CN103149574A - 导航卫星星间链路信道模拟方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种导航卫星星间链路信道模拟方法，至少包括以下步骤：利用第一频率将原始信号并进行存储；利用第二频率读取存储后信号；将所述存储后信号进行载波调制；对载波调制后的所述存储信号进行功率控制后输出。同时本发明还公开了一种信道模拟装置，包括：利用第一频率将原始信号进行存储，并利用第二频率读取存储后信号的信号读写模块；对所述存储后信号进行载波调制的信号调制模块；对载波调制后的存储信号进行功率控制的功率控制模块。采用本发明可为原始信号添加时延、多普勒频移和功率衰减，从而可模拟原始信号在信道中的传输。

Description

导航卫星星间链路信道模拟方法和装置

技术领域

本发明属于卫星导航技术领域，涉及一种导航卫星星间链路信道模拟方法及装置。

背景技术

以美国GPS为代表的全球卫星导航系统近期陆续增加星间链路，从而实现无地面主控站支持情况下的组网卫星自主导航。目前GPS通过此技术已经将180天预报时段内的用户定位精度从5000m提高到6m，显著提高了GPS在战争及其它特殊环境中的可用性。而我国的北斗卫星导航系统目前正在进行北斗卫星星间链路方案的设计，导航卫星星间链路信号模拟方法可为其提供该方案的地面设计验证。

卫星导航星座星间链路信号生成系统是为了解决导航卫星星载设备地面验证问题的关键设备。射频信号模拟根据星间链路数学仿真模型，模拟真实星间链路信号，实时生成星间链路射频信号，可供星间链路方案验证及星间链路收信机的研究开发使用。

由于国外对星间链路技术的封锁，尚不能查到国外星间链路信号生成系统相关文献。而国内对于导航卫星星间链路信号生成技术尚处于起步阶段。且目前对星间链路信号的模拟大多采用软件仿真的方式，其模拟效果接近理论分析结果，真实性较差。对于导航卫星星间链路采用射频信号模拟将增加信号模拟的真实性，可实时对未来工程实现方案进行地面验证。

发明内容

本发明解决的技术问题是：本发明一方面提供了一种导航卫星星间链路信道模拟方法，通过该方法可以为原始信号添加时延、多普勒频移和功率衰减，从而可模拟原始信号在信道中的传输。

同时本发明还提供了一种信道模拟装置，该装置通过采用不同的频率对原始信号进行读写实现了对原始信号的延时和添加多普勒频偏，并利用信号调制模块和功率控制模块获得了与信号特性相适合的模拟信号。

本发明的技术解决方案是：

一种导航卫星星间链路信道模拟方法，至少包括以下步骤：

利用第一频率将原始信号并进行存储；

利用第二频率读取存储后信号，所述第二频率与所述第一频率可以相等也可以不等；

将所述存储后信号进行载波调制；

对载波调制后的所述存储信号进行功率控制后输出。

所述原始信号为基带扩频信号。

所述原始信号为单路信号或互为正交的双路信号。

所述功率控制为对所述载波调制后的存储信号添加衰减。

一种信道模拟装置，包括：

利用第一频率将原始信号进行存储，并利用第二频率读取存储后信号的信号读写模块；

对所述存储后信号进行载波调制的信号调制模块；

对载波调制后的存储信号进行功率控制的功率控制模块。

还包括通过解调获得所述原始信号的信号解调模块；所述原始信号为基带扩频信号。

所述功率控制模块用于为所述载波调制后的存储信号添加衰减。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

本发明通过第一频率和第二频率先后对原始信号进行读取和存储，从而利用两个频率之间的差异，完成了向原始信号添加码多普勒和载波多普勒的操作，同时，在完成添加码多普勒和载波多普勒后，进一步对调制后的信号进行功率控制，从而完成了对信号在传输过程中衰减的模拟。在具体工程阶段，对信号的模拟过程可根据码多普勒、载波多普勒以及信号衰减的具体情况，确定所用的第一频率、第二频率以及功率控制的参数，因此实现简单，且可扩展性强。

附图说明

图1为多普勒频偏模拟过程图；

图2为信号模拟模块框图；

具体实施方式

下面就结合附图对本发明做进一步介绍。

信号在信道出中传输会产生时延、多普勒频偏和功率衰减。在本发明的一种实施例中，为了产生导航卫星的模拟信号，需要根据导航卫星信道的情况，为本地产生的调制于载波的模拟导航卫星信号添加对信道的模拟，即为该模拟导航卫星信号产生时延、多普勒频偏和功率衰减。

为达到上述目的，在该实施例中，原始信号可以为上述的模拟导航卫星信号经解调后获得的信号，按照第一频率进行存储，在存储完成后再按照第二频率读取存储后的信号，从而通过存储与读取之间的时间差作为在信道中进行传输的时延添加到该原始信号中。并且，该第一频率与第二频率并不相同，从而可在存储与读取的过程中产生频率偏移，即向原始信号中添加多普勒频偏。

