阅读说明：本技术 一种再生式卫星信号转发器 (Regenerative satellite signal transponder ) 是由 饶勇 孟冲 张一� 强亚辉 张宇轩 史亚敬 于 2020-05-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种再生式卫星信号转发器,其采用全数字动态模拟技术对卫星导航信号进行了动态修正处理,使得本发明的卫星信号转发器在转发的卫星信号中包含的用户位置可变,实现了可控制的动态模拟的功能。(The invention discloses a regenerative satellite signal transponder, which adopts a full-digital dynamic simulation technology to dynamically modify satellite navigation signals, so that the user position contained in the retransmitted satellite signals by the satellite signal transponder of the invention is variable, and the controllable dynamic simulation function is realized.)

一种再生式卫星信号转发器

技术领域

本发明涉及卫星导航定位领域，具体涉及一种再生式卫星信号转发器。

背景技术

北斗/GNSS卫星导航应用日益普及，需求持续增长，卫星导航产品生产厂家在设计、生产、维护等方面，不可避免的需要使用测试仪表。当前的卫导产品测试专用仪表大体分为两类：导航信号源、卫星信号转发器。

导航信号源按照空间段、环境段、用户段等建立了完整的模型，模拟对卫星信号的产生、传输、接收等环节受到的影响，精度高、一致性好，但存在成本高昂、同实际信号存在差异等缺点。

卫星信号转发器接收并转发模拟信号，真实、完整地还原了实际的卫星信号，但引转发天线固定而限制了应用场景，只适用于静态测试，无法进行动态测试。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是卫星信号转发器无法进行动态测试的问题。

本发明提供了一种再生式卫星信号转发器，包括：射频通道模块和基带板卡，所述射频通道模块的输出端与基带板卡的输入端相连，射频通道模块用于将所接收的目标卫星信号转换为目标卫星的模拟中频信号；

所述基带板卡包括模数转换模块、时钟模块、数模转换模块、基带信号处理模块、导航解算模块和动态模拟模块；

所述模数转换模块的输入端与射频通道模块的输出端相连，用于将目标卫星的模拟中频信号转换为目标卫星的数字中频信号；

所述基带信号处理模块包括捕获模块和跟踪模块；

所述捕获模块的输入端与模数转换模块的输出端相连，用于根据目标卫星的数字中频信号判断目标卫星是否存在，若存在，则通过跟踪模块进行目标卫星载波频率、目标卫星载波相位、目标卫星码相位跟踪以得到目标卫星的观察量值；基带信号处理模块还用于接收动态模拟模块输出的载波频率、码相位修正值，对所述目标卫星码相位、目标卫星载波相位进行延时和补偿；对动态处理后的码相位、载波相位经中频调制、合路后，得到各卫星的数字中频信号；将各卫星的数字中频信号传输至数模转换模块，输出各卫星的模拟中频信号至射频通道模块；

所述导航解算模块的输入端与跟踪模块的输出端相连，用于读取目标卫星发送的导航电文和载波频率、载波相位、码相位等原始观测量，将其解算为目标卫星的位置、速度和时间；并解算出用户接收机天线所在的位置和速度，将该天线的位置、速度和时间信息传输至动态模拟模块；

所述动态模拟模块的输入端与导航解算模块的输出端相连，用于根据解算目标卫星的观察量值，结合当前用户接收机天线的位置和速度、当前接收到的目标卫星的位置和速度、用户预设的动态控制量，得到期望的接收机的位置和运动轨迹，进而得到各时刻目标卫星信号载波频率、码相位修正值，传输至基带信号处理模块进行目标卫星信号修正和中频调制。

