GPS信号模拟器卫星状态参数的算法研究(精)

合集下载

卫星信号模拟器测试高动态GPS精度方法研究

6DIGITCWDI G I T C W技术研究Technology Study2018.041 引言GNSS 系统以其全球性、全天候、高精度、高可靠性等特点广泛应用于军事、经济、科研和社会生活方方面面。

高动态GPS 定位精度的评定方法因真值难以获得，搭载试验成本高昂等因素制约而无法获得，是急需解决的难点问题，卫星信号模拟器是一种卫星导航测试领域公认的GNSS 性能测试和精度鉴定工具，具备GNSS 定位终端精度评定能力，通过构建测试场景，对被试设备进行精度评定，评定结果并与外场试验结果对比验证，验证卫星信号模拟器方法的科学性和有效性，为高动态GPS 定位精度评定提供一种新的方法。

2 火箭撬搭载试验火箭撬试验是将被试设备安装在火箭滑车撬体上，通过火箭发动机对火箭滑车撬体进行推进，模拟载体实际运行时大过载力学环境下的工作特性，考核撬体上被试设备功能。

[5]火箭撬搭载试验的试验场地隶属某航空救生装备有限公司。

火箭撬滑轨全长6.1千米，直线精度0.2毫米以内，最大承重4吨，最大速度为2.8马赫。

试验测试的高动态GPS 接收机由高动态OEM 板卡（单频L1；最大加速度30g ；最大速度不受限制；数据更新率20Hz ）、MP1270单频航空型GPS 天线，2G 容量数据记录器及12V/4Ah 锂电池组成。

搭载试验共进行两次（第一次2015年7月31日上午10时进行；第二次2015年8月1日上午9时45分进行）。

被试GPS 天线相位中心相对于火箭滑车霍尔器件的位置经测量为长2.4米，宽0.14米，高1.95米。

数据处理时通过坐标转换将天线相位中心点与真值点进行归化解算。

基准点位置坐标为（WGS-84坐标系）：LAT ：32°24′03.3136″N ；LON ：112°08′10.6731″E ；H ：117.716m 。

经过对被试GPS 接收机测量数据与真值数据卫星信号模拟器测试高动态GPS精度方法研究孟巍（中国人民解放军92941部队43分队，葫芦岛 125001）摘要：GPS接收机高动态下的定位精度评定方法因真值难以获得，搭载试验成本高昂等因素制约而无法广泛应用。

GPS参数的计算与设置

野外地质工作中GPS参数的计算和设置司荣军河南理工大学资源环境学院，焦作市，454000摘要：GPS以全天候、高精度、成本低、操作简单、高效益等显著特点，广泛地应用于野外地质工作中，给定位提供了极大的方便，可是有的地质工作者面对诸多的参数计算和设置感到束手无策。

其实把WGS-84坐标转换到北京54坐标或西安80坐标，虽然需要设置9个转换参数，但其中5个是常数，只有另外4个参数，即L0、DX、DY、DZ随工作区的变化需要不断调整而已。

L0可以通过投影带编号或纬度直接计算，DX、DY、DZ有4种获取方法，简单易学实用。

关键词：GPS，参数设置，中央经线，6°带，3°带GPS以全天候、高精度、成本低、操作简单、高效益等显著特点，广泛地应用于野外地质工作中，给地质点定位提供了极大的方便，大大地提高工作效率。

但是GPS所使用的坐标系是WGS-84坐标系，即1984年世界大地坐标系，而我们使用的地图资源大部分都属于1954年北京坐标系（简称BJ54坐标）或1980年西安坐标系，即1980年国家大地坐标系（简称GD80坐标）。

把WGS-84坐标转换到BJ54坐标或GD80坐标，必须求出当地两个坐标系（WGS-84和BJ54坐标或GD80坐标）之间的9个转换参数。

经过坐标转换后的GPS绝对定位精度才能由80-120m提高到5-10m。

因为全国各地转换参数并不一致，野外工作中每到一个新的工区（数十至上百公里以外）一般要重新计算和设置参数。

关于三参数的计算有很多文献，但文献中介绍的方法多是针对测量专业技术人员的，十分复杂，作为一般地质技术人员，难以掌握[1，2]，有的介绍的过于简单且不全面[3]，加之需要设置的参数较多，有的地质专业技术人员干脆只转换坐标系而不设置转换参数，或者只设置其中的部分参数，造成定位误差偏大。

其实把WGS-84坐标转换到北京54坐标或西安80坐标，虽然需要设置9个转换参数，但其中5个是常数，只是另外4个参数，即L0、DX、DY、DZ随工作区的变化需要不断调整而已。

GPS卫星导航信号模拟器主要误差参数建模与仿真研究

GPS卫星导航信号模拟器主要误差参数建模与仿真研究GPS卫星导航信号模拟器是导航测试与仿真平台的关键设备之一，可在室内环境下为导航接收机的研制与测试以及半实物仿真系统提供高精度导航信号。

GPS卫星导航信号模拟器作为接收产品测试和仿真平台的核心仪器，要能够模拟导航信号在传播过程中的多种误差源对导航信号的影响。

文章介绍了信号生成模型、主要误差模型，并给出了仿真验证结果。

标签：卫星导航；误差模型；仿真引言近年来，卫星导航技术迅猛发展，全球卫星导航系统已经成为了重要的空间信息基础设施，其应用范围逐渐扩大到航空、航天、陆地、海洋等军事和民用领域，是关系到国家的发展和安全的战略产业。

而GPS卫星导航信号模拟器作为接收产品测试和仿真平台的核心仪器也一直受到军事和有关部门的关注。

由于GPS接收机在当前时刻接收到的卫星信号是经过空间传播延之后的信号，同时，空间传播延时由于卫星与接收机之间的距离、电波折射影响等密切相关。

因此，针对卫星导航信号模型和主要误差模型进行研究就必不可少。

文章针对卫星导航信号的主要误差模型记性研究，并完成了误差修正的仿真实验。

1 GPS卫星导航模拟器信号生成模型2.3 电离层误差模型电离层中充满电离子和电子，当卫星信号穿过电离层时，信号的传播速度和传播方向会发生改变。

信号的电离层延迟主要取决于电离层中的电子的浓度，即单位体积内所含自由电子的个数，这里采用Klobuchar模型来模拟电离层误差，通过星历中？琢i、？茁i（i=0，1，2，3）参数得到电离层延迟误差，其修正精度可达到60%左右。

2.4对流层误差模型对流层对信号的延时与电离层不同，其折射率与电磁波的频率无关，故GPS 信号穿过对流层的相速和群速是相等的。

因为对流层的延时与气象数据有关，没有统一精准的数学模型，文章采用Hopfield经验模型。

3 算法验证文章采用MATLAB软件进行主要误差模型仿真验证，卫星数据基于GPS卫星的Rinex导航电文文件，文件包含GPS卫星在2010年10月7日全天的导航数据。

