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1、北京一朴科技有限公司 GPS接收机教仪系统PORT10简介GPS接收机教仪系统PORT10简介GPS接收机教仪系统PORT10简介一 前言：GNSS卫星导航系统科研平台GPS接收机教仪系统PORT10是基于一朴公司GNSS卫星导航系统科研平台的具体产品。该GNSS卫星导航系统科研平台的总体技术架构如下：其由四部分组成：GNSS信号模拟器、GNSS软件接收机、卫导系统时基统一技术平台和原型机固化平台四部分。其中GNSS软件接收机和GNSS信号模拟器共同组成导航系统仿真验证与测试评定系统，用于模拟各种卫星导航系统所发播的卫星导航信号，与卫星导航软件接收机一起实现对多GNSS系统信号体制和各种信号接
2、收方法及性能的验证，为卫星导航系统的论证和发展提供卫星导航信号体制研究和试验的平台。同时多GNSS仿真器平台和软件接收机平台互为验证，是接收机专项技术研究和测试的基础平台。卫导系统时基统一技术平台提供卫星导航系统核心的时间同步基础工具类技术，是支撑研究卫星导航系统全局性能（广域时空基准统一、精密星历监测等）的基础。原型机固化平台提供将核心算法和技术封装成产品的工程化研发平台，既可以提供接收机产品的固化，也可以提供仿真器产品的固化，其固化方式包括FPGA/DSP/ARM/等。这样对平台的总体框架进行划分既可以保证各个研究方向（模块）能够相对完整，以方便各个研制单位能够独立地开展工作，同时各模块又
3、可以相互支持，以保障最终平台的系统集成，实现平台的总体目标。图 1给出了科研基础平台的总体框架。图 1：GNSS科研平台体系结构图中示出了GNSS卫星导航系统科研平台体系架构，以及各具体组成部分相互之间的关系。其中每一个加编号的椭圆表示一个可独立提供的产品单元。黑色的实线箭头表示信号/数据流，紫色的虚线箭头表示相应的开发成果通过合适工具和开发模式可相互转化。二 GPS接收机教仪PORT10组成和结构总体技术结构SWR-R10是实时的GPS高动态软件接收机，射频部分由硬件的射频采集模块完成，输出数字中频至PC机，在PC上实时实现相关中频、捕获、跟踪、电文解调、导航解算等完整的导航接收机信号处理和
4、信息处理过程。SWR-R10提供捕获、跟踪、捕获跟踪控制、基带处理和导航解算环节的源代码开放，以充分满足深入GPS接收机教学和科研的需要。SimGEN-I10是12通道GPS数字中频软件仿真器，产生中频和测量域GPS 数字信号，具备卫星段、传播段、接收机射频部分完善的功能和性能仿真能力。SimGEN-R10是8通道GPS便携式硬件仿真器，输出射频信号，提供支持商业接收机定位以及高动态等性能测试需要的、具备测试一致性和完备性的GPS射频测试信号。GPS接收机教仪PORT10产品由用户根据需要由SWR-R10、SimGEN-I10和SimGEN-R10三部分灵活组合而成。实现GPSRF实际信号、G
5、PS数字中频信号和仿真GPS射频信号的产生和接收；形成一个闭环、开放、可控的GPS信号产生和GPS接收机接收机教学和科研的开发环境，是导航接收机各个环节深入教学和科研的理想平台。2. GPS IF采集器和软件接收机SWR- R10简介2.1 结构2.2 数据和格式1) IF数据和格式：实时软件接收机IF格式：5.714M采样率，4.309M中频，2BIT量化；数字存储接收机IF格式：采样率、中频可设，1-4 BIT量化可设。2) 基带数据输出码伪距、载波相位、多普勒输出；导航电文文件；3) 定位信息输出件PVT数据输出。2.3 主要性能1) 伪距测量误差载波相位精度：15Hz带宽，40dB-H
6、z载噪比，0.01周；码伪距测量误差：2Hz带宽，d=0.5chip，40dB-Hz载噪比；2) 定位不确定度：接收实际GPS信号的定位不确定度：高度不确定度小于10m（1），水平不确定度小于5m（1）。3) 高动态性能支持速度22500m/s、加速度：45g、加加速度：20g/S的正常跟踪，PVT刷新率1-50HZ可控。3. GPS数字中频软件模拟器SimGEN-I10简介3.1 SimGEN-I10主要仿真内容SimGEN-I10是GPS数字中频软件模拟器，在中频和测量域仿真GPS信号。主要仿真内容包括四个方面：导航电文和伪随机序列的仿真、卫星位置和用户位置的仿真、各种误差的仿真和接收机前
7、端的仿真。表1 SimGEN-I10模拟器的主要仿真内容电文和伪随机码模拟每个GPS卫星的电文、CA码。伪随机码配置生成，注。卫星位置和用户位置模拟卫星的真实位置是先由星历计算出；用户位置由配置文件定义的用户运动模型计算；实际传输距离：对于直射信号，就是星站距离。误差仿真空间段卫星钟差根据定义的星钟误差模型设计相对论效应根据轨道类型选择相应的修正模型卫星位置误差三维卫星位置误差模型，注；传输段和用户段电离层单点定位的Klobuchar模型；对流层适用于单点定位的各种对流层模型和仰角映射函数，多径固定时延模型、单面反射模型，注；噪声白噪声低(带)通滤波器干扰可根据具体的环境要求加入窄带或宽带干扰
