崔陸　魏志芳

摘 要：GPS衛(wèi)星導航信號模擬器是導航測試與仿真平臺的關鍵設備之一，可在室內(nèi)環(huán)境下為導航接收機的研制與測試以及半實物仿真系統(tǒng)提供高精度導航信號。GPS衛(wèi)星導航信號模擬器作為接收產(chǎn)品測試和仿真平臺的核心儀器，要能夠模擬導航信號在傳播過程中的多種誤差源對導航信號的影響。文章介紹了信號生成模型、主要誤差模型，并給出了仿真驗證結果。

關鍵詞：衛(wèi)星導航；誤差模型；仿真

引言

近年來，衛(wèi)星導航技術迅猛發(fā)展，全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)已經(jīng)成為了重要的空間信息基礎設施，其應用范圍逐漸擴大到航空、航天、陸地、海洋等軍事和民用領域，是關系到國家的發(fā)展和安全的戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)。而GPS衛(wèi)星導航信號模擬器作為接收產(chǎn)品測試和仿真平臺的核心儀器也一直受到軍事和有關部門的關注。

由于GPS接收機在當前時刻接收到的衛(wèi)星信號是經(jīng)過空間傳播延之后的信號，同時，空間傳播延時由于衛(wèi)星與接收機之間的距離、電波折射影響等密切相關。因此，針對衛(wèi)星導航信號模型和主要誤差模型進行研究就必不可少。

文章針對衛(wèi)星導航信號的主要誤差模型記性研究，并完成了誤差修正的仿真實驗。

1 GPS衛(wèi)星導航模擬器信號生成模型

2.3 電離層誤差模型

電離層中充滿電離子和電子，當衛(wèi)星信號穿過電離層時，信號的傳播速度和傳播方向會發(fā)生改變。信號的電離層延遲主要取決于電離層中的電子的濃度，即單位體積內(nèi)所含自由電子的個數(shù)，這里采用Klobuchar模型來模擬電離層誤差，通過星歷中？琢i、？茁i（i=0，1，2，3）參數(shù)得到電離層延遲誤差，其修正精度可達到60%左右。

2.4對流層誤差模型

對流層對信號的延時與電離層不同，其折射率與電磁波的頻率無關，故GPS信號穿過對流層的相速和群速是相等的。因為對流層的延時與氣象數(shù)據(jù)有關，沒有統(tǒng)一精準的數(shù)學模型，文章采用Hopfield經(jīng)驗模型。

3 算法驗證

文章采用MATLAB軟件進行主要誤差模型仿真驗證，衛(wèi)星數(shù)據(jù)基于GPS衛(wèi)星的Rinex導航電文文件，文件包含GPS衛(wèi)星在2010年10月7日全天的導航數(shù)據(jù)。由單獨衛(wèi)星位置的計算模塊可以計算出在有效時間內(nèi)的每一顆GPS衛(wèi)星ECEF坐標系下的位置。設定載體位置和姿態(tài)，假定載體位置為東經(jīng)116度，北緯30度，高程100米，由算法得到該位置2010年10月7日UTC時間0點整（北京時間8點整）可見衛(wèi)星的數(shù)量和衛(wèi)星的星座分布圖。星座分布圖0°方位角與FBS中心對稱軸X軸正方向一致，90°仰角與FBS的Z軸正方向一致，即載體正上方。

如圖2所示，顯示了姿態(tài)角為30°時在設定位置和時間的可見衛(wèi)星分布；在圖3中，偏航角為90°的星座圖與圖2對比可以發(fā)現(xiàn)星座整體逆時針旋轉了60°，這是由于載體的偏航角規(guī)定的順時針為正。圖4和圖5分別顯示載體俯仰角30°和-30°的星座分布，0°至180°的連線上的11號衛(wèi)星的仰角分別增大和減小了30°，這是由于該連線與載體中心軸x軸平行。仿真表明與實際情景相符合。

參考文獻

[1]彭鳴.GNSS衛(wèi)星信號模擬器的研究與實現(xiàn)[D].北京郵電大學，2010.

[2]唐中娟.基于衛(wèi)星導航模擬器的控制系統(tǒng)設計[D].中北大學，2012.

[3]謝剛.GPS原理與接收機設計[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011.

[4]張守信.GPS衛(wèi)星測量定位理論與應用[M].湖南：國防科技大學出版社，1996.

[5]張碩.多功能GNSS信號模擬器中頻信號源的設計與實現(xiàn)[D].北京航空航天大學，2006.

[6]孟慶豐.新體制衛(wèi)星導航系統(tǒng)的多頻點多信號復合生成技術研究[D].中北大學，2013.