS信号同步产生FPGA实现框图。
[0032] 图10为启动电文调制时刻导航电文与C/A码时序图。
[0033]图11为外部中断5工作流程图。
【具体实施方式】
[0034] 一种基于北斗卫星信号转GPS模拟信号方法，如图1所示，包括如下步骤：
[0035] 步骤1，接收到北斗卫星信号，北斗卫星信号经下变频和模数转换后送入基带信号 处理。
[0036] 步骤2,在基带信号处理过程中，先对信号进行捕获，当同时跟踪四颗或四颗以上 的卫星信号时，方可进行PVT解算。捕获成功的可见星信号将继续在进行持续的跟踪，并获 得北斗码NC0、北斗载波NC0和北斗导航电文。在进行PVT解算的过程中，还进一步包括计 算出本地时钟与系统时间之差，并使用计算出的钟差修正本地时间，实现本地时间与导航 系统时间保持一致的步骤。
[0037] 步骤3,在实时时钟控制下，将北斗码NC0、北斗载波NC0和北斗导航电文转换为 GPS码NCO,GPS载波NC0和GPS导航电文，并生成GPS信号。
[0038] 在生成GPS信号的过程中，还进一步包括生成C/A码的步骤，且该C/A码需要同时 满足以下3个条件，即
[0039] ①根据接收到的北斗卫星号选定GPS卫星号产生所对应的C/A码序列，并有换星 功能。
[0040] ②能对接收到的北斗一个C/A码历元周期中的C/A码基码序列号，C/A码基码的 码片相位对应转化为GPS-个C/A基码序列号和基码的码。
[0041] ③GPS的C/A基码速率跟北斗C/A基码速率的比例关系是1:2,而且，生成的GPS 的C/A基码速率包含了卫星和接收机载体的相对运动带来的多普勒频率的影响。
[0042] 在进行北斗码NC0和北斗载波NC0转换为GPS码NCO,GPS载波NC0的过程中，还 进一步包括对数据进行闭环实时校正的步骤。
[0043] 步骤4,在实时时钟控制下，完成GPS信号的扩频和载波调制，生成GPS数字中频信 号。其中对GPS信号进行的是BPSK调制。
[0044] 步骤5,GPS数字中频信号经数模转换和上变频后，变为射频模拟信号向外发出。
[0045] 基于上述方法而设计的一种基于北斗卫星信号转GPS模拟信号系统，如图2所示， 其包括北斗信号接收单元和GPS信号模拟单元。北斗信号接收单元主要由下变频模块、模 数转换模块、钟差修正单元、基带信号处理模块和PVT解算模块组成，参见图3。GPS信号模 拟单元主要由导航电文编码模块、码和载波NC0模块、信号调制模块、数模转换模块和上变 频模块组成。下变频模块的输入端与北斗卫星相连。下变频模块的输出端经模数转换模块 与基带信号处理模块的输入端相连。该钟差修正单元的输入端与PVT解算模块相连，输出 端与基带信号处理模块相连。基带信号处理模块的输出端分为2路，一路经PVT解算模块 连接导航电文编码模块，另一路直接连接码和载波NC0模块。导航电文编码模块和码和载 波NC0模块的输出端均与信号调制模块相连，信号调制模块的输出端经数模转换模块连接 上变频模块的输入端。上变频模块的输出端通过电缆或天线与外部GPS接收机相连。
[0046] 基于DSP+FPGA平台，接收北斗