GPS信号仿真器校准方法

校准规范。我们在参照这些相关校准规范及生产其电平会被放大，增加１Ｂ０。既然内部噪声主要ｄ厂家的校准手册的基础上，摸索行之有效的校准由中放的第一级产生，因而输人衰减器不影响内
方法，对信号仿真器的主要项目：频率、电平、部噪声电平，但输入衰减器影响混频器的信号电调制等参数进行校准。平，并降低了信噪比。
对于ＧＳ仿真器通常选取１５５４Ｐ７．２ＭＨｚ和１２．ｚ７０２６ＭＨ两个常用的频率校准点。
个别仪器仍旧会碰到信号抖动的情况，可以使用求平均值的功能来读得相对稳定的信号。
２．电平准确度校准２
通过以上方法，可以准确、快速地在指定频与测试合成频率类似，为了模拟地面收到率点上测得电平值。的ＧＳ信号，ＧＳ真器的最大输出电平一般２３数字调制参数校准Ｐ小Ｐ仿－
工业出版社，２０．０６
常；反之，ＥＭ正常，Ｒｏ多正常。因此，对Ｖｈ大ＱＳＰＫ调制而言，Ｒｏ只是反映调制质量的一个侧ｈ面，仅以Ｒｏ判断调制是否正常是不全面的。ｈ来
［吴幼璋，赵海宁，于汇东，等．２］数字调制质量参数的校准和量值
溯源北京：计量学报，２ｏ，２３０５６（）：２１２４７— ７．
如果Ｒｏｈ不与ＥＭ及星座图相结合，往往不能比Ｖ较客观地、完整地反映总的调制质量。在ＣＭＡＤ网络的测量中，普遍存在Ｒｏｈ合格而ＥＭ不合格Ｖ

GPS信号仿真器方案设计与实现

用户状态推进均采取专用线程处理，保证了ＡＭ与ＤＰ的ＲＳ
（）＝巧ｃｌｔ）￡Ｊ（一０，
，ｔ）２一（
，ｆ）３一 ’ （
同步高效数据传输和处理。
同时ＡＲ程序采用模块化设计，始设置模块载入用Ｍ初
｛（￡）＝勺＋ｃ（，２，卜）Ｊ（一１ｊ２＋ｃ），３
第ｉＧＳ颗Ｐ卫星发射的民用ｕ信号可表示为… ：
Ｓ＝
收稿日期：０１０ — ３修回日期：１ — ４３２１ — ２２２１０ —１０
—
＿。ｃ（ｏ（Ｄ（）ｃ ∞。￡￡ｓｔ
。）（）１
式中：Ｌ一第ｉｓ“ 颗卫星发射信号；一ｃ，码的传播能量；Ｐ／４
中图分类号：Ｐ３Ｔ３７文献标识码：Ｂ
ＤｅｉｎａｄＩｐｅｎａｉｎｏｓｇｎｍｌｍｅｔｔｆＧＰＳＳｇａｉｌｔｒＢａｅｎＡＲＭｏｉｎｌＳｍｕａｏｓｄｏ
ＸＩｉＨＯＵＢＳｎＹｈ —ｃｅｇＥＪｅ，ｏ，ＨＩＹａｇ，ＡＯＺｉｈｎ
表示：
ｒ
ＡＭ作系统上位机，Ｒ需完成系统初始化，用户初始状态
及运动轨迹设置、初始导航电文生成、真过程中与下位机仿实时通信与数据处理、所仿真卫星状态和用户状态显示实时
推进等功能。
ＡＭ选择嵌入式ＷｉｏｓＣ系统，序利用ＶｓａＲｎｗＥｄ程ｉｌｕＳｕｉ２０ｔｄｏ０８开发，采用多线程技术，据读取、数处理和显示及

GPS信号的测距仿真分析(学习笔记)

GPS 信号体制和精度仿真分析本文主要对GPS 信号的体制进行了一些详细的分析，针对C/A 的产生和GPS 扩频通信系统进行了简单的仿真。

在此基础上又对GPS 的测距精度存在的主要问题进行了一些简单的讨论。

1. GPS 信号体制我们知道从卫星到地面接收机这中间的信号干扰太多，距离也很长，所以如何设置一种GPS 的信号体制成了至关重要的问题。

通常而言，GPS 信号主要由载波、伪随机噪声码、和导航电文组成[1]。

载波有两个频段，L1=1575.42MHz 为民用频段，L2=1227.60MHz 为军用频段。

相应地，伪随机噪声码也有两种，分别用于民用和军用：C/A 码（Coarse/Acquisition Code ）和P(Y)码（Precise Code ）。

C/A 码是用于进行粗略测距和捕获P 码的粗码，也称捕获码。

周期Tc 为1毫秒，一个周期含有码片即码长等于1023，每个码片持续的时间即码片周期Tb=1ms/1023=0.977517微秒，相应的码元宽度为293.25米。

C/A 码是一种公开的明码，可供全球用户免费使用。

但C/A 码一般只调制在L1载波上，所以无法精确地消除电离层延迟。

测距精度一般为±（2~3）米。

P(Y)码是精确测定从GPS 卫星到用户接收机距离的测距码，也称精码。

实际周期为一周，码长约为10e4，码元周期0.097752微秒，相应码元宽度为29.3米。

P 码同时调制到L1载波和L2载波上，测距精度约为0.3米。

导航电文中包含了反应卫星在空间位置、卫星钟的修正参数、电离层延迟改正数等GPS 定位所必要的信息，因此导航电文也称数据码（Data Message ，D 码），其传输速率为50bit/s 。

由于P(Y)码军用周期太长，不便于接收，所以我们本文讨论的基本上都是C/A 码。

又以上信息可看出，C/A 码码率是导航电文的20460倍，但由于C/A 码长为1023，所以每发一比特导航电文，就要发送20次C/A 码，因为它们的时间是同步的。

GPS卫星位置计算方法研究

GPS卫星位置计算方法研究摘要：利用GPS计算卫星位置有两种方法：其一是从接收机中获得卫星的广播星历，从广播星历中提取出有效信息，然后进行卫星位置的计算；其二是从相应的网站中下载得到卫星的精密星历文件，然后利用拉格朗日插值公式计算卫星位置。

由于上述两种计算卫星位置的方法都存在着一定的缺点，因此本文详细介绍了切比雪夫多项式标准化卫星轨道的方法。

本论文对上述两种计算卫星位置的方法进行了详细探讨，并对切比雪夫多项式标准化卫星轨道的方法进行了详细的阐述。

并且通过实验，对上述的方法进行了检验，证明上述方法计算卫星位置的可行性。

关键词：GPS；广播星历；精密星历；拉格朗日插值公式；切比雪夫多项式；卫星位置RESEARCH ON THE CALCULATION OF GPS SATELLITE POSITIONAbstract: GPS satellite position is calculated in two ways：first, effective information was extracted form the broadcast ephemeris which is received form the receiver, and then calculating the satellite position, second, precise ephemeris are downloaded from the relevant web site, and then calculating the satellite position with Lagrange’s interpolation. Due to the above two methods of calculating the sat ellite position exist obvious disadvantages，a detailed presentation about standarding the satellite orbit with Chebyshev polynomial was made in this paper. A detailed discussion about the two methods of calculating the satellite position was made in this paper, and a detailed presentation about standarding the satellite orbit with Chebyshev polynomial was made in this paper. The above methods are validated through the experiment, and the methods above are confirmed feasible in this paper.Key word: GPS; Broadcast ephemeris; Precise ephemeris; Lagra nge’s interpolation; Chebyshev polynomial; Satellite position前言GPS技术中的一个重要内容就是精确确定GPS卫星轨道。

