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《全球导航卫星系统信号模拟器校准规范》即将实施 计量更准导航才能更准
&&& 日前从质检总局获悉，《全球导航卫星系统信号模拟器校准规范》即将于11月1日起实施。这一规范将对全球导航卫星系统（GNSS）信号模拟器相关指标进行科学校准，从而为运用广泛的GNSS接收机提供更多质量保证。 &
&&& 国庆假期将至，很多人开始计划自驾出行旅游。在准备出行装备时，车辆定位导航设备成为很多司机自驾的必备装置。根据导航接收机接收的卫星系统信号，借助电子地图，选择最佳的行驶路线。可是，如果您安装的接收机接收卫星信号不准，那您很可能被“导”入歧途。到底什么是GNSS信号模拟器呢？它与我们平常使用的导航接收机设备之间又有何关系？ &
&&& “关系很密切。可以说，没有准确的信号模拟器，就不可能有准确的导航接收机。” 中国计量院时间频率所守时实验室副主任、副研究员梁坤告诉记者，自从全球导航卫星系统（GNSS）定位技术于上世纪80年代被引入中国后，迄今在大地测量（测绘、勘探）、海上渔业、车辆定位导航、航空航天等领域得到了广泛应用。GNSS系统的各种运用都需要通过GNSS接收机等卫星导航产品接收卫星信号来实现。只有在实验室里做了充分测试验证的卫星导航产品，才能经得起客户和市场的考验。据了解，早在美国GPS建设初期，相关的地面测试验证工作就已经全面普及开来，其中很重要的一个环节就是利用卫星导航信号模拟器产生导航信号，进行导航芯片和终端的测试工作。GNSS信号模拟器能够根据运动载体的状况，精确模拟产生出载体收到的GNSS卫星信号，可对GNSS接收机的捕获、跟踪和测量精度进行测量鉴定。显而易见，模拟器作为一个卫星导航信号产生仪器，已经具备了完备的信号仿真能力和丰富的操控能力，现在已经成为各大导航实验室和测试研发机构不可或缺的仪器，是GNSS接收机校准过程中的关键计量器具。为使GNSS信号模拟器和GNSS接收机等相关设备各项指标性能符合相关标准及规定，并正确、正常工作，对GNSS信号模拟器相关指标的校准是非常必要的。“简而言之，只有GNSS信号模拟器计量准确了，各种GNSS接收机才有可能更准确，车辆定位导航设备也才有可能‘导’得更准确。” &
&&& 随着高精度GNSS接收设备的大量普及，GNSS信号模拟器也不断进入各行各业。为适应我国卫星导航定位技术的发展，满足卫星导航定位设备的精确校准，我国需要建立校准指标全面、精度高且稳定可靠的GNSS信号模拟器校准装置及方法，这对于已存在和即将购置或生产的GNSS信号模拟器和GNSS接收机的校准，都具有重要意义。 &
&&& 作为我国首个GNSS信号模拟器校准规范的主要起草人，梁坤认为：“时间频率是卫星导航系统的基础和关键，GNSS系统实质为时间测量系统，定位功能依靠时间测量实现。目前，我国的时间频率计量基准和时间频率量值的传递技术与国际接轨，时间频率基标准及测量水平完全能够满足GNSS信号模拟器的校准。”据介绍，规范的技术关键在于设计GNSS信号模拟器参考频率特性、功率电平控制、内部信号时间延迟的校准方法等。 &
&&& 谈到规范的应用即将带来的社会效益，梁坤认为，规范将使我国GNSS信号模拟器和广泛应用于各领域的GNSS接收机的生产、销售及使用规范化，向广大GNSS用户提供质量合格的产品，促进相关产业健康稳定发展。同时，该法规的制定也将为我国自主研发的北斗一代卫星导航信号模拟设备和接收设备的校准提供依据和保障，并为我国正在建设的北斗二代卫星导航信号模拟设备和接收设备的校准夯实基础。&&（本报记者 杨&蕾 ）多模卫星导航模拟器测试评估方法及关键技术研究报告
（北斗网讯&记者&郑荣）
报告人：叶红军
报告摘要：多模卫星导航模拟器可为导航系统体制设计、信号传播环境影响研究、北斗全球系统开展地面试验验证提供技术手段与环境，为地面运控系统、应用系统、全球连续监测评估系统的各类接收机设备的研制和测试评估，系统接口验证与性能测试，生产与维护保障，以及多系统兼容与互操作测试等提供强有力的测试支持与计量保障。作为卫星导航测试仪器，高性能多模卫星导航模拟器涉及多系统星座模拟、信号传播环境影响模拟、用户运动特性模拟、天线特性模拟、高精度导航信号模拟等多项关键技术问题，这对其进行高精度、准确、客观、公正的测试评估带来了挑战。报告结合承担的重大专项模拟器课题，对模拟器的测试评估体系进行了研究，初步确定了较为完善的测试评估手段和评估准则，特别是研究了采用高速信号采集等标准仪器进行处理分析的方法，对模拟器的伪距控制精度的精度指标进行测试，并通过了实际的测试验证。
