实时闭环卫星导航信号模拟技术是一种可以产生高精度的动态标准信号,由高精度时标模块、主控模块和射频信号模块组成。高精度时标模块能提供10-13精度的时钟信号;主控模块能实现过程控制、状态显示和性能评测;射频信号模块实时解算导航电文、观测数据及信号强度数据,产生模拟通过实际空间传播的叠加延迟效应和多普勒效应的射频信号。 卫星导航模拟系统集中安装在可移动机柜中,上面安装可伸缩天线支架,该设备和三轴转台、仿真计算机集成后构成卫星导航实时闭环仿真环境,其组成框图参见图1。
实时闭环卫星导航信号模拟技术由以下模块组成: a) 星座仿真 支持北斗卫星导航系统和GPS卫星导航系统仿真,模拟产生北斗三号系统全星座B1C、B3A频点和GPS系统全星座L1 C/A频点的卫星导航信号及其混合星座的卫星轨道、观测数据和导航电文,能够模拟鱼雷运动过程中卫星信号强度的变化等。具备北斗三号军码仿真能力。 星座模拟参数包括: 广域差分与完好性信息仿真:支持卫星完好性、等效钟差(广域差分改正数)、电离层格网改正数以及完好性参数的仿真和设置; 卫星轨道设置、历书参数设置、摄动参数设置、钟差设置、电文误差参数设置、时间同步参数设置等。 能够设置卫星天线安装位置与轨迹质心间的偏移量(位置和角度偏差); 外部星历注入功能:支持按实时输入的外部星历进行数学仿真 b) 轨迹仿真 具有静态、动态轨迹生成能力,能够模拟静态、动态载体的运动特性,仿真生成用户运动轨迹,同时能够仿真圆周、螺旋线等特殊运动轨迹。 c) 环境仿真 能够模拟导航信号在大气传播中多种误差源对导航信号的影响,并可以打开和关闭误差源的影响,包括电离层延迟、对流层延迟和大气参数(温度、湿度、气压等),以及来自远地侧卫星信号两次穿越大气层造成的双倍大气层效应。 d) 异常仿真 能够模拟各个卫星导航系统故障,包括信号失锁/中断、伪距或载波及功率异常等用户可设定卫星完好性参数,包括:卫星健康字、URA、区域用户距离精度指数(RURAI)等。 e) 数据交互与控制 能够通过人机交互界面配置仿真时间、静态载体轨迹、动态载体轨迹、特殊载体轨迹等参数,能够指定外部输入轨迹文件。能够设置各通道伪距、功率等参数,能够设置电离层延迟、对流层延迟和大气参数(温度、湿度、气压等)。 具有观测数据和导航电文记录与输出功能,具有伪距和功率跳变渐变的脚本编辑能力。 f) 天线建模 具备天线方向图建模功能,可以设置天线方向图以及天线姿态参数,能够接收外部输入的天线方向图数据。 g) 实时闭环 具备实时闭环仿真功能,支持半实物仿真系统实时闭环仿真,提供用户仿真协议定制,可与多个系统同步互联,构建大型复杂仿真测试平台.实时性指标:从接收轨迹数据开始到输出射频导航信号总时延5ms. h) 测试评估 具备实时评估、流程脚本化、批量自动化测试以及自动生成报表等功能,可测试接收机的定位精度、测速精度、测距精度、一致性测试、误码率等指标,对用户终端及进行性能评估; i) 输出 卫星导航信号可通过电缆和天线输出。
性能指标
要 求
输出频率
GPS L1 C/A
BDS-B B1C
BDS-B B3A
信号规模
每频点通道数目
≥18个(BDS)
≥12个(GPS)
多径信号数量
≥24路(每频点)
信号动态参数
最大速度
±120,000m/s
最大加速度
±9,000m/s2
最大加加速度
±6,000m/s3
信号精度
伪距控制精度
≤0.03m
伪距变化率精度
≤0.001m/s
通道间一致性
≤0.1ns
载波与伪码初始相干性
<1°
时钟稳定度
秒稳:≤ 5×10-11
天稳:≤ ±5×10-10
输出秒脉冲指标
输出电平:LVTTL电平3.3V
上升沿稳定度:0.1ns;高电平持续时间:大于20ms
信号质量
杂波功率(最大)
≤-50dBc
谐波功率(最大)
相位噪声
-75dBc/Hz@100Hz
-80dBc/Hz@1kHz
-85dBc/Hz@10kHz
-90dBc/Hz@100kHz
闭环信号
实时性
从接收轨迹数据开始到输出射频导航信号总时延
5ms
信号功率范围及准确度
输出功率
0~-80 dBm(大功率信号)
-80~-160 dBm(小功率信号)
分辨率
0.1dB
功率准确度
≤0.5dB
接口、外观和质量
射频信号输出
大功率信号1路
小功率信号1路
标准参考输出
1PPS脉冲信号1路
10Hz时钟信号1路
IEEE1588 时钟同步接口
千兆以太网口2个
网络通信接口
实时通信采用反射内存1个
外部控制端口万兆以太网口1个
外部参考输入
机箱尺寸
19寸标准4U机箱
整机重量
≤30kG
可扩展性
信号源总线架构方式
采用PCI总线架构,具备四系统全频点扩展能力
可靠性
平均故障间隔时间(MTBF)
> 2000小时
平均故障修复时间(MTBF)
< 2小时
一次连续工作时间
< 24小时
电磁兼容性
满足系统半实物仿真试验要求
卫星导航模拟器在模拟导航卫星运动的同时,也可以同时模拟接收终端的运动状态, 产生高动态GPS和 北斗三号 信号,检验接收机的捕获性能;a) 作为精度比较标准,检验GPS和北斗三号接收机的动态测量精度;b) 产生特定的GPS和北斗三号信号,验证测量方案的可行性;c) 提供实时生成卫星导航模拟信号开发测试环境,支持卫星组合导航半实物闭环测试与评估。
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