基于径向动态控制的gnss模拟器测试场景生成方法和系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及卫星导航领域，尤其是设及一种基于径向动态控制的GNSS模拟器测试 场景生成方法和系统。
【背景技术】
[0002] GNSS模拟器能够精确可控地仿真产生GPS/抓S/化ONASS/Galileo卫星所发播的、 经过空间传播到达接收机的导航信号，是GNSS系统用户接口与性能验证、用户设备联试和 应用保障、导航产品测试检验和各种GNSS专题试验不可或缺的重要仪器设备。
[0003] GNSS模拟器必须能够逼真地模拟实际环境下GNSS接收机所接收导航信号的动态 变化，其中码速率、码相位、载波多普勒、载波相位运些描述信号状态的重要参数的变化主 要取决于卫星发射天线相位中屯、与接收机天线相位中屯、在其视线化0S，Line Of Si曲t)方 向（又称径向）上的相对动态，包括相对位置、相对速度、相对加速度和相对加加速度等;在 此基础上还受到卫星星历误差、星钟误差、电离层延迟、对流层延迟、相对论效应、多径效 应、硬件延迟等误差因素的影响，运些影响均可W等效归属到L0S方向的用户距离误差 化RE,User Range化ror)上。模拟器所能正常仿真或接收机所能正常接收的GNSS信号的动 态参数应达到一定的范围、分辨率和准确度要求，运些动态性能指标不仅是模拟器、也是接 收机产品性能指标体系中一个非常重要的方面。此外，根据模拟器/接收机的工作原理、设 计技术和试验验证方法，不同的码相位、载波相位变化特性会在一定程度上影响模拟器仿 真产生信号所能达到的精度/接收机跟踪信号所能达到的测量精度，包括模拟器仿真/接收 机测量的伪距精度、伪距率精度、载波相位精度、不同信号或不同通道之间的一致性等性能 指标。因此，研究运些受径向动态特性影响的指标测试所需的载体动态场景设计方法，是规 范化模拟器/接收机性能指标测试评估的必要手段，对于模拟器/接收机产品合格评定与 质量认证，W及开展各种可控动态条件下的联调联试和系统试验，都具有非常重要的意义。
【发明内容】
[0004] 本发明的一个目的在于提供一种可用于受径向动态特性影响的模拟器和接收机 性能指标测试的载体Ξ维动态轨迹生成方法，W实现对模拟器所仿真信号的码相位变化和 载波相位变化特性的精确控制，从而提高测试的科学性、客观性、可控性和测试效率。
[0005] 第一方面，本发明提供了一种基于径向动态控制的GNSS模拟器测试场景生成方 法，包括：
[0006] 步骤S1，获取用户设置的卫星星历基准、仿真卫星号、仿真起始时刻to,计算每一 个仿真历元时刻的卫星Ξ维动态参数;所述卫星Ξ维动态参数用于卫星天线相位中屯、在 ECEF空间直角坐标系中的位置、速度、加速度和加加速度信息；
[0007] 步骤S2,获取用户设置的径向动态场景;所述径向动态场景用于模拟载体接收机 天线相位中屯、相对于卫星天线相位中屯、的运动参数，包括初始动态、多个匀加加速直线运 动段和多个匀变幅匀变频正弦运动段W及每一个运动段内的径向动态控制参数;其中，初 始动态包括载体接收机天线相位中屯、在ECEF空间直角坐标系中的初始位置 P,,。= {乂如辦，丐及相对于卫星天线相位中屯、的初始速度V0、初始加速度ao和初始加加速 度jo;对于任意正整数k，当第k个运动段为匀加加速直线运动段时，径向动态控制参数包括 运动段持续时间A tk、径向加速度跳变量么鸿_1、径向加加速度?,￡;当第k个运动段为匀变幅 匀变频正弦运动段时，径向动态控制参数包括运动段持续时间A tk、角频率初值Wk、距离幅 度初值Dk、角频率变化率卸、距离幅度变化率A ;
[0008] 步骤S3,根据各个运动段内的径向动态控制参数及相应的运动模型计算每一个仿 真历元时刻的径向动态参数;所述径向动态参数用于表示载体接收机天线相位中屯、相对于 卫星天线相位中屯、的距离、速度、加速度和加加速度信息；
[0009] 步骤S4,根据每一个仿真历元时刻的卫星Ξ维动态参数W及对应的径向动态参数 确定载体接收机天线相位中屯、在该仿真历元时刻在E(EF空间直角坐标系中的位置、速度、 加速度和加加速度信息，得到在ECEF空间直角坐标系的载体Ξ维动态轨迹；
[0010] 步骤S5,将所述载体Ξ维动态轨迹和所述卫星星历基准输出。
[0011] 进一步的，所述径向动态参数包括:载体接收机天线相位中屯、相对于卫星天线相 位中屯、的距离d(t)、速度v(t)、加速度a(t)和加加速度j(t)。
[0012] 进一步的，所述步骤S3包括:对于第k个运动段内的仿真历元时刻t，当第k个运动 段为匀加加速直线运动段时，按照如下公式计算对应的径向动态参数：
