集成电离层闪烁仿真的数字中频GPS信号模拟器设计验证

电离层闪烁造成GPS接收机测距误差增大、以致强闪烁条件下的频繁周跳和卫星信号失锁,集成闪烁仿真功能的GPS信号模拟器能够为接收机抗闪烁算法研究和性能测试提供必要的信号源。首先设计了基于AJ-Stanford模型和Cornell模型的电离层闪烁仿真软件,可以灵活配置闪烁时间、数据更新周期以及各模型参数,从而得到闪烁影响下的GPS信号幅度衰落及相位波动序列;然后开发了集成电离层闪烁仿真功能的数字中频GPS信号模拟器,该模拟器作为抗闪烁研究平台工具,可以灵活调整闪烁卫星号、模型及相关参数、开始时间和持续时间;其设计正确性通过实验室自研的软件GPS接收机得到了验证。     

GPS IF信号的计算机模拟和实现

提出了用GPS卫星星历来近似模拟计算载波多普勒频率和卫星信号延迟,进而用计算机模拟GPS接收机的中频数字信号,为软件GPS接收机的模型算法提供数据源.与实际接收的卫星中频数字信号的频谱进行比较,结果表明,用计算机模拟GPS IF信号是可行的和有效的.     

GPS中频信号快速捕获技术分析

为解决GPS中频信号快速捕获问题,在介绍GPS码相位和载频信号捕获原理的基础上,重点阐述了基于FFT的并行GPS中频信号快速捕获方法,同时在非相干累加、接收信噪比、先验信息等方面分析了提高中频信号快速捕获的可能性,最后利用一组GPS实测数据对上述分析进行了的仿真计算。仿真结果表明基于FFT技术的中频信号快速捕获方法具有抗干扰、捕获速度快和检测低信噪比信号的能力,可以满足GPS软件接收机定位的要求。     

基于PXIe总线架构的GPS导航信号模拟源设计及实现

卫星导航信号模拟源为用户终端设备的设计、验证、测试提供输入信号源,是用户终端设备研发和卫星导航信号系统验证的重要工具.早期的射频合成技术产生的信号的精度和通道一致性较差,随后的模拟中频合成技术存在通道间偏差的问题,而目前常用的数字中频合成技术存在相位抖动问题,所以本文基于PXI Express(PXIe)总线的软件无线电架构,设计并实现了一款采用数字基带合成技术的软硬件结合模拟源.模拟源上位机数学仿真软件采用图形化编程语言LABVIEW开发,实现简单,开发效率高,最终生成数字基带合成信号;模拟源硬件则使用美国国家仪器公司(NI)模块化的虚拟仪器,接收并处理上位机产生的数字基带合成信号,最终产生用户终端设备可以接收的全球定位系统(GPS)射频信号.利用频谱分析仪观察模拟源输出信号的频率和带宽,验证了GPS模拟源仿真信号的正确性;利用商用接收机进行定位解算,分析静态和动态场景下的信号质量、定位结果及三轴定位误差,验证了GPS模拟源仿真信号的准确性和有效性.     

GPS软件接收机仿真实验及算法验证

在分析基于软件无线电GPS接收机结构的基础上,在基于PC软件接收机信号处理系统上采用模拟的数字中频信号,对软件接收机信号捕获、跟踪算法进行了分析和验证.信号捕获阶段给出了基于快速傅利叶变换FFT的快速搜索原理和结果,并采用跟踪阶段Q支路信号的统计特性分析了捕获门限和误警概率的关系,给出了一种捕获门限的优化方法;跟踪阶段对系统采用的数字锁相环(PLL)进行了分析,并对I/Q解调原理进行了解析和验证.     

基于Matlab/Simulink的数字中频GPS信号软件模拟器

在对中频GPS信号理论建模与分析的基础上,采用Matlab／simulink构建了一种精确的数字中频GPS信号软件模拟器,考虑了噪声、欠采样以及接收机时钟误差等的影响。软件模拟器的实现采用matlab代码编程与Simulink模型混合的方式,方便了不同算法的实现。与射频GPS信号模拟器相比,该软件模拟器具备设计灵活、可扩展、易于使用等诸多优点。     

GPS软件接收机仿真实验及算法验证

在分析基于软件无线电GPS接收机结构的基础上,在基于PC软件接收机信号处理系统上采用模拟的数字中频信号,对软件接收机信号捕获、跟踪算法进行了分析和验证。信号捕获阶段给出了基于快速傅利叶变换FFT的快速搜索原理和结果,并采用跟踪阶段Q支路信号的统计特性分析了捕获门限和误警概率的关系,给出了一种捕获门限的优化方法;跟踪阶段对系统采用的数字锁相环(PLL)进行了分析,并对I/Q解调原理进行了解析和验证。     

导航中频测试数据生成系统若干关键技术研究

在卫星导航系统接收机开发过程中,导航数字中频数据是测试评估导航接收机基带处理电路和导航信号处理算法的重要基础。基于软件模拟的测试数据生成技术灵活方便,但逼真度不高。本文研究多径信号的精确模拟仿真方法,实现多径信号的延时、衰减。以及动态环境下,不同多径的多普勒修正。在信号仿真过程中,本文加入了射频前端和ADC的模拟,研究了其对导航中频信号带宽、功率、载噪比的影响,提高了信号模拟的逼真度。     

利用数字中频信号模拟器和软件接收机对MBOC信号进行精度测试评估

在对MBOC信号的码跟踪噪声和多径误差进行理论分析的基础上,借助于所开发的数字中频信号模拟器和软件接收机进行了闭环测试评估。通过将数字中频闭环测试结果与理论预期值和模拟器仿真值进行对比分析,从多个层次有效验证了MBOC(6,1,1/11)相对于BOC(1,1)和BPSK-R(1)的测距精度改善。     

GPS软件接收机系统设计及仿真实验研究

软件接收机通道模块设计体现着软件算法的核心,接收机运行控制设计决定着整个软件系统的循环。在接收机通道状态分析的基础上设计实现了GPS单频软件接收机,并对自行开发的C/A码信号仿真器产生的数字中频信号进行了实验,分析了捕获和跟踪状态中通道重要参数的时间序列关系,验证了时域串行搜索捕获策略、超前—滞后非相干码跟踪环路以及直方图位同步算法的正确性和通道模块结构设计的合理性。