基于矢量信號發(fā)生器的Galileo E1信號模擬與驗證

杜 蒙，宋茂忠，熊 駿

(南京航空航天大學(xué) 電子信息工程學(xué)院，江蘇 南京 211106)

Galileo信號模擬源可以為Galileo接收機(jī)的設(shè)計與測試提供良好的仿真環(huán)境，具有很高的研究價值[1-4]。接收機(jī)與衛(wèi)星之間的相對運(yùn)動產(chǎn)生的多普勒頻移是Galileo信號模擬源設(shè)計的關(guān)鍵所在，文獻(xiàn)[5]從整體架構(gòu)上論述了Galileo軟件模擬源的各個實現(xiàn)步驟，但沒有提及接收時刻的信號模擬算法，也沒有給出動態(tài)多普勒的實現(xiàn)方法。

本文推導(dǎo)了Galileo E1中頻信號的數(shù)學(xué)模型，實現(xiàn)了一種Galileo E1信號模擬算法，該算法以接收端接收時刻作為時間基準(zhǔn)，反推信號傳輸時刻，利用時間壓擴(kuò)特性[6]，實現(xiàn)接收端Galileo衛(wèi)星導(dǎo)航信號的模擬。該算法邏輯簡單，精度與運(yùn)算時長可控。最終結(jié)合矢量信號發(fā)生器，用硬件接收機(jī)對生成的信號進(jìn)行測試驗證，證明了該算法的有效性和正確性。

1 Galileo中頻信號數(shù)學(xué)模型

Galileo接收機(jī)接收時刻簡化的Galileo信號模型[7]可表示為

(1)

其中，Pr為接收信號的功率；Di為第i顆衛(wèi)星的導(dǎo)航電文；Ci為第i顆衛(wèi)星的偽隨機(jī)碼；SC為子載波；τco，τca和τsc分別為第i顆Galileo衛(wèi)星信號在時刻t對應(yīng)的傳播過程中的偽碼延時，載波延時和子載波延時[8]；fE1為E1頻段中心頻率；sn(t)為噪聲信號；smp(t)為多徑誤差信號。

根據(jù)文獻(xiàn)[8]，載波的多普勒頻率變化可以通過時間壓擴(kuò)關(guān)系表示

fd·t+fE1·τca=0

(2)

其中，fd為載波多普勒頻率。

Galileo信號被天線接收后，經(jīng)過混頻、濾波，變?yōu)橹蓄l信號，設(shè)本地振蕩器產(chǎn)生的波形為sos(t)=2cos(2πfost)，將式(2)帶入，中頻信號可表示為

(3)

其中，fIF=fE1-fos，為中頻。

根據(jù)GNSS定位原理，在三維空間中，為了消除接收機(jī)與衛(wèi)星間鐘差的影響，需要4顆及以上衛(wèi)星才能進(jìn)行空間定位，為了模擬出可用于定位的Galileo衛(wèi)星導(dǎo)航信號，需要建立多顆衛(wèi)星到達(dá)信號模型。……