GNSS信号录制与回放设备的研制及应用
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摘 要:设计了一种 GNSS信号录制与回放 设 备,该 设 备 利 用 了 变 频 器(混 频 器)会 产 生 差频与和频的现象,在采集 与 回 放 阶 段 使 用 不 同 的 变 频 方 式,分 别 使 用 变 频 结 果 中 和 频 与 差 频,从而将频率中心较 远 的 多 个 GNSS 信 号 中 间 的 无 用 频 带 去 掉,只 留 下 有 用 信 号,这 样 以 来,降低了设备的成本和复杂程度,使用价 格 低 廉 的 SDR 平 台 即 可 完 成 采 集 与 回 放 工 作。经 实验验证,该设备可以用于 GPSL1/L2 以 及 BDSB1 等 信 号 的 记 录 与 回 放,可 以 广 泛 用 于 教 学 实 验 、GNSS 接 收 机 研 发 生 产 以 及 科 学 研 究 等 领 域 。
通过混频器将信号进行变频处理是无线电技 术 中 的 一 种 常 用 手 段 ,通 常 变 频 的 目 的 是 将 频 谱 变 换到一个 中 频 (一 次 变 频)或 几 个 中 频 上 (多 次 变 频),以避免放大器 引 起 自 激 同 时 方 便 设 计 放 大 器 和 滤 波 器 ,而 此 处 利 用 变 频 时 会 产 生 和 频 和 差 频 两 个 混 频 结 果 (即 镜 像 )的 现 象 ,在 信 号 录 制 与 回 放 的 时 候 使 用 了 不 同 的 和 频 信 号 与 差 频 信 号 ,对 于 不 同 频点的信号,分别 采 用 和 频 与 差 频 信 号,从 而 充 分 利用镜像信号,在 信 号 录 制 过 程 中,通 过 变 频 压 缩 带 宽 ,在 信 号 回 放 的 时 候 ,通 过 变 频 扩 展 带 宽 ,降 低 了 器 件 要 求 和 系 统 复 杂 程 度 ,同 时 降 低 了 成 本 。
关 键 词 :卫 星 导 航 系 统 信 号 录 制 与 回 放 设 备 ;软 件 无 线 电 ;混 频 器 ;和 频 ;差 频 ;北 斗 系 统 中图分类号:P228.4 文献标志码:A 文章编号:1008-9268(2018)03-0045-07
0 引 言
1 原理与设计
在 GNSS接收机的生 产 研 发 以 及 卫 星 定 位 与 导航相关专业的教学实验过程中,GNSS 信号录制 与 回 放 设 备 是 一 种 非 常 重 要 的 仪 器 ,它 可 以 采 集 射 频 信 号 并 存 储 为 数 据 文 件 ,反 复 重 现 实 际 射 频 信 号 环境,以对 GNSS接收 机 进 行 测 试,还 可 以 对 接 收 机算法 进 行 比 较、验 证。 随 着 我 国 北 斗 系 统 的 发 展,教 学 科 研 机 构 和 生 产 厂 商 对 多 频 多 模 GNSS 接收机的 研 究 力 度 越 来 越 大,多 频 多 模 GNSS 射 频信号录放装置 的 需 求 很 强。 而 目 前 的 GNSS 射 频 信 号 录 制 与 重 放 装 置 一 般 分 为 两 类 ,一 类 是 单 频 单模,其价 格 较 低,但 是 已 经 无 法 满 足 目 前 GPS/ 北斗等多星座多频点的接收机测试需要。另一类 是多频多 模 GNSS 信 号 录 制 与 播 放 装 置,其 主 要 结构采用 的 是 多 个 ADC 同 步 采 集 录 制 方 式 或 者 高速、高带 宽 ADC 采 集 方 式,前 者 需 要 解 决 同 步 问题,同步不良会 造 成 多 个 信 号 之 间 时 间 错 位,信 号无 法 完 整 回 放;而 后 者 的 成 本 高,结 构 复 杂。本 文中提出的多频 多 模 GNSS 射 频 信 号 录 放 装 置 具 有 成 本 低 ,结 构 简 单 等 优 点 ,适 合 一 般 的 科 学 研 究 、 生 产 测 试 、教 学 实 验 等 应 用 。
目前 的 GNSS 主 要 包 括 北 斗 (BDS)、GPS、 GLONASS、伽 利 略 (Galileo)、QZSS 和 IRNSS。 GPS系 统 的 应 用 较 广,而 BDS 系 统 的 前 景 更 加 引 人关注。因此 本 装 置 主 要 针 对 GPS 和 BDS 系 统 设计。