GPS定位算法范文

GPS定位算法范文GPS定位算法是指通过全球定位系统（GPS）接收器获取卫星信号，并通过算法计算出接收器的准确位置信息的过程。

GPS定位算法是GPS技术的核心部分，它结合了多种算法和数据处理技术来实现精确的定位结果。

以下将详细介绍GPS定位算法的原理和常用的定位方法。

GPS多边定位法：多边定位法是GPS定位算法中最常用的方法之一、它基于三角形的几何关系，通过计算接收器到多个卫星的距离差异，来确定接收器的位置。

具体步骤如下：1.接收卫星信号：GPS接收器接收来自多颗卫星的信号。

2.计算卫星和接收器的距离：通过卫星信号的传输时间和光速的近似值，计算出接收器到每颗卫星的距离。

3.构建测量方程：利用接收器到卫星的距离和卫星的位置信息，构建一个多元方程组。

4.求解方程组：通过数值计算方法，求解多元方程组，得到接收器的坐标。

加权平均法：加权平均法是一种改进的多边定位法，它考虑到了卫星的精度和信号强度对定位结果的影响。

具体步骤如下：1.接收卫星信号：GPS接收器接收来自多颗卫星的信号。

2.计算卫星和接收器的距离：通过卫星信号的传输时间和光速的近似值，计算出接收器到每颗卫星的距离。

3.选择可用的卫星：根据卫星信号的强度和预先定义的阈值，选择可用于定位的卫星。

4.加权计算：根据卫星信号的精度和信号强度，对接收器到每颗卫星的距离进行加权计算。

5.构建加权测量方程：利用加权后的距离和卫星的位置信息，构建一个加权多元方程组。

6.求解方程组：通过数值计算方法，求解加权多元方程组，得到接收器的坐标。

信号处理和误差校正：在实际应用中，GPS定位算法还需要进行信号处理和误差校正。

信号处理主要包括卫星信号的解调、解码和误差校正，以提高接收器对信号的处理能力和定位精度。

误差校正主要包括对大气延迟、钟差等误差进行校正，以提高定位结果的准确性。

总结：GPS定位算法是通过计算接收器到多颗卫星的距离，实现接收器位置定位的算法。

多边定位法和加权平均法是常用的GPS定位算法，它们基于三角形的几何关系，通过计算距离差异来确定接收器的位置。

gps卫星信号模拟器如何模拟gps信号

gps卫星信号模拟器如何模拟gps信号SYN5203型GPS模拟器能够精确、无误的模拟出GPS卫星导航授时信息，通过自身可发出定位授时信息，支持实时星历和外部星历参数输入，能满足各类GPS导航仪终端的测试需求。

gps信号发生器可模拟卫星颗数为16颗，正常一般是10-12颗。

GPS信号模拟器输出的是真实的GPS信号，接收机接收的所有语句都能输出，在应用中接收机是分辨不出来我们的信号和真实信号的。

主要有静态（定点）轨迹制作、动态轨迹制作、轨迹信号发送和实时轨迹录制4大功能。

其中实时轨迹录制就是在需要后期模拟的轨迹的地方实地录制一圈，也可以理解为录制和回放的过程。

经过认真分析得出，gps信号发生器的录制功能如下：实现页面的地图功能，包括简单的地图缩放、平移、拖拽、2D/3D地图切换，卫星地图标记；实现范围内某一位置的标记及查询。

实现公交乘车导航，输入起始点位置，在显示器上面实现导航线路，显示换乘方案；实现某一线路查询功能，输入某一线路，查询这一条线路的站点信息和车辆等待和堵塞及来往信息，显示车辆的线路运行轨迹；查询某辆公交车GPS数据信息，显示车辆的状态及动态轨迹；实现查询某辆公交车的当前位置信息，在地图上显示出来；实现查询某部车辆的运行轨迹，输入车牌号，在地图上动态的显示车辆的某一时间段内的运行轨迹。

SYN5203型gps信号发生器技术指标中指出覆盖范围为方圆1万平米，半径100米之内。

可以连接他发出的范围里面的所有gps接收机。

假如您需要缩小模拟的GPS信号辐射范围，防止信号强度过大干扰到周边其它工作的设备，建议直连，直连后信号比较弱另外可加配信号衰减器连接在模拟器输出接口上。

该款卫星模拟器信内置温补晶振可以外接恒温晶振，当内置温补晶振时信号精度的定位精度≤5米，外接恒温晶振时定位精度≤1米，信号精度的速度精度≤0.1m/s。

轨迹录制时需要外接SMA接口的车载天线，定位精度是2.5米CEP，速度精度0.1m/s。

GPS信号模拟器卫星状态参数的算法研究

Ｐ￡一Ｐ）（）（＋（－ｔ）Ｐ）ｔｏ一（ｉｔ一。＋（－ｔ）（））ｔｏ
从ＧＳ的官方网站上下载得到的历书和ＵＴＰＣ参数满足模拟器的设计要求，收或下载得到的星历数据则需经过但接外推。本节即利用摄动力方程以及拉格朗日行星运行方程推导计算了星历数据中的６轨道参数（，，，叫个ｎｅｉｎ，，Ｍ）并对其进行仿真验证。，１１轨道参数的计算．
括星历、历书和ＵＴＣ数据。其中，通过ＧＰＳ接收机接收或
椅、Ｖ征轨遁多数上展升，话诬硌明Ｈ仃星运仃万；根Ｉ茔
对其求导，终可得时刻历元ｔ应的６轨道参数：最对个
）（＋（ｔ（￡骞ｔｏ￡０－）０））
ｓｍｕａｉｇｂａｌｂｔｎｌｚｈｉｌｔｙＭｔＯａｙｅｔｅＧＰＳｌｃｔｎｉｉｅｅｔｏｂｔｌｈｈｎｅｒｌｆｓｔｌｉｏｌｗｅｙｔｅｎｎａａｏａｉｎｄｆｒｎｒｉ，ｔｅｃａｇｕｅｏａｅｌｅｆｌｏｆａｔｏｄｂｉ，ａｄｍｔｅｖｌｅｏｈａｕｆＧＤＯＰ，ｔｅｐｒｍｅｅｏｒｍｈｌｏｉａｅｈｅｎｆｓｍｕａｏｅｉｎｈａａｔｒｇｔｆｏｔｅａｇｒｔｍｈｃｎｍｅｔｔｅｄｍａｄｏｉｌｔｒｄｓｇ．
面的ＧＳ星座分布、Ｐ卫星地迹随时间的变化规律和ＧＤＯＰ值，而验证了计算得到的卫星轨道参数满足模拟器的设从计及性能要求。

