一種應(yīng)用于gps通信系統(tǒng)的衛(wèi)星信號模擬發(fā)生器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種應(yīng)用于GPS通信系統(tǒng)的衛(wèi)星信號模擬發(fā)生器，包括A/D、D/A、數(shù)據(jù)碼生成模塊、去直流模塊、載波調(diào)制模塊、RAM、信號輸出能量控制模塊、數(shù)字AGC和數(shù)字輸入輸出I/O，所述的數(shù)據(jù)碼生成模塊、去直流模塊、載波調(diào)制模塊、RAM和信號輸出能量控制模塊集成在FPGA中；產(chǎn)生GPS衛(wèi)星信號的基帶碼并對其完成編碼和載波調(diào)制及空間噪聲信號的采樣量化，用以將兩者組合并模擬輸出接收機(jī)在實(shí)際環(huán)境中接收到的衛(wèi)星信號。本發(fā)明具有小型化、低成本、可配置且極易于應(yīng)用的特點(diǎn)。
【專利說明】一種應(yīng)用于GPS通信系統(tǒng)的衛(wèi)星信號模擬發(fā)生器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于衛(wèi)星通信領(lǐng)域，涉及一種應(yīng)用于GPS衛(wèi)導(dǎo)系統(tǒng)的性能測試平臺，具體涉及一種基于FPGA設(shè)計(jì)開發(fā)的GPS信號模擬發(fā)生器。

【背景技術(shù)】
[0002]在衛(wèi)導(dǎo)接收機(jī)性能測試中，通常需要比對在指定功率的衛(wèi)星信號下，接收機(jī)接收到的載噪比、定位精度、誤碼率、抗干擾能力等性能指標(biāo)并進(jìn)行分析。
[0003]GPS衛(wèi)星信號的能量很低，淹沒在噪聲內(nèi)，接收機(jī)接收的衛(wèi)星信號通常使用衛(wèi)星接收天線對天收星或者由模擬信號源產(chǎn)生。
[0004]天線對天收星的優(yōu)點(diǎn)是接近實(shí)際環(huán)境，但信號容易受到遮蔽物、天氣、時(shí)間等自然因素影響，指標(biāo)可參照性差，追溯困難，接收環(huán)路較為復(fù)雜，且信號能量標(biāo)定不準(zhǔn)確。
[0005]模擬衛(wèi)星信號源是衛(wèi)導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段常用的衛(wèi)星信號發(fā)生設(shè)備，它輸出包含完整的導(dǎo)航信息的信號；但信號源成本高，體積大，攜帶困難，受限其使用方式，不易于開發(fā)調(diào)試階段的測試使用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種小型化，低成本，可配置，且極易于應(yīng)用的衛(wèi)星信號模擬方案，它包含有基本的衛(wèi)星信號特征，接收機(jī)可對其行進(jìn)捕獲接收解算，且基于FPGA的可編寫特性，開發(fā)者可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用添加各種功能模塊。
[0007]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:包括A/D、D/A、數(shù)據(jù)碼生成模塊、去直流模塊、載波調(diào)制模塊、RAM、信號輸出能量控制模塊、數(shù)字AGC和數(shù)字輸入輸出I/O。
[0008]所述的數(shù)據(jù)碼生成模塊、去直流模塊、載波調(diào)制模塊、RAM和信號輸出能量控制模塊集成在FPGA中；所述的A/D采樣量化空間噪聲，先經(jīng)去直流模塊去除A/D輸出的直流分量，再經(jīng)過帶通濾波器形成具有設(shè)定帶寬的噪聲信號后分為兩路，一路在載波調(diào)制模塊與數(shù)據(jù)碼混頻完成對數(shù)據(jù)碼的載波調(diào)制，另一路在信號輸出能量控制模塊與RAM預(yù)存的噪聲系數(shù)相乘形成最終信號噪底；完成載波調(diào)制的數(shù)據(jù)碼與最終信號噪底合路后，形成GPS模擬衛(wèi)星信號，分為兩路輸出，一路直接通過數(shù)字I/O輸出，另一路經(jīng)數(shù)字AGC穩(wěn)幅后，再經(jīng)D/A以模擬信號形式輸出；所述的數(shù)據(jù)碼由數(shù)據(jù)碼生成模塊經(jīng)插值濾波器擴(kuò)頻后形成。
[0009]所述的數(shù)據(jù)碼生成模塊包括一對多級反饋移位寄存器，多級反饋移位寄存器一的平移等價(jià)序列移位寄存器二與多級反饋移位寄存器一異或相加后得到輸出金碼；寄存器長度由不同衛(wèi)星系統(tǒng)的碼率決定，初始碼相位和相位選擇器的位置表示了該衛(wèi)星系統(tǒng)不同的星號，由金碼到數(shù)據(jù)碼的擴(kuò)頻調(diào)制增益由系統(tǒng)時(shí)鐘頻率和數(shù)據(jù)碼的位寬控制。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:
