基于数字调制的GNSS信号软件模拟器设计研究开题报告

全文总字数：3714字

1. 研究目的与意义（文献综述）

1.目的及意义卫星导航信号的实际测距性能是由信号内在的测距能力和接收机处理技术所共同决定的。导航信号的结构以及发射质量决定了测距能力的上限。随着传统GPS信号性能的不断接近其物理极限，人们意识到如果想要进一步改善导航定位性能，新的信号体制的设计至关重要。最近这些年，随着GPS和GLONASS的现代化升级，以及GPS三代、Galileo系统、北斗全球系统为代表的新一代GNSS的建设，越来越多的新型信号体制被设计出来，其中有一些已经投入应用。基于数字调制的GNSS信号软件模拟器可模拟多星座多信号体制的卫星导航信号，可根据用户或研究需求应用于各种特定场合，灵活模拟所需环境下的GNSS信号体制，能为卫星导航系统的仿真和接收机的测试提供一种高效的工具，有助于新型信号体制的设计和仿真试验，对我国建立和发展自主的卫星导航系统有非常重要的现实意义。2.国内外研究现状分析目前国内外的导航信号模拟器主要可以分为三类：硬件信号模拟器、采集回放信号模拟器、软件信号模拟器、硬件信号模拟器。硬件模拟器使用FPGA、DSP等器件产生信号，再通过射频模块将产生的模拟信号转变成真实的导航信号。此类方法的有点是直接产生导航射频信号，与接收机受到的真实导航信号相一致，缺点是使用的是硬件架构，模拟器功能固定、不便于拓展，系统升级复杂、研制周期长等。如Spirent公司的GSS8000和GSS6700等都是硬件架构的多星座导航模拟器。采集回放信号模拟器是将真实的导航信号采集下来，然后在需要的时候再将其回放出来。这种方法的有点事可生成真实的导航信号，开发复杂度相对简单，缺点是只能生成采集到的信号，不能根据需要灵活配置所需特定场景下的信号，研究产品如Spirent公司的GSS6400。而软件模拟器是用软件的方法来模拟导航信号，模拟生成的数字信号可直接馈入数字接收机，亦可和回放器联合使用产生射频信号。此方法在信号场景、功率、用户动态等设置的灵活性以及成本上都要大大优于硬件信号模拟器和采集回放器。软件信号模拟器可以针对特定的应用场合，灵活模拟所需环境下的GNSS信号。软件模拟器有美国德州大学的GPSTk工具包，加拿大Calgary大学的软件GNSS中频信号产生器，国内有北航的软件GNSS信号模拟器等。21世纪以来，卫星定位技术发展迅速，随着各个卫星导航系统的体制建设和更新换代，对卫星信号模拟测试技术提出了更高更新的要求。多功能高性能卫星信号仿真测试系统的研究涉及到多频多星座信号同步模拟，基于用户真实运动轨迹的高动态卫星信号模拟，干扰信号和多径信号模拟以及针对姿态测量算法的多天线阵姿态信号模拟等关键技术，同时着眼于模拟器接收机一体化的闭环测试系统设计，对于突破信号模拟关键技术难点，推动我国自主导航系统及相关终端设备的研制与有应用有重要战略意义。卫星信号模拟器发展趋势主要呈现在以下两个方面：（1）多星座多频点兼容互用未来GNSS信号模拟器必然能够模拟GPS,GLONASS,COMPASS和Galileo系统多个频点的卫星信号，包括模拟真实导航电文生成组帧，码NCO载波NCO调制以及传输段的各种介质特性和对信号传播的影响。（2）复杂场景多功能信号模拟由于接收机要面临的工作环境越累月复杂，这就要求模拟器也能模拟出相应的工作场景，在接收机研制阶段实现对接收机的测试。同时，随着接收机的应用越来越广泛，接收机要实现的功能也变得越来越强大，这也相应地要求模拟器能够实现包括姿态在内的多功能信号模拟。卫星导航信号模拟器在将来的发展将不会局限于上述内容，全球导航系统在未来如火如荼的发展趋势必将带动模拟器技术在各方面的更新和提高。体制更加健全功能更加强大的全球导航定位为系统的建设以及多星座多频点综合仿真测试系统的研制都会给模拟器在将来的发展带来更大的动力

2. 研究的基本内容与方案

3.基本内容及目标 论文首先对GNSS系统进行简单的介绍，包括GNSS系统的用途，其系统框架和定位原理。接着以GPS系统为例对于GNSS系统的信号原理框架进行阐述，梳理现有的GNSS信号体制，对于主流的GNSS信号进行性能分析，以求对于GNSS体制有一个较通透的理解，并明确扩频调制方式在新型体制信号设计中的重要性。然后重点讲解GNSS信号软件模拟器的设计要求和功能需求，明确它的设计思路以及设计方案，进行软件流程设计，给出总体功能和总体流程。再然后通过构建信号模型，利用MATLAB编程技术实现对于现有四大卫星导航信号的模拟和实现。最后总结全文，对未来设计更专业的模拟器进行展望。4.拟采用的技术通过构建信号模型，包括天线端接收信号模型、接收机射频前端输出信号模型以及误差模型引入等，利用MATLAB编程技术，实现一种设计灵活、易于使用而精确的软件信号生成器，它能产生考虑了噪声影响和接收机时钟误差的GNSS信号。更准确的说，它是基于MATLAB的一种GNSS信号生成模型。模拟经过下变频、滤波和采样的接收机天线端接受到的GNSS信号和噪声的频率。整个模型的构建方法是对接收到的GNSS射频信号在接收机射频前端处理过程所进行的仿真，由此模拟信号的传播环境和接收过程，实现各类GNSS信号的软件模拟。

3. 研究计划与安排

5.进度安排第一周至第三周 学习GNSS系统基本原理及相关知识，理解设计要求，撰写开题报告和翻译英文文献，提交指导老师审核。第四周，第五周 对开题报告进行修改完善，查阅并学习资料，提出整体设计方案与设计流程，搭建GNSS软件信号模拟器的系统框架第六周至第八周，进行MATLAB编程，实现主流GNSS信号的模拟，进行仿真实现。第八周至第十周，按任务书要求撰写论文，在此期间完成论文初稿。第十周至第十二周，按导师要求修改完善论文，提交答辩稿及英文稿，准备答辩。

4. 参考文献（12篇以上）

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