高动态GPS信号模拟和处理研究

高动态GPS信号模拟和处理研究目录第一章绪论 (1)1.1引言 (1)1.2 卫星导航技术的研究现状 (1)1.3 高动态下GPS导航技术发展动态 (2)1.4论文主要内容和组织架构 (3)第二章 GPS系统工作原理及信号分析 (5)2.1 GPS系统构成和工作原理 (5)2.1.1 GPS系统构成 (5)2.1.2 工作原理 (6)2.2 GPS信号结构和功率分析 (7)2.2.1 信号结构分析 (7)2.2.3 信号功率分析 (12)2.3高动态下GPS信号特点 (14)2.4 本章小结 (15)第三章高动态下GPS信号模拟及分析 (16)3.1高动态下GPS信号数学模型 (16)3.1.1 非高动态环境下GPS中频信号数学模型建立 (16) 3.1.2 高动态环境下数学模型修正 (18)3.2 卫星位置计算和载体运动模型建立 (20)3.2.1 卫星位置计算 (20)3.2.2 高动态载体运动设计 (23)3.3 高动态下GPS中频信号各模块实现 (24)3.4 高动态下GPS中信号产生及验证 (27)3.5 本章小结 (29)第四章高动态环境下信号捕获分析 (30)4.1 信号捕获基本原理 (30)4.2 高动态下捕获参数影响分析 (31)4.3高动态下捕获算法与仿真 (36)4.3.1 捕获理论分析 (37)4.3.2 捕获算法实验对比分析 (41)4.4本章小结 (44)第五章高动态下GPS中频信号跟踪方案设计和分析 (45)5.1 GPS跟踪基本原理 (45)5.1.1 锁相环结构 (45)5.1.2 数学模型和参数分析 (47)5.2高动态跟踪环路设计 (51)5.2.1 码跟踪设计 (51)5.2.2 载波跟踪设计 (53)5.2.3 INS辅助GPS 信号跟踪算法 (56)5.3 跟踪方法的对比分析 (57)5.4 本章小结 (62)第六章结论与展望 (63)6.1 本文回顾及结论 (63)6.2 研究展望 (64)参考文献 (65)致谢 (68)攻读硕士学位期间已发表或录用的论文 (69)第一章绪论1.1引言全球定位系统(Global Positioning System, GPS)是美国国防部在1973年开始创建的一种基于无线电的导航定位系统，其全称是“授时与测距导航全球定位系统”（Navigation by Satellite Timing and Ranging (NA VSTAR) Global Positioning System（GPS）），这是一种目前最为成熟的卫星导航系统，在导航定位、精确定位、精密授时、大气研究、精确制导、航天器定轨等方面有着广泛的应用。

GPS北斗定位解算算法的研究

GPS北斗定位解算算法的研究一、本文概述随着全球定位系统的快速发展，GPS和北斗卫星导航系统已成为人们日常生活中不可或缺的定位技术。

它们通过接收来自多个卫星的信号，计算出接收器在地球上的位置，为导航、测量、军事等领域提供了强大的支持。

然而，GPS和北斗定位解算算法的研究，作为定位技术的核心，其复杂性和精度要求使得这一领域的研究具有重要的理论价值和实践意义。

本文旨在深入研究GPS和北斗定位解算算法，分析其原理、特点和优化方法，旨在提高定位精度和效率。

文章首先简要介绍了GPS和北斗卫星导航系统的基本原理和发展现状，然后重点阐述了定位解算算法的基本理论和关键技术，包括信号接收、信号处理、定位解算等过程。

在此基础上，文章对现有的定位解算算法进行了分析和比较，指出了各自的优缺点和适用范围。

为了进一步提高定位精度和效率，文章还探讨了定位解算算法的优化方法。

通过引入先进的信号处理技术和优化算法，对传统的定位解算算法进行了改进和创新。

这些优化方法包括滤波技术、最小二乘法、神经网络等，它们可以有效地提高定位精度、减少定位时间和降低误差。

文章对GPS和北斗定位解算算法的未来发展趋势进行了展望。

随着技术的不断进步和应用领域的不断拓展，定位解算算法将面临着更多的挑战和机遇。

未来，我们将继续深入研究定位解算算法，推动其在导航、测量、军事等领域的应用和发展。

本文的研究将为GPS和北斗定位解算算法的优化和应用提供理论支持和实践指导，有助于推动我国卫星导航事业的发展和创新。

二、GPS和北斗卫星导航系统概述全球定位系统（GPS）是由美国国防部研制建立的一种具有全方位、全天候、全时段、高精度的卫星导航系统，能为全球用户提供低成本、高精度的三维位置、车行速度及精确的时间信息。

该系统由空间部分——GPS卫星、地面控制部分-地面监控系统、用户部分-GPS 信号接收器三大部分组成。

GPS系统最初是为了军事目的设计的，但现在已经广泛应用于商业和民用领域，包括航空、航海、车辆导航、测量和地理信息系统等。

gps卫星坐标计算

#gps卫星坐标计算1. 引言GPS(Global Positioning System)是一种全球定位系统，通过卫星与接收设备之间的通信，来定位和导航。

GPS定位技术被广泛应用于导航、地图制作、军事、航空航天、交通运输等领域。

在GPS中，卫星坐标计算是其中一个关键的过程，本文将介绍GPS卫星坐标计算的原理和方法。

2. 基本原理GPS系统由一组卫星和地面接收设备组成。

卫星通过无线电信号向接收设备发送原始观测数据，接收设备利用这些数据计算出卫星的位置和接收设备与卫星之间的距离。

卫星的位置信息通常使用WGS84坐标系表示，而接收设备的坐标则以地理坐标系表示。

3. GPS卫星坐标计算的方法3.1. 周向角和小仰角GPS接收设备通过接收到的卫星信号的时间差来计算卫星与接收设备之间的距离。

然而，由于接收设备无法准确地获取到卫星的时钟信号，导致测距的精度受到了影响。

为了解决这个问题，需要知道卫星的精确位置，即GPS卫星的周向角和小仰角。

周向角是指卫星相对于接收设备的方位角，用于确定卫星在水平平面上的位置。

小仰角是指卫星相对于接收设备的仰角，用于确定卫星在垂直平面上的位置。

3.2. 观测数据处理GPS接收设备通过接收到的卫星信号的时间差计算出卫星与接收设备之间的伪距（Pseudorange）。

为了提高伪距计算的准确性，还需要考虑一些误差因素，如大气延迟、钟差等。

大气延迟是由于电磁波在穿过大气层时受到折射的影响而产生的误差。

为了降低大气延迟的影响，常常使用双差处理方法，在两个接收设备之间进行观测数据的差分运算。

钟差是卫星与接收设备之间的时钟信号误差，由于接收设备无法准确地获取到卫星的时钟信号而产生。

为了纠正钟差误差，需要使用星间差分技术，利用多个卫星之间的差分来计算出钟差。

3.3. 坐标计算通过观测数据处理后，可以得到卫星与接收设备之间的伪距数据。

利用这些伪距数据，可以使用三角测量方法计算出卫星的精确位置。

三角测量方法是一种常用的测量技术，可以通过测量三个非共线的点之间的距离和角度来确定这三个点的坐标。

GPS网络RTK系统的算法及定位精度研究

GPS网络RTK系统的算法及定位精度研究一、本文概述背景介绍：概述部分应该介绍GPS技术的发展背景，以及网络RTK（RealTime Kinematic）技术在GPS定位中的重要性和应用前景。

