北斗全球多频点卫星信号模拟系统的设计与实现

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随着北斗三号卫星完成全球组网,北斗导航的应用越来越广泛,市场对北斗卫星导航接收机提出了多频点的需求。北斗全球多频点卫星信号模拟系统是一种可以在室内模拟北斗多频点卫星导航信号的设备,用户可以通过上位机配置模拟场景,测试北斗多频点导航接收机在复杂环境下的性能。因此,北斗全球多频点卫星信号模拟系统对于高性能北斗多频点导航接收机的研发具有重要意义。本文在国内外卫星信号模拟器的研究基础上,设计并实现了北斗全球多频点卫星信号模拟系统,主要工作如下:(1)基于北斗卫星导航信号的基本原理,深入研究了m、Gold、Weil三种伪随机序列并进行了相关特性仿真,分析了北斗B1I、B1C、B2a信号体制;(2)针对真实卫星信号与模拟卫星信号差异大的问题,深入研究了卫星信号延迟技术、实时计算技术、高精度数字信号合成技术,构建了空间传播延迟、地球自转延迟等数学模型,设计了一种基于DDS技术的多普勒频移模拟方法,提高了模拟卫星信号的真实性,实现了卫星信号的高精度模拟;(3)针对恒温晶振输出频率误差大、稳定性低的问题,设计了一种基于FPGA的晶振驯服方法。该方法利用恒温晶振输出的时钟信号作为FPGA的源时钟,将北斗授时接收机的标准秒脉冲信号与FPGA内部生成的秒脉冲信号在FPGA内部进行时间间隔测量并根据测量差值对恒温晶振进行压控,经过多次压控实现了恒温晶振的驯服,大幅度提高了恒温晶振频率的稳定性与精确性,FPGA内部生成的秒脉冲精度优于10ns;(4)设计了北斗全球多频点卫星信号模拟系统的总体方案,设计了系统中各模块的电路,实现了各模块的功能。通过DSP实现了可见星计算、相位计算、频率控制字计算、导航电文编码与数据交互等功能,通过FPGA实现了伪码生成、载波生成与信号调制的功能,生成了数字中频信号。系统最终实现了北斗B1I、B1C、B2a卫星导航信号的模拟;(5)设计了北斗全球多频点卫星模拟系统的测试平台,对信号模拟系统的中频信号、信号捕获、静态定位、动态定位、信号功率控制、运行功耗进行了测试和分析。测试结果表明,本系统模拟的信号正确,静态模拟与动态模拟的精度均优于3m,系统功率控制精准,具有较好的信号功率控制能力,运行功耗较低,仅为5.2W,本文设计的北斗全球多频点卫星模拟系统各项性能均满足设计要求。
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