原创 浅谈卫星导航信号模拟器的应用

   一、卫星导航发展现状 随着北斗卫星导航系统的“三步走”部署开始实施，卫星导航这个新兴技术越来越受到各行各业的青睐。当今世界上一共存在四大卫星导航系统，其中包括美国的GPS，俄罗斯的GLONASS，欧盟的Galileo和中国的北斗卫星导航系统。除了这四个全球导航系统，还有部分国家正在开展局域卫星导航系统或者是导航卫星增强系统，为的是满足本国或者周边地区的高精度定位与导航应用，这其中就包括了美国的WASS，印度的GAGAN和日本的QZSS等。美国人的GPS卫星导航系统走在了各大系统的前列，也是全球应用最为广泛的导航系统。随着美国于2000年对公众取消了SA干扰后，地面GPS设备犹如井喷状发展，GPS设备不断的渗透到人们生活中的各个角落，现已成功应用在了军事，交通，电力，安防，授时等领域。 对比美国的GPS和俄罗斯的GLONASS，我国的北斗卫星导航系统起步较晚。我国于2000年开始开通北斗卫星导航试验系统服务，该系统有别于GPS的无源定位原理，采用双星有源定位模式，并具有短报文通讯功能，并成功的应用在测绘、电信、水利、渔业、交通运输、森林防火、减灾救灾和国家安全等诸多领域，为我国发展北斗卫星导航系统做好了充分的技术和市场铺垫。伴随着2010年6月第四颗北斗导航卫星的升空，我国自主的北斗定位系统正式进入了密集的空间组网阶段，并计划于2012年前后开通对亚太地区的卫星导航定位服务，于2020年达到全球信号覆盖能力。 参考GPS的成功经验，随着北斗卫星导航系统的逐步完善，相应的地面应用也会很快的普及开来。如何在导航芯片和终端的生产过程中验证产品的性能，如何在某些特殊场合验证终端的定位性能，如何在大规模生产中确保产品的质量，这些问题都摆在所有卫星导航从业者的面前趋待解决。只有合理的解决了以上几个疑问，才能保证卫星导航芯片和终端的质量，也为北斗定位导航产品的普及和市场推广工作奠定了扎实的技术基础，从而增强国民对我国自主知识产权的北斗卫星导航系统使用的信心。

     二、卫星导航信号模拟器技术 从美国GPS的过往经验表明，只有在实验室里做了充分测试验证的卫星导航产品，才能禁得起客户和市场的考验。早在GPS建设初期，相关的地面测试验证工作就已经全面普及开来，其中很重要的一个环节就是利用卫星导航信号模拟器产生导航信号，进行导航芯片和终端的测试工作。 卫星导航信号模拟器一般能够产生一个导航系统或多个导航系统兼容的全星座卫星导航信号。其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。模拟器既能够根据预先设定的轨迹信息，生成卫星导航模拟信号；也能够接收半实物仿真计算机传输的载体的位置、速度、加速度、姿态等信息，模拟多颗卫星在轨的位置分布和运动，根据载体的姿态、接收机天线布置、天线方向图、接收机与卫星的之间距离的远近等因素，模拟卫星定位接收机收到的不同导航卫星射频信号的到达入射角、强弱和延时，进而模拟载体飞行过程中的卫星导航过程，实时或近实时的生成卫星导航模拟信号。信号模拟源所生成的卫星导航信号包含了卫星发射信号的特征，以及信号经过空间传播后到达终端设备处所附加的各种传播效应。 显而易见，模拟器作为一个卫星导航信号产生仪器，已经具备了完备的信号仿真能力和丰富的操控能力，现在已经成为各大导航实验室和测试研发机构不可或缺的仪器之一。利用其进行产品测试工作，可以有以下几大优点： • 可控性：可以引入或屏蔽真实环境中的各类系统误差；可以打开或关闭任意一颗导航卫星的信号。 • 可重复性：可以在同样的环境条件下进行多次重复的测试，从而进行定位性能比对，定量分析导航终端的定位效果。 • 广泛性：可以仿真任意时间，任意地点，任意姿态的导航终端运动状态；可在静态、低动态、高动态的环境下进行导航终端测试。 • 信号可用性：卫星导航芯片或者接收机的研发往往先于卫星导航系统的建设，即在卫星导航系统完成建设前，就需要接收到该导航系统卫星发射的导航信号，例如中国的北斗卫星导航系统和欧盟的Galileo。卫星导航模拟器可以完全模拟任意一种已建成或在建设的卫星导航系统，达到地面终端开发与空间卫星建设同步的状态。 • 节约成本：利用卫星导航模拟器进行测试，可以节约在实测过程中的大量人力和设备成本，确保产品质量的前提下提高效率，节约开发和测试周期。

     三、应用案例 北京华力创通科技股份有限公司在2005年开始进行卫星导航信号模拟器研究，经过多年的努力，现在已经形成了功能从低到高的多种型号模拟器，可以满足客户在研发、生产、测试、维护等各个环节的测试需要。随着卫星导航产业在我国的蓬勃发展，越来越多的从事该方面研究的科研单位和企业意识到了卫星导航信号模拟器的重要性，华力创通的模拟器已经在国内多个领域得到成功运用：如航空、航天、航舶、兵器、核工业、电子、通讯、电力、交通、高等院校等，得到了用户的充分肯定，技术实力在国内处于领先水平，已批量化生产。 华力创通为客户提供的卫星导航模拟器应用解决方案有： • 面向制导武器的卫星导航仿真实验室 面向制导武器的卫星导航仿真实验室可仿真多个卫星导航系统的导航信号，与惯导转台配合，仿 真载体的运动和姿态，制导控制仿真机根据组合导航信息调整载体的姿态，完成实时半实物仿真系统实验。同时，模拟器可以接受高速率、实时提供的载体轨迹数据，并利用硬件触发事件与外部系统同步，实时输出卫星导航模拟器信号，实现制导系统的闭环测试功能。