可以提及GPS技术在全球定位系统中的应用，以及网络RTK技术如何提高定位精度和可靠性。

研究动机：应当阐述研究网络RTK系统算法及其定位精度的动机。

这可能包括现有技术的局限性，例如在特定环境下的定位误差、系统延迟问题，以及对更高精度定位的需求。

研究目标和问题：概述中应明确本文的研究目标，比如旨在提出新的算法来提高网络RTK系统的定位精度，或是优化现有算法以适应不同的应用场景。

同时，概述研究将解决的关键问题或挑战。

研究方法和结构安排：简要介绍本文将采用的研究方法，比如算法设计、仿真测试、实地试验等。

概述还应该提供文章的基本结构安排，指出各个部分将讨论的内容。

随着全球定位系统（GPS）在各行各业的广泛应用，定位精度成为了衡量GPS技术性能的关键指标。

网络RTK技术作为一种提高GPS 定位精度的有效手段，近年来受到了广泛关注。

本文旨在深入研究网络RTK系统的算法优化问题，并探讨如何进一步提升其定位精度。

研究动机源于现有网络RTK系统在特定环境下仍存在定位误差和系统延迟的问题，这限制了其在高精度要求领域的应用。

为此，本文将提出新的算法框架，旨在克服这些挑战，并满足日益增长的高精度定位需求。

二、网络系统概述GPS网络RTK系统，即全球定位系统实时动态差分技术（RealTime Kinematic, RTK）的网络版，是一种高精度、实时动态的定位技术。

它通过建立一系列基准站，形成一个网络，利用这些基准站收集的GPS观测数据，进行差分处理，从而提高定位精度。

本节将重点概述GPS网络RTK系统的基本构成、工作原理及其在现代定位技术中的重要性。

（1）基准站网络：由多个分布在不同位置的基准站组成，这些基准站配备高精度的GPS接收设备和通讯设备。

GPS网络RTK系统的算法及定位精度研究

GPS网络RTK系统的算法及定位精度研究摘要：GPS网路RTK技术具有稳定性好、精度高、作业范围广等显著的优势，因此，该技术的应用领域和范围是非常广阔的。

介于此，本文首先对GPS网络RTK系统进行了介绍，然后，对GPS网路RTK系统的算法和定位精度进行了研究，证明了该技术定位的准确性和可靠性，能够很好地满足用户的需求。

关键词：GPS；网络RTK技术；定位精度；算法引言近年来，GPS网络RTK系统得到了广泛的应用和飞速的发展，与传统的RTK系统相比，该系统具有可靠性强、定位精度高、作业范围广等显著的优势，且该系统能够为用户提供多用途、多功能、全天候的服务[1]。

但是，GPS网络RTK系统在对流动站进行定位时，受多种因素的影响，导致定位精度无法得到保障，因此，对该系统的算法及定位精度进行研究是非常有必要的。

1.GPS网络RTK系统GPS网络RTK也被称之为多基准站RTK，指的是通过在某一地区建立多个GPS 基准站（≥3），实现对该区域的网状覆盖，同时以其中的至少一个基准站作为基准，对GPS改正信息进行计算及发播，从而实现对该区域GPS用户的实时动态的精确定位。

目前，世界范围内常见的网络RTK技术包括四种，即综合内插技术、区域改正数技术、主辅站技术及虚拟参考站技术，其中应用最为广泛的当属虚拟参考站技术。

相较于常规RTK技术，网络RTK技术的优势突出体现在以下几个方面：（1）服务范围广。

网络RTK与常规RTK技术的数据信息的传播方式不同，无线网络技术的传播范围必然比电台的传播范围更广。

（2）精度提高。

调查数据显示，随着距离的增加，RTK技术的精度会降低，而网络RTK技术能够有效消除空间上产生的有关误差，并进行差分计算，使得定位精度得到了有效提升[2]。

（3）可用性、可靠性增强。

GPS网络RTK系统定位依靠的是多个基准站，若其中一个基准站出现故障，不会对系统的正常运行造成太大的影响，因此，网络RTK具有较强的可用性、完好性和可靠性。

GPS卫星信号仿真和捕获算法研究

摘要GPS（Global Positioning System）是基于卫星的定位系统，被认定是当前定位导航设备中最重要的发展，在军事和民用中有着广泛的应用。

传统GPS接收机基于专用硬件，具有较高的灵敏度和信号处理速度，但是灵活性差，定型后便无法改动。

GPS软件接收机是利用通用处理器，对实时采集的GPS信号进行处理和计算。

其优点为具有高度的灵活性：可以方便地研究和实现新算法；也可以容易地对软件进行修改来适应未来的GPS信号，节约硬件成本。

因具有以上优点，GPS软件接收机的研发成为了当今世界的热门研究课题。

而研究GPS软件接收机的关键在于其接收设备的基带处理单元，包括捕获和跟踪环路两个部分。

本文的重点就是在Matlab平台上对捕获进行研究和实现。

文中首先介绍了GPS系统的组成：GPS系统由GPS卫星、地面监控系统、GPS 接收机三部分组成。

之后阐述了直接扩频通信以及GPS信号的结构与特性，接着在本文的主体部分，着重研究了GPS软件接收机的信号捕获技术。

对串行时域捕获算法，并行频域捕获算法，并行码相位捕获算法进行了比较，并选择并行码相位捕获算法实现软件接收而串行实现硬件接收。

由于文中所研究的接收机是静态接收机，因此捕获模块的捕获范围是载波多普勒频移5KHz，但由于C/A码多普勒频移非常小，故本仿真是忽略多普勒频移。

然后在Matlab软件平台上实现对GPS 信号捕获的仿真。

关键字：Simulink，GPS信号捕获，Matlab ，C/A码ABSTRACTGPS (Global optimisation techniques based on satellite Positioning System) is the Positioning System, was considered the current orientation navigation equipment, the most important development in military and civilian has extensive applications. Traditional GPS receiver special hardware, based on high sensitivity and signal processing speed, but low agility, finalize the design and can change. GPS software receiver is using gm to collect real-time processor, the GPS signal processing and calculation. Its advantage for a high degree of flexibility: can easily research and to realize the new algorithms; Also can easily modify of software to adapt to future GPS signal, managing hardware cost.Because of its advantages, GPS software receiver above the world development become the hot research topic. And the key research GPS software receiver lies in its receiving equipment, including the baseband processing unit capture and tracking loop two parts. This paper focuses on the Matlab is studied and realization of capture.This paper firstly introduces the GPS system composition: GPS system consists of GPS satellite, ground monitoring system, GPS receiver of three parts. Then expounds the spread spectrum communication and GPS signal directly, then structure and characteristics of the main body part in this article, this paper studies the GPS software receiver signal capturing technologies. Time domain capture of serial algorithm, and HangPin domain capture algorithm, parallel yards compares the phase capture algorithm, and select parallel code phase capture algorithm software to accept and serial realize hardware accept. Because the study is static receiver, so receiver module capture range is captured the doppler frequency modulated 5KHz, but because C/A code doppler frequency is very small, so the simulation is to ignore the doppler frequency. Then in Matlab software platform to achieve captured GPS signals simulation.KEY WORDS：Simulink, GPS signal acquisition, Matlab, C/A目录摘要 (I)第一章绪论 (1)1.1引言 (1)1.11 GPS的发展概况 (1)1.2课题研究的意义和目的 (2)1.3本文的内容和组织结构 (2)第二章GPS系统原理概述 (4)2.1GPS系统组成 (4)2.2GPS信号的组成 (5)2.2.1 载波信号 (5)2.2.2 伪随机码信号 (6)2.2.3 导航电文 (7)2.3GPS扩频通信系统基本原理 (8)2.4GPS信号的MATLAB仿真及实现 (9)2.4.1数据码产生器 (9)2.4.2 C/A码产生器 (10)2.4.3 C/A码互相关性和自相关性验证 (11)第三章GPS信号的捕获 (13)3.1多普勒效应对C/A码相位和载波频率的影响 (13)3.2GPS信号的捕获 (14)3.2.1 串行捕获算法 (15)3.2.2 并行频率捕获算法 (16)3.2.3 并行码相位捕获算法 (17)并行码相位捕获算法，是在频域里执行循环卷积。

