GNSS卫星信号模拟器介绍

同步天下
2022-04-29
来源:原创

GNSS卫星信号模拟器是卫星导航接收设备性能测试和算法验证的必要设备。本文主要介绍一下信号模拟器的工作原理、应用和产品推荐。

1、工作原理

随着时代的发展,各个国家均在大力建设和发展自己的卫星导航系统,卫星导航技术已经从之前单一的GPS时代发展为多系统兼容的GNSS多体制导航的时代。未来GNSS多模接收机也会成为市场的主流。为了深入研究导航系统的结构,验证GNSS接收设备的灵敏度、定位精度、和兼容性等性能指标,对卫星信号模拟的需求也应用而生。


卫星导航信号模拟源产生与GNSS导航卫星一样的信号,这样GNSS接收机会以实际处理卫星信号的方式来处理这些模拟信号。

与使用实际的GNSS信号在真实环境下进行的测试相比,卫星导航信号模拟源可以提供出色的替代方案与真实测试不同的是,使用模拟源测试可以完全控制模拟卫星信号和模拟环境条件。

任何GNSS测试的核心都是他提供可控的可重复的信号。无论是用于开发、集成或生产的目的,

在许多测试中,信号控制包括测试用例灵活性,以及在特定、极端甚至错误状态条件下开展测试所需的条件,这些都只能通过模拟才可能实现。

利用模拟源,用户可以产生多种场景,实现多种类型测试。

模拟器可以精准的模拟移动载体和卫星的运动状态,实时模拟生成高精度卫星信号,在室内就能测试接收设备在各种复杂环境下的性能指标,大大压缩测试成本。


2、模拟器的应用

目前无论是GPS、GLONSS还是北斗导航系统,最为基础的民用领域是用户定位导航。而用户的核心还是导航接收机,接收机接收卫星发射的信号,测量载体到卫星的距离、速度等。通过定位解算出载体的位置和速度。由于接收机接收到的信号包含有接收机运动引起的多普勒频率。同时因为卫星信号通过空间传播,肯定会受到各种误差源的影响,导致接收机接收到的信号已经不同于发射时刻的状态。这种差别与接收机所处的时间、位置、动态特性有关。如果在发射完所有卫星之后对方案进行调整及对北斗接收机的研究生产则会有巨大的成本。如果在组网完成之前可以在实验室模拟出完成后的信号机测试各种复杂条件下的接收机定位情况,就可以避免这种风险。

卫星信号模拟器不仅可以为卫星信号接收设备的研究和验证提供高精度的、稳定的信号源,还可以满足组合导航的测量需求。对惯性器件观测数据进行仿真,同步输出惯导观测数据。


对于运动速度和加速度均很大的载体,由于多普勒效应,载体的高速运动会使接收设备接收的卫星信号发生变化,其载波和伪码都会偏离原本的频率,导致接收设备无法正常跟踪卫星信号。

通过设定载体的运动轨迹、实现对导弹、飞机、火箭等高动态载体的模拟,通过计算多普勒准确的调整载波和伪码的频率,模拟生成高动态载体接收设备所接收的卫星信号供测试使用。从而验证接收设备的精度和灵敏度。

另外卫星信号模拟器还可以作为信号干扰源,为干扰设备的研制提供支持。

其主要作用是:

再现和重复卫星的历史信号,作为卫信信号的跟踪和监测

产生高动态卫星信号,检验接收机的捕获性能

支持不同动态情况对导航信号的接收和信息处理的影响分析

作为定位精度比较标准,检验接收机的动态定位精度

3、产品推荐

SYN5205型是一款高性价比多通道GNSS卫星导航信号模拟器,具有模拟北斗/GPS/GLONASS卫星导航定位系统的导航信号功能,支持北斗B1/B2/B3/GPS L1/GLONASS等五个频点的射频仿真信号输出,支持实时星历和外部星历参数输入,支持不同时间长度的各种轨迹输出,能满足各类卫星导航授时接收终端的测试需求,可替代国外高昂GNSS信号模拟器。

具有卫星选通功能,用户可以根据需要选择五种导航系统中的卫星进行任意组合搭配;能够模拟产生高动态和静态情况下接收机收到的卫星导航信号;用户可以选择使用特定的通道用于产生导航信号,还可以单独设置每个信号通道所产生信号的强度;具有信号衰减控制功能,用户可以单独设置最终输出的五种卫星导航模拟信号的衰减量;具有射频电缆接口和转发天线接口,用户可以选择使用无线模式或有线模式接收卫星模拟信号。

SYN5203型信号模拟器是单GPS的。主要有静态(定点)轨迹制作、动态轨迹制作、轨迹信号发送和实时轨迹录制4大功能。其中实时轨迹录制是需要带着设备在现场进行轨迹录制。常用的轨迹信号发送中的循环发送功能。

出厂时会内置几条测试轨迹,有静态的也有运行动态的轨迹,单次轨迹时长有几分钟的有20分钟的还有约一个小时的供用户测试使用。如果您采购GPS模拟器只是为了解决gps信号问题,让模拟器发射GPS信号,直接使用内置的任意一条轨迹就可以完成。

模拟器可以输出接收机所有的语句,使用中接收机是分辨不出来模拟卫星信号和真实信号的。如果接收设备有星历保存,接收模拟器信号时就必须有先后顺序,需要让模拟器先运行起来,然后再开机所有的接收设备。

循环发送轨迹的循环就相当于重新定位。在实际循环发送中当每两次运行时中间会有1到2s的空档期,例如当前运行的轨迹时长是60s,到61s切换时就是重新定位。正常是感觉不到的,根据项目需求如介意可直接重新录制时长更长的轨迹。


客户端设备某些是有星历保存的,接收GPS模拟器信号时必须有先后顺序,建议让SYN5203型gps信号模拟器先运行起来,然后再开机所有的接收设备。



如考虑模拟器的信号过大会干扰到周围设备的正常工作,那么就需要缩小信号辐射范围,只需要将其直连就可以。还可以增加信号衰减器连接在模拟器输出接口上。这样就很好的解决了信号过强干扰到周边其它工作的设备。

当有大于一台的设备需要直连接收模拟器信号时,建议搭配信号分配器使用。卫星信号模拟器广播信号的接口为SMA的,分配器的输入接口是BNC的,可配一根SMA转BNC的线缆连接。

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