该时延和多普勒频偏可根据待模拟的信道情况进行设置。由于信号传输过程中，载波和码的多普勒在某些情况下为相反的频偏(如在电离层中)，因此需将载波和码的多普勒分离模拟。

模拟过程如图1所示，假定原始信号载波频率为fRF，带宽为B，信号发射和接收端相对速度为v，光速为c，则其多普勒Δf＝fRF*v/c，接收端接收的信号带宽B’＝B*(1+v/c)，射频载波为：fRF’＝fRF+Δf＝fRF*(1+v/c)。

对该信号在传播时产生的多普勒模拟在载波和码上分别进行模拟，其全部过程为原始信号先进行下变频至中频fc，经锁相环混频滤波剥离载波后，获得的基带信号以fw速率采样并存入存储器中；以fr速率读取存储器数据，调制到频率为fc+Δf的载波上，在经过上变频调制到射频，实现信道模拟的多普勒功能。该过程分别对载波和码进行多普勒模拟。

●载波多普勒模拟

在载波上，设定其后端中频输出信号调制的载波频率为fc+Δf，上变频到射频后，其载波频率为fRF+Δf，实现了载波的多普勒模拟。

●码多普勒模拟

在码上，存储读取时钟与相应的带宽关系为fr/B`＝fw/B；当其读取时钟设定为fr＝fw*(1+v/c)时，其带宽为B`＝B*(1+v/c)，所以当以fw对信号存储，以fr对信号读取时，即可实现码的多普勒模拟。

在上述过程中，原始信号可以为解调后处于载波的基带信号，也可以为模拟导航卫星信号经解调获得的扩频信号。

在完成上述时延和多普勒频偏的添加后，可再利用载波调制技术将该信号体制到载波中，该载波调制技术可以为BPSK或QPSK等，从而可产生相应的一路单路信号或I/Q两路信号。

对于经载波调制后的信号，进一步通过功率控制对信号进行衰减，从而完成信号经过整个信道后模拟。

在本发明的另一种实施例中，利用信道模拟装置可以完成对原始信号的信道模拟，如图2，该信道模拟装置包括信号读写模块、信号调制模块和功率控制模块。

信号读写模块采用两个不同的频率对原始信号进行存储和读取，可对一路或并行输如的两路原始信号进行处理，其一种实现方式为，包括输入/输出FIFO，第一频率产生器、第二频率产生器，外设RAM。

第一频率产生器用于产生存储原始信号的频率fw，第二频率产生器用于产生读取原始信号的频率fr。输入FIFO首先接收输入的原始信号，在输入FIFO中的信号根据频率fw存储的到外设RAM中，存储完成后，在根据频率fr从该外设RAM中进行读取，并再次经输出FIFO进行输出。

信号调制模块对信号读写模块输出的信号进行载波调制，载波调制的方式可根据在信道中模拟传输的信号的载波调制方式对该信号进行调制，例如在导航卫星应用中，其载波调制采用QPSK，因此，其载波调制可采用QPSK。

经信号调制模块后输出的信号，在功率控制模块进行功率控制，为适应信道传输的信号衰减情况，在该模块中，将载波调制后的信号与衰减系数相乘，从而获得经功率控制后的衰减信号。

在上述装置中，为获得输入的原始信号，装置还可以包括信号解调模块，信号解调可以去除输入信号的载波，但保留输入信号的扩频码，从而获得扩频的原始信号，也可以将输入信号的载波可扩频码全部去除，从而获得非扩频的原始。该模块的一种实现方式为，包括本地载波产生器、鉴相器，本地载波产生器产生与输入信号载波相适应的本地载波，通过该本地载波去除输入信号的载波从而可将输入信号调制到基带，去除载波后的输入信号在输出的同时，输入到鉴相器，由鉴相器根据输入的基带信号对本地载波产生器输出的载波进行调整，从而进一步产生与输入信号载波相适应的本地载波。在该模块的另一种实现方式中，还可以进一步包括扩频码产生器，用于产生扩频码对基带信号进行扩频。

本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims (7)

1.一种导航卫星星间链路信道模拟方法，其特征在于至少包括以下步骤：

利用第一频率将原始信号并进行存储；

利用第二频率读取存储后信号；

将所述存储后信号进行载波调制；

对载波调制后的所述存储信号进行功率控制后输出。

2.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述原始信号为基带扩频信号。

3.如权利要求1或2所述方法，其特征在于，所述原始信号为单路信号或互为正交的双路信号。

4.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述功率控制为对所述载波调制后的存储信号添加衰减。

5.一种信道模拟装置，其特征在于，包括：

利用第一频率将原始信号进行存储，并利用第二频率读取存储后信号的信号读写模块；

对所述存储后信号进行载波调制的信号调制模块；

对载波调制后的存储信号进行功率控制的功率控制模块。

6.如权利要求5所述信道模拟装置，其特征在于，还包括通过解调获得所述原始信号的信号解调模块；所述原始信号为基带扩频信号。

7.如权利要求5所述信道模拟装置，其特征在于，所述功率控制模块用于为所述载波调制后的存储信号添加衰减。

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