GPS信号模拟源及测试技术研究和实现

作者:冯富元
学位授予单位:北京邮电大学
1.期刊论文牟奇锋.刘根旺.潘卫军.MOU Qi-feng.LIU Gen-wang.PAN Wei-jun多模卫星导航信号误差分析-科学
技术与工程2008,8(3)
多模卫星导航接收机信号模拟器关键技术涉及对导航信号误差的模拟.基于对目前全球导航卫星系统(GNSS)技术发展状况的了解和对系统的脆弱性分析,从影响接收机定位精度的数据源信号及信号传输过程中的误差特性入手,逐一对误差的性质、大小及对测量产生的影响进行了详细研究,给出静态误差模型的具体计算过程.最后介绍了高动态环境下误差模型的一般研究方法.
北京邮电大学
硕士学位论文
GPS信号模拟源及测试技术研究和实现
姓名:***
申请学位级别:硕士
专业:电子与通信工程
指导教师:***
20090528
Hale Waihona Puke GPS信号模拟源及测试技术研究和实现
本文链接:/Thesis_Y1567215.aspx
授权使用:石家庄学院(sjzxy),授权号:c35efae8-0b24-4ad1-863c-9dbe017ae0a2
下载时间:2010年7月25日

GPS卫星信号模拟器载波和码NCO研究与实现

2006年第20卷第6期测试技术学报V o l.20　N o.6　2006 (总第60期)JOURNAL OF TEST AND M EASURE M ENT TECHNOLOG Y(Sum N o.60)文章编号:167127449(2006)0620517207GPS卫星信号模拟器载波和码N CO研究与实现Ξ李保柱,张其善,杨东凯(北京航空航天大学电子信息工程学院,北京100083)摘　要:　论述了GPS(Global Po siti oning System)卫星信号模拟器载波N CO(数控振荡器)和码N CO的系统结构及作用,根据多速率信号处理理论建立DD S(直接数字频率合成器)模型,分析其信号频谱;根据泰勒级数压缩算法分析了载波N CO sine存储表压缩效率,提出了模拟器码N CO参数更新实现方式.利用verilog在X ilinx’ISE6.3中完成了载波N CO和码N CO的设计和仿真,并在FPGA中进行了实现.通过程序仿真与系统测试,证明本载波N CO和码N CO模块性能满足GPS卫星信号模拟器系统需求.关键词:　GPS;GPS模拟器;数探振荡器;正弦余弦存储表中图分类号:　TN850.4 文献标识码:AResearch and I m plem en tation of Carr ier and Code NCO i nGPS Signal Si m ulatorL I B aozhu,ZHAN G Q ishan,YAN G Dongkai(Schoo l of E lectronics and Info r m ati on Engineering,Beijing U niversity ofA eronautics and A stronautics,Beijing100083,Ch ina)Abstract:　T he system arch itectu re and functi on of the carrier N CO(num erically con tro lled o scillato r) and code N CO in GPS signal si m u lato r are described.A m odel fo r DD S(direct digital syn thesizer)is estab lished based on the m u lti2rate signal p rocessing theo ry,and the signal spectrum analysis is given. T he com p ressi on efficiency based on T aylo r app rox i m ati on com p ressi on algo rithm fo r m app ing from p hase to sine am p litude DD S fo r carrier N CO is discu ssed,w h ich p rovides additi onal i m p rovem en ts in com p ressi on.T he param eter updating m ethod fo r code N CO is p resen ted as w ell.W ith the X ilinx’ISE6. 3developm en t too l and FPGA u sing V erilog,the design and si m u lati on of the carrier N CO and the code N CO is i m p lem en ted.B y the p rocedu re si m u lating and system testing,it is show n that the m odu le specificati on s of the carrier N CO and code N CO m eet the requ irem en t of GPS signal si m u lato r.Key words:GPS;GPS signal si m u lato r;num erically con tro lled o scillato r;sine co sine look2U p tab leΞ收稿日期:2005211221　基金项目:国家自然科学基金资助项目(60027001)　作者简介:李保柱(1967-),男,博士生,主要从事通信信息信号处理的研究.0　引　言GPS 卫星信号模拟器可根据载体的运动状态,精确产生载体收到的GPS 卫星信号,能够实现对GPS 接收机的性能评测,鉴定其捕获、跟踪能力和定位测量精度,能够模拟GPS L 1,L 2频率,有的还能模拟差分信号、姿态测量信号等.GPS 信号模拟器的研制对于我国有效地利用GPS 系统、开发我国具有自主知识产权的卫星导航系统具有非常重要的现实意义.GPS 卫星信号模拟器有多种功能模块,载波N CO (数控振荡器)和码N CO 模块完成载波信号的调制和扩频码信号的生成,是协调信号模拟器各种模拟数据时序准确一致的关键,该模块将GPS 卫星导航数据信息、载波调制信息(含多谱勒频移)、扩频码片相位信息、卫星星历和历书信息等,通过载波N CO 频率控制和相位控制运算,码N CO 频率控制和相位控制信号时序生成,得到GPS 模拟器模拟卫星时刻的有效数据,送往后级频率变换处理.在电路实现中载波N CO 和码N CO 有类同的工作原理,但根据不同需求实现不同功能.本文根据GPS 卫星信号模拟器研制电路的具体需求,系统地探讨GPS 卫星信号模拟器中载波N CO 和码N CO 的作用及具体实现.1　载波N CO 和码N CO 在GPS 信号模拟器中的作用GPS 信号模拟器设计中,数字中频载波N CO 、码N CO 控制、码N CO 生成及相关加法、乘法单元,共同完成由载波频率控制和相位控制到载波调制;C A 码频率控制和相位控制到扩频码信号产生的过程,载波N CO 、码N CO 模块在GPS 信号模拟器中的作用如图1所示.图1　载波N CO 码N CO 在GPS 信号模拟器中的作用示意图F ig .1　T he functi on of carrier and code N CO in GPS signal si m ulato rs在第k 个采样时刻,第j 颗卫星产生的离散中频GPS 信号的数学表述为S j IF (kT s )=A j G j (kT s -Σj (kT s ))D j (kT s -Σj (kT s ))co s[2Π(f IF +∃f j (kT s ))(kT s -Σj (kT s ))+Υj (kT s )]+S j M P (kT s ),式中:中频GPS 信号采样率为f s ,T s 为采样间隔;Σj (kT s )为总延迟时间(发射时刻到接收中频采样时刻);A j 为信号幅度;G j (kT s -Σj (kT s ))为卫星信号扩频调制码;D j (kT s -Σj (kT s ))为卫星导航电文信息;f IF 为中频信号频率;∃f (kT s )为卫星和用户相对运动多普勒频移;Υ(kT s )为接收中频信号相位;S j M P (kT s )为收到第j 颗卫星到kT s 个采样时刻的多路径反射信号.