[0011]1.主要功能通過FPGA內(nèi)部器件實(shí)現(xiàn)，硬件需求低，便于開發(fā)。
[0012]2.整個(gè)信號發(fā)生器為包含A/D、D/A、數(shù)字輸出端口等外圍電路的FPGA開發(fā)板，易于工程實(shí)現(xiàn)，且成本低廉。
[0013]3.有數(shù)字、模擬等多種輸出接口形式，可滿足不同接收機(jī)系統(tǒng)的測試要求，減少了在硬件接口匹配上易出現(xiàn)的兼容性問題。
[0014]4.配置靈活，對于不同的信號捕獲靈敏度，跟蹤靈敏度，無需更換硬件，只需配置相應(yīng)模塊的噪聲系數(shù)等設(shè)計(jì)參數(shù)。
[0015]5.工作狀態(tài)穩(wěn)定，基本不受外界干擾信號、軟件狀態(tài)等影響。
[0016]6.體積小，開發(fā)板約為20cm*20cm*5cm ;低功耗，典型應(yīng)用功耗不高于800mw，可攜帶，使用便利。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是信號發(fā)生器內(nèi)部信號基本流程框圖。
[0018]圖2是金碼生成模塊結(jié)構(gòu)圖。
[0019]圖3是信號發(fā)生器測試板接口示意圖。
[0020]圖4是本發(fā)明在接收機(jī)抗窄帶干擾測試中的使用環(huán)境。

【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明，本發(fā)明包括但不僅限于下述實(shí)施例。
[0022]本發(fā)明可以產(chǎn)生GPS衛(wèi)星信號的基帶碼(金碼)并對其完成編碼和載波調(diào)制，及空間噪聲信號的采樣量化，用以將兩者組合并模擬輸出接收機(jī)在實(shí)際環(huán)境中接收到的衛(wèi)星信號，接收機(jī)可對該信號進(jìn)行載噪比解算等性能測試，以評估整個(gè)硬件系統(tǒng)的工作狀態(tài)，插入損耗，捕獲能力，抗干擾能力等性能指標(biāo)。
[0023]本發(fā)明基于FPGA平臺，主要功能通過其內(nèi)部器件實(shí)現(xiàn)；發(fā)生器包括A/D1、D/A2、數(shù)據(jù)碼生成模塊3、去直流模塊4、載波調(diào)制模塊5、RAM6、信號輸出能量控制模塊7、數(shù)字AGC8、數(shù)字輸入輸出1/09等；具體結(jié)構(gòu)如下:
[0024]金碼(C/A碼)即偽隨機(jī)碼，它是一對二進(jìn)制偽隨機(jī)數(shù)序列，由一對二進(jìn)制優(yōu)選對生成，其電路實(shí)現(xiàn)方式是一對多級反饋移位寄存器；寄存器長度由不同衛(wèi)星系統(tǒng)的碼率(帶寬)決定，初始碼相位和相位選擇器的位置表示了該衛(wèi)星系統(tǒng)不同的星號，由金碼到數(shù)據(jù)碼的擴(kuò)頻調(diào)制增益由系統(tǒng)時(shí)鐘頻率和數(shù)據(jù)碼的位寬控制，數(shù)據(jù)碼經(jīng)2M帶通濾波后形成具有相應(yīng)衛(wèi)星頻點(diǎn)帶寬的基帶信號送給下級模塊。
[0025]圖2為本發(fā)明金碼生成模塊的實(shí)現(xiàn)方式，它將移位寄存器一的平移等價(jià)序列移位寄存器二與一異或相加后得到輸出金碼。移位寄存器的特點(diǎn)是每時(shí)刻的輸出為上一時(shí)刻的輸入，平移等價(jià)序列是通過相位選擇器實(shí)現(xiàn)的，相位選擇器選擇移位寄存器二的寄存單元2輸出，并將該寄存單元與序列輸出(寄存器I)異或相加。
[0026]噪聲樣本通過A/D采樣量化得到，A/D輸入端需接一級對應(yīng)頻段的低噪聲放大器，噪聲信號先經(jīng)過去直流模塊功率統(tǒng)計(jì)去除A/D采樣帶來的直流信號(該信號會影響AGC輸出)，再經(jīng)2M帶通濾波器生成所需頻段的噪底后分為兩路信號，一路與數(shù)據(jù)碼混頻完成對數(shù)據(jù)碼的中頻載波調(diào)制。另一路噪聲與一組預(yù)存的噪聲系數(shù)相乘后，得到需要功率的噪聲信號，并與載波信號組合形成最終輸出的模擬衛(wèi)星信號。
[0027]噪聲系數(shù)存儲在RAM內(nèi)，長度由A/D位數(shù)決定，可利用FPGA的在線RAM控制模塊或SPI等方式配置其數(shù)值，來控制最終信號輸出載噪比的大小。模擬衛(wèi)星信號根據(jù)輸出接口需求的不同，可以直接在FPGA內(nèi)部寄存輸出給基帶解算模塊；數(shù)字AGC穩(wěn)幅后輸出數(shù)字接口信號；也可通過D/A轉(zhuǎn)化為模擬中頻頻信號輸出，連接至其他硬件接收處理。
