高动态GNSS卫星信号模拟器研究与设计

作     者：谢树伟 

作者单位：中北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李永红

授予年度：2011年

学科分类：08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 081105[工学-导航、制导与控制] 0804[工学-仪器科学与技术] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 0811[工学-控制科学与工程] 

主      题：GNSS(Global Navigation Satellite System) GPS(Global Positioning System) GLONASS(Global Navigation Satellite System) 模拟器 

摘      要：GNSS卫星信号模拟器能够根据用户设定的GNSS系统、环境参数、信号形式和载体运动轨迹,精确模拟产生出载体接收到的实时卫星信号,是高动态GNSS接收机研制不可或缺的测试与测量仪器。GNSS卫星信号模拟器可以对GNSS接收机的捕获、跟踪和定位精度进行测量鉴定,在军事和民用方面具有重大的使用价值。 本论文主要针对GNSS卫星信号模拟器的数字信号处理技术、信号产生方法与设计技术等进行研究,介绍了以下几个方面的内容: 首先,本文介绍了GNSS系统不同调制方式下卫星信号的结构和主要的电特性,然后给出了相应的数学模型,分析了信号模型在模拟器中的实现方法。 其次,以信号结构和伪距计算方程为理论基础,高动态GNSS卫星信号模拟器采用了DSP+FPGA的系统总体设计方案,主要由工控机模拟软件、中频信号发生器、D/A模块和射频模块四个模块组成;详细阐述了DSP通信设计以及DSP和FPGA软件设计,并简要介绍了DSP和FPGA接口的设计。 再次,介绍了GNSS系统的坐标系,讨论了GNSS系统的实时卫星位置和传播误差的计算,重点剖析了在DSP平台所完成的信号处理过程中涉及到的伪距计算误差引起的各种因素;针对伪距计算误差建立了电离层延迟误差、对流层延迟误差等仿真模型。 最后,给出了GNSS卫星信号模拟器信号误差精度和信号质量的相关测试方法及实验结果,结果表明模拟器射频信号质量基本达到了指标的要求,能够实现实时定位,具有良好的稳定性和较好的性能。