延伸阅读：GNSS卫星导航信号模拟器--产品展示--中国空间技术研究院航天技术应用产业网站――试运行--GNSS卫星导航信号模拟器
&&& 该模拟器可为全球导航卫星系统（GNSS）的开发和总装集成提供诸多便利，包括对GNSS系统运行环境的完全控制，可重复测试，可以仿真实际卫星信号无法进行实验的系统误差和突发事件等。CSG系列卫星导航模拟器通过预装的数学仿真软件实现计算机与模拟器设备的实时交互控制，并根据用户需求实现测试场景的灵活定义，可定义导航终端位置、环境、运动状态等因素，并再现基于测试场景的RF信号环境。
GNSS卫星导航信号模拟器 &&&&
GNSS卫星导航信号模拟器 &&&&
技术特点：&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
& 高准确性、高动态和高质量的GNSS卫星信号
& 全面的环境建模
& 灵活的配置方式
& 丰富的外部接口功能
典型应用：
& GNSS系统定位测试
& GNSS/INS组合导航应用测试
& 高实时性系统的硬件闭环测试
& 车载导航应用测试
GNSS卫星导航信号模拟器 &&&&
系列对照表：
具体包含CSG-5130（单用户BD2三频点）、CSG-5261-BL（双用户BD2 B1/2/B3和GPS L1/L2频点）、CSG-5261-BE（双用户BD2 B1/B3和GALILEO E6频点）
飞行器轨迹的实时接入、导航信号实时生成、天线方向图的动态加载、用户轨迹外推GNSS/INS组合仿真等新功能，支持实时闭环测试
掩星/海洋观测、紧密定轨领域的专测模拟器
主要参数：
GPS L1CA、L1P、L2P
BD2 B1、B2、B3
GALILEO E1
GLONASS L1
每频点仿真卫星数
12（直达）
12（多径）
±80000m/s
相对加速度
±8000m/s2
相对加加速度
±8000m/s3
速度分辨率
加速度分辨率
加加速度分辨率
伪距变化率精度
±0.001m/s
通道间一致性
≤0.1（码） ≤0.001（载波）
I、Q相位正交性
载波相位控制精度
-160±20dBW
多路径信号
信号输出延迟
接收实时轨迹频率
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邮编：100086
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传真：010-
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版权所有 (C) 中国空间技术研究院卫星导航信号模拟器研究与实现--《中北大学》2014年硕士论文
卫星导航信号模拟器研究与实现
【摘要】：卫星导航信号模拟器能够根据载体的运动状况精确模拟出载体收到的导航信号。卫星信号模拟器可以对接收机的捕获、跟踪和测量精度进行测试，高动态接收机的测试更加依赖于模拟器。本文针对GPS导航信号模拟器在半实物闭环仿真系统中的应用，对系统平台总体架构、数学模型、信号模拟方法等多方面展开了深入细致的研究。
首先根据各卫星导航系统和导航信号体制的发展情况，总结了当前卫星导航信号模拟器国内外发展现状和趋势。根据GPS导航信号模拟器系统的卫星信号的结构、特性和信号模型，介绍了本模拟器的架构组成，详细说明了软硬件部分的功能构成、工作原理和实现方案。
而后分析了信号模拟器中的状态参数计算方法，着重研究了载体的姿态仿真技术，建立了载体姿态模型，给出载体姿态下卫星的可见性判断算法并进行了数学仿真，定性验证了算法的可行性，给出了天线方向图的模拟技术方案。
然后研究了多普勒频率合成方法，根据载波和码NCO的实现原理，介绍了多阶DDS模型，给出了时变频率控制字的计算表达式并在多场景下进行了仿真，表明了其在高动态条件下的良好性能。