[0028]本發(fā)明屬于基帶處理部分，模擬的是射頻信號經(jīng)下變頻后的中頻信號數(shù)字處理部分，GPS系統(tǒng)工作時(shí)鐘為62MHz，信號中心頻率為15.58MHz，信號帶寬為2MHz ;數(shù)據(jù)碼生成模塊選用十級反饋移位寄存器，三倍擴(kuò)頻調(diào)制，初始相位選擇設(shè)置為二號星。
[0029]如圖1所示，A/D采樣量化空間噪聲，先經(jīng)去直流模塊去除A/D直流分量，再經(jīng)過帶通濾波器形成具有相應(yīng)帶寬的噪聲信號后分為兩路，一路與數(shù)據(jù)碼混頻完成對數(shù)據(jù)碼的載波調(diào)制，數(shù)據(jù)碼由金碼產(chǎn)生模塊經(jīng)插值濾波器擴(kuò)頻后形成(實(shí)施方式如圖2)，另一路與RAM預(yù)存的噪聲系數(shù)相乘形成最終信號噪底，噪聲系數(shù)控制噪底大小，即反應(yīng)了載噪比大??；調(diào)制后的載波信號與噪底合路后，形成GPS模擬衛(wèi)星信號，輸出有兩種形式，一種直接通過數(shù)字I/O輸出，另一路經(jīng)數(shù)字AGC穩(wěn)幅后，再經(jīng)D/A以模擬信號形式輸出。
[0030]如測試連接圖4所示，圖中系統(tǒng)為北斗接收機(jī)系統(tǒng)抗窄帶干擾能力的測試環(huán)境。FPGA型號采用CYCLONE公司的EP3C120，A/D位數(shù)為十四位，D/A位數(shù)十六位；信號生成器A/D端接口采樣由矢量信號源產(chǎn)生的帶有干擾的噪聲信號，送入FPGA內(nèi)部，預(yù)設(shè)的噪聲系數(shù)為“00001000000000”，它與采樣噪聲的乘積表示了噪聲信號的內(nèi)部增益(一個(gè)有效位數(shù)代表6dB)，帶有干擾的噪聲信號與衛(wèi)星信號組合輸出帶有干擾的模擬衛(wèi)星信號，以數(shù)字連接線的形式連接至接收機(jī)板，GPS接收機(jī)模塊對接收到的信號進(jìn)行解算處理，并將解算數(shù)據(jù)通過串口上報(bào)至評估系統(tǒng)，通過串口調(diào)試助手比較不同干擾大小情況下接收到的載噪比信息，可以評估該接收機(jī)的抗干擾能力。
【權(quán)利要求】
1.一種應(yīng)用于GPS通信系統(tǒng)的衛(wèi)星信號模擬發(fā)生器，包括A/D、D/A、數(shù)據(jù)碼生成模塊、去直流模塊、載波調(diào)制模塊、RAM、信號輸出能量控制模塊、數(shù)字AGC和數(shù)字輸入輸出1/0，其特征在于:所述的數(shù)據(jù)碼生成模塊、去直流模塊、載波調(diào)制模塊、RAM和信號輸出能量控制模塊集成在FPGA中；所述的A/D采樣量化空間噪聲，先經(jīng)去直流模塊去除A/D輸出的直流分量，再經(jīng)過帶通濾波器形成具有設(shè)定帶寬的噪聲信號后分為兩路，一路在載波調(diào)制模塊與數(shù)據(jù)碼混頻完成對數(shù)據(jù)碼的載波調(diào)制，另一路在信號輸出能量控制模塊與RAM預(yù)存的噪聲系數(shù)相乘形成最終信號噪底；完成載波調(diào)制的數(shù)據(jù)碼與最終信號噪底合路后，形成GPS模擬衛(wèi)星信號，分為兩路輸出，一路直接通過數(shù)字I/O輸出，另一路經(jīng)數(shù)字AGC穩(wěn)幅后，再經(jīng)D/A以模擬信號形式輸出；所述的數(shù)據(jù)碼由數(shù)據(jù)碼生成模塊經(jīng)插值濾波器擴(kuò)頻后形成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于GPS通信系統(tǒng)的衛(wèi)星信號模擬發(fā)生器，其特征在于:所述的數(shù)據(jù)碼生成模塊包括一對多級反饋移位寄存器，多級反饋移位寄存器一的平移等價(jià)序列移位寄存器二與多級反饋移位寄存器一異或相加后得到輸出金碼；寄存器長度由不同衛(wèi)星系統(tǒng)的碼率決定，初始碼相位和相位選擇器的位置表示了該衛(wèi)星系統(tǒng)不同的星號，由金碼到數(shù)據(jù)碼的擴(kuò)頻調(diào)制增益由系統(tǒng)時(shí)鐘頻率和數(shù)據(jù)碼的位寬控制。
【文檔編號】G01S19/23GK104459727SQ201410680538
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月24日
【發(fā)明者】張帆, 舒鈺, 陳爾釤, 張文華, 張琦 申請人:中國電子科技集團(tuán)公司第二十研究所