关于卫星导航模拟器高精度伪距信号处理产生技术的探讨

张晓敏

摘要：卫星导航技术的研发以及应用推进了卫星导航信号模拟器的发展。本文以卫星导航模拟器为背景，分析高精度信号处理技术的相关问题，首先分析了当前卫星导航模拟器研发的基础理论以及发展现状，其次阐述了高精度卫星导航伪距信号产生处理技术的类型和应用方式，意在通过本文论述，能够进一步提升卫星导航模拟器的应用价值，同时也可以为其创新和应用提供技术依据。

关键词：卫星导航；模拟器；高精度；伪距信号处理

引言

从结构形式上来看，卫星导航模拟器能够高精度的模仿信号并且进行数据传输，并且结合不同载体的特性、电离层以及对流层等诸多影响因素，来进行导航信号的修正，从而促使接收机接收到的信号具有精准性和动态性。进行导航模拟器的研发以及应用，可以进一步创建仿真环境，从而使卫星导航系统以及相关设备的研发具有可靠性和稳定性，因此，充分分析当前卫星导航系统模拟器伪距信号处理技术，不仅是本文论述的重点，也是当前进一步提升卫星导航系统应用价值的重要任务。

一、卫星导航模拟器研发的理论基础及发展现状。

卫星导航模拟器的研发，最早始于国外，当我国的GPS技术应用刚处于起步阶段时，美国空军已经结合地面检测以及数据处理系统建立起了卫星导航模拟结构。在20世纪70年代，美国首发了GPS信号模拟器，结合近些年的现代化科技发展技术进行了创新，在德国航天领域以及加拿大等空军研发领域均进行了深入的研发，并且取得了较为瞩目的研究成果。

当前针对卫星导航模拟器的主要结构以软件模拟器、硬件模拟器以及混合架构模拟器这三种类型为主。这其中软件模拟器借助了GPS中频信号系统，实现信号模拟和数据追踪，并且借助多普勒移频来实现信号的仿真计算，后来经美国研发的signalstudio软件模拟器，能够实现24小时全天候的信号模拟。

针对硬件模拟器来讲，最初是由美国ns公司实践并且研发的回放式导航模拟器，后经多公司进行智能优化形成了以gsg系列的gnss模拟器为代表的硬件模拟器，其主要的应用优势以携带方便、易于操作为主，并且能够仿真模拟当前卫星结构中的五大卫星导航系统，例如，GPS、BDs、Glonass等系统。

针对混合型模拟器来讲，主要是将仿真场景纳入到编辑软件中，利用计算机软件进行数据信号的转换，并且通过硬件设备进行播放，当前具有代表性的以aghs架构的GPS仿真产品为主，模拟器的系统主要采用了Matlab＋sDR存储器。

二、卫星导航系统模拟器高精度伪距信号处理产生技术分析

（一）延时信号处理技术

结合当前的卫星导航信号接收设备的运行状态，信号的发射时间以及接收时间具有时域压扩特性。这种时域压扩特性会导致数字频率在传输过程中受到时间和空间的影响，从而产生较大的误差，因此利用新型的技术降低误差，可以有效提升伪距精度。

当前经过技术研发之后，发现利用延时信号可以降低误差抖动的时钟信号，当前常用的延时信号处理技术以延时滤波器为主，能够实现延时控制，通过专用的进位连线可以达到延迟信号的目的。另外通过IODELAY能够实现高精度时钟延迟，但是这种方式对滤波器有着较高的技术要求，同时也会占用较多的硬件资源，经过实践研究之后发现，需要利用4999阶滤波器才能够实现0.01ns的精度控制，因此利用延时精度控制的方式来调整伪距信号的精准度还需要进一步研究。

（二）多普勒频偏处理技术

在卫星导航系统运转的过程中，接收设备和卫星之间会存在较大的相对运动情况，这导致信号接收设备在接收信号频率时，该频率并不是最原始的卫星发射频率，在这两个频率之间产生的偏移，便可以被称为多普勒频移。

传统的方式通过频率控制字来实现对dDs的控制，使其能够产生不断进行变化的正弦信号。但是在实际应用过程中，卫星射频信号的频率较高，而与此同时产生的射频正弦信号的分辨率会受到速度的限制，因此利用多普勒频偏技术实现变频-射频的转换，主要的应用方式会利用rOM查找表方法来进行CORDIC算法的产生和应用，结合直接数字合成器来实现查找表方案，以此来形成不同样品频率正弦波的转换。

cordIC算法能够有效实现复杂运算电路的分解，从而将其转化为简单移位以及迭代运算。能够在计算精度的同时实现运算周期的预测，能够应用在当前信号接收设备规模较大的集成电路中，另外可以对该计算方法的IP核进行功能性配置，建立在算法基础上实现dDs信号的优化，但是该种方式在应用过程中较为复杂，对信号分辨率的精准捕捉也有着一定的限制，因此当前在技术优化过程中，会利用时钟频率以及生成载波信号频率进行结构优化，使其能够进一步提升dds的频率分辨率，并且产生携带多普勒频偏的载波信号。

（三）内插滤波信号处理技术

当前应用内插滤波技术能够有效实现高精度的数据延迟控制，控制的精密程度是由导航模拟源的性能决定的，该项处理方法具有较好的灵芝稳定性和一致性，详细的延迟滤波，信号处理流程如图1所示。

图1 延迟滤波处理流程

将信号输入到延迟滤波处理系统之后，首先需要进行插值，插值的起始数值为0，并且利用滤波处理技术来实现信号处理，将其精度提升，最后需要根据信号接收机所处的不同环境来制定延迟需求的相位点，调整数据的采样点，使其与原始的输出信号频率相同，因此从优势上来看，利用插值滤波处理技术对于高精度的数据信号处理具有较强的应用优势。

结语

综上所述，针对卫星导航系统的高精度伪距信号处理产生技术来看，其能够进一步提升卫星导航接收数据的精准性，减少数据误差。本文着重分析了延迟信号技术、多普勒频偏处理技术以及内插滤波信号处理技术，不同的技术均有不同的应用优势，但同时也存在着升级和创新的空间，所有的论述建立在技术原则和客观基础上展开，相关领域工作人员进行参考借鉴的同时，也需要进一步提升技术研发的客观性，结合实际的应用需求来进行针对性研究，才可以进一步提升伪距精度处理的有效性和科学性。

参考文献

[1]孙妍忞.卫星导航信号模拟算法研究与实现[D].哈尔滨工程大学,2016.

[2]刘志国.卫星导航信号模拟器研究与实现[D].中北大学,2018.

[3]唐中娟.基于卫星导航模拟器的控制系统设计[D].中北大学,2019.

[4]屈豫威. 卫星导航模拟器高精度伪距信号处理产生技术研究[D].南京航空航天大学,2019.

作者简介：张晓敏，女，蒙古族，毕业于南京航空航天大学，信息工程专业，本科生