最后完成模拟器的硬件实现，实现了PCI接口和光纤模块的同步设计，并进行了导航信号质量和性能测试，验证了模拟器的实时闭环仿真能力。
【关键词】：
【学位授予单位】：中北大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2014【分类号】：TN96.1【目录】：
摘要4-5Abstract5-7目录7-101 绪论10-21 1.1 引言10 1.2 全球卫星导航系统发展10-14
1.2.1 美国的 GPS 系统10
1.2.2 俄罗斯的 GLONASS 系统10-11
1.2.3 欧盟的 Galileo 系统11-12
1.2.4 中国的北斗系统12
1.2.5 全球卫星导航信号体制发展现状12-14 1.3 卫星导航模拟器国内外发展现状14-19
1.3.1 卫星导航信号模拟器架构发展现状14-16
1.3.2 卫星导航信号模拟器发展现状16-19 1.4 课题来源及研究意义19-20 1.5 论文内容安排20-212 模拟器信号产生原理与组成21-35 2.1 导航信号的结构与特性21-25
2.1.1 GPS 系统组成21-22
2.1.2 GPS 卫星信号结构和特性22-25 2.2 卫星导航模拟器信号生成25-29
2.2.1 GPS 信号生成模型25-27
2.2.2 GPS 信号调制原理27-29 2.3 导航电文简介29-32
2.3.1 GPS 导航电文结构29-31
2.3.2 GPS L1 频点导航电文现代化31-32 2.4 模拟器基本组成32-34
2.4.1 本地控制软件功能及构成32-33
2.4.2 中频信号处理硬件功能及构成33-34 2.5 本章小结34-353 模拟器主要状态参数计算35-53 3.1 常用坐标系简介35-36 3.2 主要误差模型与延时计算36-43
3.2.1 卫星位置计算36-38
3.2.2 主要误差模型38-41
3.2.3 卫星信号延时计算41-43 3.3 载体姿态与卫星可见性计算43-50
3.3.1 载体姿态建模43-45
3.3.2 载体姿态仿真下的卫星可见性分析45-47
3.3.3 算法仿真验证47-50 3.4 天线方向图模型50-52
3.4.1 天线原理50-51
3.4.2 天线方向图建模方法51-52 3.5 本章小结52-534 多普勒关键技术研究53-68 4.1 导航信号多普勒原理53-54 4.2 载波 NCO 与码 NCO 原理及数据压缩54-58
4.2.1 DDS 基本工作原理54-55
4.2.2 载波 NCO 工作原理及数据压缩55-57
4.2.3 码 NCO 工作原理57-58 4.3 三阶 DDS 结构设计与分析58-67
4.3.1 三阶 DDS 结构与参数设计58-61
4.3.2 DDS 误差仿真61-67 4.4 本章小结67-685 模拟器的硬件架构设计与软件实现68-82 5.1 模拟器架构总体设计68-70 5.2 FPGA 模块设计70-76
5.2.1 时基电路设计70
5.2.2 PCI 通信接口设计70-73
5.2.3 FPGA 与 DSP 接口设计73-75
5.2.4 光纤通信同步中断设计75-76 5.3 DSP 模块设计76-81
5.3.1 DSP 设计流程76-78
5.3.2 导航电文编写78-79
5.3.3 DSP 与主机通信设计79-81 5.4 本章小结81-826 模拟器 GPS 信号验证测试82-95 6.1 中频信号质量测试82-85
6.1.1 通道一致性测试82-83
6.1.2 中频载波精度测量83-85 6.2 模拟器与 GPS 接收机的对接结果85-94
6.2.1 本地模式下接收机对接结果85-91
6.2.2 闭环仿真模式下接收机对接结果91-94 6.3 本章小结94-95总结与展望95-96参考文献96-101攻读硕士学位期间取得旳学术成果101-102致谢102-103
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