8、，脉冲或连续式干扰等；注接收机钟差高斯马尔可夫模型：加入接收机时钟误差：频偏、漂移、老化和抖动，注接收机前端带通滤波、中频AGC控制、A/D量化注：蓝色部分不属于SimGEN-I10模拟器的标配功能，是深入科研开发的特种增强功能，需选配。3.2 功能配置1)卫星和空间参数设置：卫星星号和数目设置，射频、中频、采样率、量化BIT、载噪比、前端带宽设置，电离层误差、对流层误差设置；2)接收机运动状态设置每接收机运动状态设置：配置每个接收机的仿真时间、初始位置、初始速度、加速度变化；3)输出真值文件包括：IF文件，码伪距、载波相位、多普勒真值输出文件，导航电文输出文件，用户位置文件。3.3 主要性能
9、指标1) 仿真精度伪距仿真精度：优于0.05m（1）；伪距变化率仿真精度：优于0.005m/s（1）；位置仿真不确定度：水平0.2m（1），高度0.5m（1）；速度仿真不确定度：水平0.003m/s（1），高向0.005m/s（1）；2) 接收机动态仿真能力；高度：海拔7000km,分辨率0.01m/s速度：30km/s，分辨率0.01m/s；加速度：100g，分辨率0.1m/s2；加加速度：40g/s；3) 仿真的实时能力与中频采样率和卫星通道数正比相关；同计算机配置相关。双核CPU，2.0GHz，内存512M配置；5.714M采样率、12通道的实时能力为2倍仿真时长。4. GPS便携式硬件
10、模拟器SimGEN-R10简介4.1 SimGEN-R10结构和组成SimGEN-R10是射频输出的GPS便携式硬件仿真器，具备通道卫星仿真能力，提供支持商业接收机定位功能以及高动态等性能测试需要的、具备测试一致性和完备性的测试信号。其组成结构如下：RF输出 DSP：基带处理和控制模块参数获取、电文和CA码计算、接收机和卫星位置计算、传播时延计算、传播误差、TP和TC生成和控制等PC机：SimGEN-R10显控软件仿真参数配置和发送FPGA：中频信号生成模块每颗可视卫星的载波NCO和码NCO产生、受控；单路卫星信号合成；N路卫星信号合成；噪声和干扰叠加DA模块射频模块AIF I路AIF Q路基
11、带和中频板 SimGEN-R10 硬体DIF I路DIF Q路本振4.2主要性能指标1) 输出频率 L11575.42MHz2) 信号动态特征 最大速度：±30,000m/s 最大加速度：±1000m/s2 最大加速度率(jerk)：±400m/s3 3)信号精度 伪距离±10cm(包括通道间偏差) 伪距离速率±1cm/s Delta 伪距离±5mm 通道间偏差±2cm(码)，±0.265mm(载波) 4) 信号质量 寄生信号(最大)： -30 dBc 谐波(最大)： ±35dBc 相位噪音(最大)：0.
12、02 rad RMS(10 Hz到10 kHz偏差)5) 信号电平 L1 C/A 码： -66dBm, -130dBm 分辨率：1dB 精度：±1.0dB RSS 不确定性6) 信号发生器单元 发生器通道数：8 通道类型：50bps 速率数据的GPS C/A(独立) 三 GPS接收机教仪系统POTS的系统配置方案1.产品目录GPS科研平台PORT10产品目录序号产品型号类型名称功能描述仿真器环节1SimGEN-I10软件GPS数字中频软件模拟器(执行程序）GPS数字中频和基带数据仿真，12通道2SimGEN-I10E软件GPS数字中频软件模拟器（源代码）GPS数字中频和基带数据仿真，
13、12通道3SimGEN-R10硬件GPS便携式硬件模拟器8通道实时GPS仿真，RF输出4SimGEN-R20硬件GPS便携式硬件模拟器8通道实时GPS仿真，RF输出,高动态轨迹配置软件接收机环节5REC-I10硬件GPS IF采集器GPS 数字中频采集器；含MATLAB系列软件。6SWR-I10软件GPS 数字中频软件接收机（开放源码）GPS数字中频软件接收机：12通道、高动态；7SWR-R10软硬件GPS 实时软件接收机（开放源码）GPS 数字中频采集器和实时GPS软件接收机2. 研究平台配置组成2.1配置组成图2.2 研究平台配置举例1)配置1： 纯软件GPS仿真器和GPS软件接收机由GP
14、S数字中频软件仿真器SimGEN-I10和数字中频软件接收机SWR-I10两个纯软件组成，其具备GPS仿真（数字中频输出）、接收机数字中频信号处理、信息处理的完整过程，具备各个环节的高度开放和灵活可配置，是接收机核心算法（高动态、高抗干扰、高灵敏度、高精度等）研究和软件实现的理想平台；也是核心算法实现软件进行严谨闭环测试验证的理想平台。纯软件的解决方案具备高度的灵活性、可配置性，并具有低成本的优势。配置1是仿真器生成数字中频、接收机对数字中频进行处理，不具备实时处理和接收GPS射频信号能力。2) 配置2：SimGEN-I10+SWR-R10由GPS数字中频软件仿真器和GPS实时软件接收机组成。因为GPS实时软件接收机SWR-R10包括数字中频软件接收机SWR-I10的功能，所以该配置2具备配置1功能基础上，增加了接收机GPS实际射频信号或硬件仿真器射频信号的能力，克服了配置1的不足。11