而民用 GPS 信 号 又 包 含 L1,L2,L5 三 个 频 点,BDS的被动定位系统也包含 B1,B2,B3三个频 点。在 这 几 个 频 点 中,目 前 应 用 较 广 的 主 要 是 GPS的 L1和 L2 与 BDS 的 B1。因此本 文 的 设 计 目的也就是对 GPSL1/L2和 BDSB1进行录制与 回 放 。 表 1 示 出 了 这 三 个 信 号 的 中 心 频 率 、信 号 带 宽 、民 用 接 收 机 通 常 的 带 宽 。
第 43 卷 第 3 期
全球定位系统
2018年6月 GNSS WorldofChina
doi:10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.03.008
VJouln.4e3,2,0N1o8.3
GNSS信号录制与回放设备的研制及应用
张涛
(武汉大学 测绘学院,湖北 武汉 430079)
46
全 球 定 位 系 统
第 43 卷
来自百度文库
可 见,三 个 频 段 覆 盖 的 带 宽 已 经 超 过 350 MHz,如果采用一般的 直 接 采 样 的 形 式,则 对 器 件 的 要 求 是 相 当 高 的 ,相 应 的 成 本 也 很 高 。
在 研 究 三 个 频 段 的 关 系 后 ,可 以 知 道 这 三 个 频 段并非是连 续 的,其 有 效 总 带 宽 只 有 26 MHz,中 间的300 多 MHz实际上并不需要,另外一个事实 是,由于 GPS和北斗系统均使用了 CDMA 编码系 统,即使在频谱边 缘 部 分 有 少 部 分 重 叠,对 信 号 接 收的影响也有限。因此提出了如下变频法压缩带 宽的方法。
表1 常用 GNSS信号特征表
信号 名称
中心频率 /MHz
信号带宽 /MHz
民用接收机 需要的带宽
/MHz
L1 1575.42
20
2 (C/A 码)
L2 1227.6
20
B1 1561.098
20
20 (P/Y 码) 4 (C/A 码)
收 稿 日 期 :2018-01-05 资 助 项 目 :国 家 重 点 研 发 计 划 项 目 (编 号 :2016YFB0501803);武 汉 大 学 实 验 技 术 项 目 (编 号 :WHU-2017-SYJS-04) 相 关 专 利 :201711148437.X;201721561327.1 联系人:张涛 E-mail:uhwsin@qq.com
通过混频器将信号进行变频处理是无线电技 术 中 的 一 种 常 用 手 段 ,通 常 变 频 的 目 的 是 将 频 谱 变 换到一个 中 频 (一 次 变 频)或 几 个 中 频 上 (多 次 变 频),以避免放大器 引 起 自 激 同 时 方 便 设 计 放 大 器 和 滤 波 器 ,而 此 处 利 用 变 频 时 会 产 生 和 频 和 差 频 两 个 混 频 结 果 (即 镜 像 )的 现 象 ,在 信 号 录 制 与 回 放 的 时 候 使 用 了 不 同 的 和 频 信 号 与 差 频 信 号 ,对 于 不 同 频点的信号,分别 采 用 和 频 与 差 频 信 号,从 而 充 分 利用镜像信号,在 信 号 录 制 过 程 中,通 过 变 频 压 缩 带 宽 ,在 信 号 回 放 的 时 候 ,通 过 变 频 扩 展 带 宽 ,降 低 了 器 件 要 求 和 系 统 复 杂 程 度 ,同 时 降 低 了 成 本 。
关 键 词 :卫 星 导 航 系 统 信 号 录 制 与 回 放 设 备 ;软 件 无 线 电 ;混 频 器 ;和 频 ;差 频 ;北 斗 系 统 中图分类号:P228.4 文献标志码:A 文章编号:1008-9268(2018)03-0045-07
0 引 言
1 原理与设计