[0018] 其中，tk-i是第k-1个运动段的结束时刻;ak-i为第k-1个运动段结束时刻的相对加 速度，vk-i为第k-1个运动段结束时刻的相对速度;dk-i为第k-1个运动段结束时刻的相对距 离。
[0019] 进一步的，所述步骤S3包括:对于第k个运动段内的仿真历元时刻t，当第k个运动 段为匀变幅匀变频正弦运动段时，按照如下公式计算对应的径向动态参数：
[0025]其中，tk-i是第k-1个运动段的结束时刻;dk-i为第k-1个运动段结束时刻的相对距 离；为正弦运动的初相。
[00%]进一步的，对于任意正整数n，第η个仿真历元时刻tn的卫星Ξ维动态参数包括卫 星天线相位中屯、的Ξ维位置矢量Ρ,,,'Ξ维速度矢量维加速度矢量as.和Ξ维加加速 度矢量
[0027]所述步骤S4具体包括:按照如下公式计算载体接收机天线相位中屯、在仿真历元时 刻tn在ECEF空间直角坐标系中的Ξ维位置矢量Pu，和瞬时Ξ维速度矢量V。, 'Ξ维加速度 矢量和Ξ维加加速度矢量
为第η个仿真历元时刻的相对距离;vn为第η个仿真历元时刻的相对速度;an为第η个仿真历 元时刻的相对加速度;jn为第η个仿真历元时刻的相对加加速度。
[0030] 第二方面，本发明提供了一种基于径向动态控制的GNSS模拟器测试场景生成系 统，包括：
[0031] 第一获取模块，用于获取用户设置的卫星星历基准、仿真卫星号、仿真起始时刻 to,计算每一个仿真历元时刻的卫星Ξ维动态参数;所述卫星Ξ维动态参数用于卫星天线 相位中屯、在E(EF空间直角坐标系中的位置、速度、加速度和加加速度信息；
[0032] 第二获取模块，用于获取用户设置的径向动态场景;所述径向动态场景用于模拟 载体接收机天线相位中屯、相对于卫星天线相位中屯、的运动参数，包括初始动态、多个匀加 加速直线运动段和多个匀变幅匀变频正弦运动段W及每一个运动段内的径向动态控制参 数；其中，初始动态包括载体接收机天线相位中屯、在ECEF空间直角坐标系中的初始位置 P,,。= ·?.Υ()，於，及ffi对于天线ffi位中屯、的权I始速度V0、初始加速度ao和初始加加速 度jo;对于任意正整数k，当第k个运动段为匀加加速直线运动段时，径向动态控制参数包 括运动段持续时间A tk、径向加速度跳变量Δ<_ι、径向加加速度Λ ;当第k个运动段为匀变 幅匀变频正弦运动段时，径向动态控制参数包括运动段持续时间Δ tk、角频率初值wk、距离 幅度初值Dk、角频率变化率却、距离幅度变化率鸟；
[0033] 径向动态计算模块，用于根据各个运动段内的径向动态控制参数及相应的运动模 型计算每一个仿真历元时刻的径向动态参数;所述径向动态参数用于表示载体接收机天线 相位中屯、相对于卫星天线相位中屯、的距离、速度、加速度和加加速度信息；
[0034] 载体Ξ维动态轨迹生成模块，用于根据每一个仿真历元时刻的卫星Ξ维动态参数 W及对应的径向动态参数确定载体接收机天线相位中屯、在该仿真历元时刻在ECEF空间直 角坐标系中的位置、速度、加速度和加加速度信息，得到在ECEF空间直角坐标系的载体Ξ维 动态轨迹；
[0035] 输出模块，用于将所述载体Ξ维动态轨迹和所述卫星星历基准输出。
[0036] 进一步的，所述径向动态参数包括:载体接收机天线相位中屯、相对于卫星天线相 位中屯、的距离d(t)、速度v(t)、加速度a(t)和加加速度j(t)。
[0037] 进一步的，所述径向动态计算模块具体用于对于第k个运动段内的仿真历元时刻 t，当第k个运动段为匀加加速直线运动段时，按照如下公式计算对应的径向动态参数：
[0043] 其中，tk-i是第k-1个运动段的结束时刻;ak-i为第k-1个运动段结束时刻的相对加 速度，vk-i为第k-1个运动段结束时刻的相对速度;dk-i为第k-1个运动段结束时刻的相对距 离。
[0044] 进一步的，所述径向动态计算模块具体用于对于第k个运动段内的仿真历元时刻 t，当第k个运动段为匀变幅匀变频正弦运动段时，按照如下公式计算对应的径向动态参数：
[0050] 其中，tk-i是第k-1个运动段的结束时刻;dk-i为第k-1个运动段结束时刻的相对距 离;賊-1为正弦运动的初相。
[0051] 进一步的，对于任意正整数n，第η个仿真历元时刻tn的卫星Ξ维动态参数包括卫 星天线相位中屯、的S维位置矢量Ρ,/Ξ维速度矢量V,,,'S维加速度矢量^，和立维加加速 度矢量J
[0052] 所述载体Ξ维动态轨迹生成模块具体用于按照如下公式计算载体接收机天线相 位中屯、在仿真历元时刻tn在ECEF空间直角坐标系中的Ξ维位置矢量P,<,和瞬时Ξ维速度矢 量维加速度矢量。郝Ξ维加加速度矢量心。；
为第η个仿真历元时刻的相对距离;vn为第η个仿真历元时刻的相对速度;an为第η个仿真历 元时刻的相对加速度;jn为第η个仿真历元时刻的相对加加速度。
[0055] 本