载波N CO 实现由载波频率和初始相位处理到的三角函数量化信号生成,码N CO 完成由扩频码频率和相位控制到扩频信号及导航电文信息调制生成及时序控制.815测试技术学报2006年第6期2　GPS 模拟器载波N CO 和码N CO 工作原理GPS 卫星信号模拟器载波N CO 和码N CO 采用DD S 的方法实现.该方法建立了一个相位-幅度数据表,根据每个采样时刻信号的频率控制字和相位控制字查表得到其对应的幅度值[1,2],产生所需量化信号,通过改变每相邻两个采样时刻波形相位的变化率来控制所需信号的频率,其原理如图2所示.图2　载波N CO 和码N CO 原理图F ig .2　T he p rinci p les of carrier and code N CO每来一个时钟脉冲,累加器对频率控制字累加,寄存器的输出与相位控制字相加,通过另一寄存器输入到正弦查询表地址端口.正弦查询表包含1 4个周期正弦波的数字量化幅度信息,每个地址对应正弦波中0°～90°范围的一个相位点,利用符号信息给出其他3个象限(90°～360°)的对应值,查询表把输入的地址相位信息映射成正弦波幅度的数字量化信号[4].频率控制字寄存器每经过2N M 个CL K 时钟后回到初始状态(N 为频率控制字累加器的字长,相位增量∃5f (n )=2Π M ,为相位2Π弧度分割的一份,M 为分割的总份数(又叫频率控制字)),相应地正弦查询表经过一个循环回到初始位置,整个DD S 系统输出一个完整正弦波量化值.输出正弦信号频率f ou t =M fr2N (0≤M ≤2N -1).输出信号频率与频率控制字M 成正比.由取样定理,所产生的信号频率不能超过时钟频率的一半.实际运用中,应避免信号频谱混叠或谐波落入有用输出频带内.在图2中加法器输出位并不全部加到查询表,需要截断.相位截断减少了查询表长度,减小了运算量,且不影响频率分辨率,但输出相位噪声有一微小增量.DD S 的频率分辨率满足(相位累加器的位宽为N )fc2N ≤f ≤f c 2,式中:f c 为取样频率.载波相位Υf (n )由载波相位增量∃Υf (n )累加所得,在采样率保持不变的情况下,∃Υf (n )越大,载波相位增加速度越快,载波频率也就越高.加法器的位数决定了载波频率的精度,而相位-幅度表的地址图3　抽样电路结构F ig .3　T he circuit structure of m ulti 2rate digital signal p rocessing 位数决定了相位的精度,相位-幅度表的数据位数决定了输出信号量化幅度的精度.为了研究构成载波N CO 与码N CO 的DD S 频谱特性,以下根据多速率信号处理理论建立模型并进行分析[7].上述载波N CO 和码N CO 电路等价于由抽取系数为2e (对应DD S 中频率控制字的相位增量)和内插系数为2b -c 的内插器(对应DD S 中b 位累加寄存器b =N ,c 位载波相位幅度查询表)、低通滤波器、D A 变换器组成的抽样电路,如图3所示.设信号X (n )的频域表示为X (w ),X (t )=co s 2Πc t (t =nT ).915(总第60期)GPS 卫星信号模拟器载波和码N CO 研究与实现(李保柱等)则V 1(m )的频域表示为(幅度归一化)V 1(w )=X (w 2b -c 2e ).数字滤波器h (m )的频域特性为h (w )=1,0≤w ≤Π (2b -c )0其他. 其截止频率为小于Π 2b -c 的低通滤波器h (m ),对零阶保持内插补零后的信号进行滤波,能够恢复抽样后的信号.经过2e 抽取的信号序列X 1(n )的基带频谱宽度应大于原始输入信号序列X (n )的基带频谱宽度.信号经过零阶内插保持电路后,V 1(m )由以下两式求得(I =2b -c -e )V 1(m )=x mI ,当m =0,±I ,±2I ,L0,其他及V (n )=∑I -1k =0V (n -k ). 利用Z 变换V (z )=∑∞m =-∞V (m )z-m .得到V (z )=∑I k =0V (z )z-k =∑I k =0∑∞m =-∞V (m I )z -m I z -k =∑∞m =-∞V (m I )z -m I ∑I k =0z -k =∑∞m =-∞X (m )z -m I ∑∞k =0(u (k )-u (k -1))z -k =X (z I )1-z -I 1-z -1. 则数字低通滤波后的信号V 2(m )的频域表示为V 2(w )=X (w 2b -c -e )sin (w 2b -c -e 2)sin (w 2)exp -j 2w(2b -c -e -1).上式表示信号频谱经过2e 抽取后频谱宽度展宽了2e 倍,降低了时域分辨率;经过2b -c 内插处理后频谱宽度,压缩了2b -c 倍,提高了时域分辨率,且信号的幅度也乘上了sin (2・2b -c -e 2)sin (w 2)因子.其频谱特性如图4所示,图4(a )为输入信号X (n )的归一化频谱X (f )∽f ,图4(b )为输出信号y (m )的归一化频谱Y (f )∽f ,D A 变换后利用模拟低通滤波器可得到所需信号.图4　频谱特性F ig .4　Spectrum characteristic以上从多速率信号处理角度,分析信号由Sine Co sine 存储表输出,再经过D A 变换后得到的信号频谱,经低通抗混叠滤波器就可复制出原始信号频谱.3　载波N CO sine 存储表分析及参数设计DD S 采用在ROM 中存储一个查找表的方法,实现相位Υ到正弦幅值sin (Υ)的映射,即Sine 存储表.在GPS 卫星信号模拟器设计中,为了节省芯片资源,需要研究sine 存储表的实现方法.利用sine 函数的对称性,只需存储第一个象限[0,Π 2]区间上sine 函数值,即可重构出[0,2Π]上所有的函数值.利用这种对称性,Υ的位数减少为N -2位,这时sin (Υ)只有正值,其位数减少为D -1025测试技术学报2006年第6期位,所需的存储表大小为2N -2・(D -1)b it ,压缩比为2N -2(D -1) (2N D )=(D -1) 4D ≥1 4. 其原理可由图5所示的电路结构实现[5].Sine 函数对应的幅度值有正有负,数值一般用2的补码数表示.图5　Sine 函数表4象限压缩结构原理F ig .5　T he structure of four quadrant condensed sine look 2up table一种基于泰勒级数的压缩算法[3](基于Sunderland 算法生成),经过改进、优化,可以获得更好的压缩效果,且结构简单.第一象限Sine 函数是一个具有良好特性的单调递增函数,由泰勒(T aylo r )级数公式有sin (a +d )=sin a +d co s a -d 2sin a 2++.式中省略了3次以上的高阶项.把第一象限粗略地等分成64区间,则每个区间的最大间隔为Π(2364),式中第3项d 2sin a 2≤d 2 2≤(Π 128)2 2=(0.00030). 对应12b 的输出量化精度.所以当划分的区间足够小时,泰勒级数可近似地用前两项来表示.直观便捷的压缩方法是:第一个ROM 表存储sin a 的映射,第二个ROM 表存储d ・co s a 的映射.把输入相位粗略64等分,按上述算法在计算机上仿真,该粗值表可由两个存储表相加合成,第一个表存储64等分点对应的sin a 的映射值(13b 字长),改进的Sunderland 算法生成的粗值表对应的映射相位字长只有8b (对应第一象限13b 相位字长的高8b ).