在 GNSS接收机的生 产 研 发 以 及 卫 星 定 位 与 导航相关专业的教学实验过程中,GNSS 信号录制 与 回 放 设 备 是 一 种 非 常 重 要 的 仪 器 ,它 可 以 采 集 射 频 信 号 并 存 储 为 数 据 文 件 ,反 复 重 现 实 际 射 频 信 号 环境,以对 GNSS接收 机 进 行 测 试,还 可 以 对 接 收 机算法 进 行 比 较、验 证。 随 着 我 国 北 斗 系 统 的 发 展,教 学 科 研 机 构 和 生 产 厂 商 对 多 频 多 模 GNSS 接收机的 研 究 力 度 越 来 越 大,多 频 多 模 GNSS 射 频信号录放装置 的 需 求 很 强。 而 目 前 的 GNSS 射 频 信 号 录 制 与 重 放 装 置 一 般 分 为 两 类 ,一 类 是 单 频 单模,其价 格 较 低,但 是 已 经 无 法 满 足 目 前 GPS/ 北斗等多星座多频点的接收机测试需要。另一类 是多频多 模 GNSS 信 号 录 制 与 播 放 装 置,其 主 要 结构采用 的 是 多 个 ADC 同 步 采 集 录 制 方 式 或 者 高速、高带 宽 ADC 采 集 方 式,前 者 需 要 解 决 同 步 问题,同步不良会 造 成 多 个 信 号 之 间 时 间 错 位,信 号无 法 完 整 回 放;而 后 者 的 成 本 高,结 构 复 杂。本 文中提出的多频 多 模 GNSS 射 频 信 号 录 放 装 置 具 有 成 本 低 ,结 构 简 单 等 优 点 ,适 合 一 般 的 科 学 研 究 、 生 产 测 试 、教 学 实 验 等 应 用 。
目前 的 GNSS 主 要 包 括 北 斗 (BDS)、GPS、 GLONASS、伽 利 略 (Galileo)、QZSS 和 IRNSS。 GPS系 统 的 应 用 较 广,而 BDS 系 统 的 前 景 更 加 引 人关注。因此 本 装 置 主 要 针 对 GPS 和 BDS 系 统 设计。
而民用 GPS 信 号 又 包 含 L1,L2,L5 三 个 频 点,BDS的被动定位系统也包含 B1,B2,B3三个频 点。在 这 几 个 频 点 中,目 前 应 用 较 广 的 主 要 是 GPS的 L1和 L2 与 BDS 的 B1。因此本 文 的 设 计 目的也就是对 GPSL1/L2和 BDSB1进行录制与 回 放 。 表 1 示 出 了 这 三 个 信 号 的 中 心 频 率 、信 号 带 宽 、民 用 接 收 机 通 常 的 带 宽 。
第 43 卷 第 3 期
全球定位系统
2018年6月 GNSS WorldofChina
doi:10.13442/j.gnss.1008-9268.2018.03.008
VJouln.4e3,2,0N1o8.3
GNSS信号录制与回放设备的研制及应用
张涛
(武汉大学 测绘学院,湖北 武汉 430079)
46
全 球 定 位 系 统
第 43 卷
来自百度文库
可 见,三 个 频 段 覆 盖 的 带 宽 已 经 超 过 350 MHz,如果采用一般的 直 接 采 样 的 形 式,则 对 器 件 的 要 求 是 相 当 高 的 ,相 应 的 成 本 也 很 高 。
在 研 究 三 个 频 段 的 关 系 后 ,可 以 知 道 这 三 个 频 段并非是连 续 的,其 有 效 总 带 宽 只 有 26 MHz,中 间的300 多 MHz实际上并不需要,另外一个事实 是,由于 GPS和北斗系统均使用了 CDMA 编码系 统,即使在频谱边 缘 部 分 有 少 部 分 重 叠,对 信 号 接 收的影响也有限。因此提出了如下变频法压缩带 宽的方法。
表1 常用 GNSS信号特征表
信号 名称
中心频率 /MHz
信号带宽 /MHz
民用接收机 需要的带宽
/MHz
L1 1575.42
20
2 (C/A 码)
L2 1227.6
20
B1 1561.098
20
20 (P/Y 码) 4 (C/A 码)
收 稿 日 期 :2018-01-05 资 助 项 目 :国 家 重 点 研 发 计 划 项 目 (编 号 :2016YFB0501803);武 汉 大 学 实 验 技 术 项 目 (编 号 :WHU-2017-SYJS-04) 相 关 专 利 :201711148437.X;201721561327.1 联系人:张涛 E-mail:uhwsin@qq.com