第二个表存储d ・co s a 的映射,大小为28×8b .其中第二个存储表的输出位数可由下式估算(2D -1-1) d co s a ≤2D -1 d ≤2D -1Π128<2D -6.压缩前后的ROM 大小分别为28×13b =3328b 和26×13b +28×8b =2880b ,提高了Sine 存储表存储效率.本余弦存储表地址位选取为13b ,数据位选取为16b .若f out 的精度要求为0.005H z ,∃5f (n )的最小增量为1,采样频率f c =20M H z ,有:2N ・0.00520×106≥1,N 取整为32.∃5f (n )的计算表达式为∃Υf (n )=I N T 232 f 20×106.载波初始相位控制字ΥΗ(n )为:ΥΗ(n )=ΥΗ・2322Π(ΥΗ为初始相位弧度值)采样频率为20M H z ,产生4.58M H z 的数字载波,相位增量为∃Υf (n )=232×4.58×10620×106=983547510.载波N CO 的频率分辨率为f c 2L=20×106232=0.0047H z .125(总第60期)GPS 卫星信号模拟器载波和码N CO 研究与实现(李保柱等)4　码N CO 的准确对时及参数更新码N CO 的原理与载波N CO 基本类同,码N CO 无需查找幅度表,但其承担GPS 卫星信号模拟器各种模拟数据时序准确对时的功能,将GPS 卫星导航数据信息、载波调制信息(含多谱勒频移)、扩频码片相位信息、卫星星历和历书信息等,通过码N CO 频率控制和相位控制运算,得到GPS 模拟器模拟卫星时刻的有效数据,它是时序一致的关键.码N CO 利用扩频码的频率控制字和相位控制字信息,产生20m s ,1m s 和1 1023m s 的码片对时信号,每100m s 用于加载已存入F IFO 中的5个导航电文数据;而同时与此导航电文一起生成的C A 码的码片初始相位及频率控制字,产生用于从F IFO 中读取导航电文的时基时序,控制F IFO 的数据读取,它们是严格同步的.码N CO 由于要模拟多普勒频移等频率参数统一时基的变化,由其生成的导航电文读取的信号,要与F IFO 中的导航电文数据实际占据时隙一致,否则随着时间的积累会出现F IFO 中数据读空现象.导航电文更新速率是整数倍的C A 码序列周期,考虑动态多普勒效应时,模拟器中C A 码的码片周期是变化的,因而导航电文每一位(b it )的时间也是变化的.没有多普勒效应影响时,导航电文每一位的时间是20m s .由于每100m s 从计算机内获得一次参数更新,其间需要消耗4b ～6b 的导航电文(随多普勒频率变化).这种参数更新速率不同步的问题通过采用F IFO 结构来解决.实际所用的F IFO 的字长为1b (b it ),深度为16,具有空(em p ty )、满(fu ll )、半满(half fu ll )等状态指示.每次对F IFO 装载时,连续写入5个导航电文字.设计时,在初始设置时,连续对F IFO 装载两次,即写入10个导航电文数据,以后每100m s 从计算机内获得一次导航数据参数更新.更新时首先判断F IFO 的状态,如果为空或满,则判断系统出错,丢弃其数据,重新开始.如果F IFO 的状态半满为真,即F IFO 内剩余的导航电文位大于8,则不装载新的电文,否则装载新的电文(包括5个导航电文).F IFO 装载的新电文通过D SP 的并行总线先写到FPGA 内相应的寄存器中,然后启动F IFO 写入状态时序,把寄存器中的5个导航电文数据顺序写入F IFO 中.这个过程可通过一个有限状态机来实现.F IFO 的设计可以直接调用和设置相应的IP 核来完成,它的深度可以根据需要进行扩展.为了保证码N CO 的频率、相位控制字与导航电文时基一致,可以在上位计算机生成码N CO 时,先计算多普勒频移、电离层误差、多径误差的模拟参数,对应其占用时隙长度计算出导航电文的时隙长度,然后根照其长度向模拟器处理单元传输导航电文,这样能避免导航电文F IFO 读空的问题.图6　频率阶梯步进码N CO 电路实现F ig .6　T he N CO circuit w ith coded step 2frequency225测试技术学报2006年第6期图7　载波N CO 生成仿真输出波形F ig .7　T he output w ave of carrier N CO by si m ulati on图6是一种基于DD S 的频率阶梯步进码N CO 电路实现方框图,阶梯时间逻辑单元根据输入的时间步长控制字刷新控制参数的速率周期,频率步长变量控制字表征频率的变化信息.上述结构将匀加速度对多普勒频移的影响通过码N CO 模块传递实现,采用F IFO 结构代替固定频率步长变量控制字,能够将变加速度对多普勒频移的影响通过码N CO 模块传递实现.通过选用FPGA 芯片XC 2V 1000,在ISE 6.3中利用V erilog 编程设计和仿真测试,生成所需码N CO 定时信号,图7为载波N CO 生成仿真输出波形,其中CA RR IER N CO PHA SE 信号为产生的载波N CO 相位数字载波.5　结束语本文分析了GPS 卫星信号模拟器中载波N CO 和码N CO 的作用及具体实现.讨论了GPS 卫星信号模拟器载波N CO 和码N CO 的系统结构,并根据多速率信号处理理论建立模型,分析其信号频谱.本文还探讨了载波N CO sine 存储表的设计及码N CO 的准确对时、参数更新.本载波N CO 和码N CO 的设计分析方法、具体方案已应用于GPS 卫星信号模拟器设计研制中,通过程序仿真与系统测试,证明本载波N CO 和码N CO 模块性能满足GPS 卫星信号模拟器系统需求.参考文献:[1]　W h ite S A .A pp licati ons of D istributed A rithm etic to D igital Signal P rocessing [J ].IEEE A SSP M agazine ,1989,6(3):4219.[2]　Yam agish i A .A 22V ,22GH z L ow 2Pow er D irect D igital F requency Synthesizer Ch i p 2set fo r W ireless Comm unicati on[J ].IEEE Journal of So lid 2State C ircuitts ,1998,33(2):2102217.[3]　Sodagar A M ,L ah iji G R .M app ing from phase to sine 2amp litude in direct digital frequency synthesizers usingparabo lic app roxi m ati on [J ].IEEE T rans .C ircuits Syst . ,2000,47:1452.[4]　Bellaouar A .L ow 2pow er direct digital frequency Synthesis fo r w ireless comm unicati ons [J ].IEEE Journal ofSo lid 2State C ircuits ,2000,35(3):3852390.[5]　N icho las H T ,Sam ueli H ,K i m B .T he op ti m izati on of direct digital frequency synthesizer perfo r m ance in thep r 2esence of finite w o rd length effects [C ].P roceedings of the 42nd A nnual F req .Contro l Symp ,1988:3572363.[6]　[美]Jeffery H .R eed ,著.软件无线电[M ].陈强,译.北京:人民邮电出版,2004:46251.325(总第60期)GPS 卫星信号模拟器载波和码N CO 研究与实现(李保柱等)。