进一步地，所述捕获模块通过短时匹配滤波-FFT算法搜索接收到的信号中是否存在目标卫星的信号；

所述捕获模块包含：数字下变频模块、伪随机码发生器、匹配滤波器、FFT和Tong检测器；

所述数字下变频模块用于将模数转换模块得到的目标卫星的数字中频信号，同本地载波相乘，得到复基带信号；

所述伪随机码发生器用于按照预设控制软件设置的卫星号，产生待捕获的目标卫星对应的伪随机码；

所述匹配滤波器用于通过复基带信号和伪随机码进行相关运算，得到分组的短时相关值；

所述FFT用于对短时相关值进行频谱分析，得到相干时间内的长积分值；

所述Tong检测器用于遍历FFT输出的所有长积分值，若积分值大于预设门限且达到规定的次数，判定为存在目标卫星；否则判定为不存在目标卫星。

进一步地，根据目标卫星的导航电文和原始观测量，解算为目标卫星的位置、速度和时间，包括：

对原始电文进行奇偶校验，对无错的电文进行解析，得到每颗卫星的星历；

从卫星星历中，解析出星历参考时间，以该时间为基准，按各卫星导航系统用户接口协议规定，解算出每颗卫星的详细的轨道参数和信号发生时刻点的卫星位置、速度和时间。

进一步地，根据解算目标卫星的观察量值，结合当前接收机天线的位置和速度、当前卫星的位置和速度、用户预设的动态控制量，得到目标位置运动轨迹，包括：

利用用户预设的动态控制量中某一时刻点的速度，加上该时刻加速度对时间的积分，得到一段时间内的动态补偿的速度值；

利用解算得到的接收机天线的位置，加上动态补偿的速度值对时间的积分，得到一段时间内的目标位置，即为运动目标位置的轨迹；

由真实的卫星位置和接收机天线的位置可计算出每个卫星真实的伪距，由真实的卫星位置和运动目标位置可计算出每个卫星期望的伪距，期望的伪距同真实的伪距之差，即为动态补偿的码相位修正值；

由各动态补偿的速度值，结合载波频率、卫星仰角，可计算出产生的多普勒效应的多普勒频率值，即为动态补偿的载波频率修正值；

码相位补偿采用基于DDS的延时法，通过控制伪随机码发生器的驱动DDS的控制字相位，实现对伪码的时间延时；

载波频率补偿直接在本地载波DDS的频率控制字上加上载波频率修正值，实现频率修正。

与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：

本发明通过采用全数字动态模拟技术对卫星导航信号进行了动态修正处理，使得本发明的卫星信号转发器在转发的卫星信号中包含的用户位置可变，实现了可控制的动态模拟的功能。

附图说明

图1为一种再生式卫星信号转发器的结构示意图；

图2为基带板卡的原理框图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。

实施例：

请参考图1，图1为一种实施例的再生式卫星信号转发器的结构框图，包括：射频通道模块和基带板卡。

其中，射频通道模块的输出端与基带板卡的输入端相连，射频通道模块用于将所接收的目标卫星信号转换为目标卫星的模拟中频信号。

如图2所示，基带板卡包括模数转换模块、时钟模块、数模转换模块、基带信号处理模块、导航解算模块和动态模拟模块。

其中，模数转换模块的输入端与射频通道模块的输出端相连，用于将目标卫星的模拟中频信号转换为目标卫星的数字中频信号，即对目标卫星的模拟中频信号进行采样。

所述基带信号处理模块包括捕获模块和跟踪模块。其中，所述捕获模块的输入端与模数转换模块的输出端相连，用于根据目标卫星的数字中频信号判断目标卫星是否存在，若存在，则通过跟踪模块进行目标卫星载波频率、目标卫星载波相位、目标卫星码相位跟踪以得到目标卫星的观察量值；基带信号处理模块还用于接收动态模拟模块输出的载波频率、码相位修正值，对所述目标卫星码相位、目标卫星载波相位进行延时和补偿；对动态处理后的码相位、载波相位经中频调制、合路后，得到各卫星的数字中频信号；将各卫星的数字中频信号传输至数模转换模块，输出各卫星的模拟中频信号至射频通道模块。

所述捕获模块通过短时匹配滤波-FFT算法搜索接收到的信号中是否存在目标卫星的信号。

本实施例中的捕获模块包括数字下变频模块、伪随机码发生器、匹配滤波器、FFT和Tong检测器。数字下变频模块用于将模数转换模块得到的目标卫星的数字中频信号，同本地载波相乘，得到复基带信号；伪随机码发生器用于按照预设控制软件设置的卫星号，产生待捕获的卫星对应的伪随机码；匹配滤波器用于通过复基带信号和伪随机码进行相关运算，得到分组的短时相关值；FFT用于对短时相关值进行频谱分析，得到相干时间内的长积分值；Tong检测器用于遍历FFT输出的所有长积分值，若积分值大于预设门限且达到规定的次数，判定为存在目标卫星；否则判定为不存在目标卫星。

基带信号处理模块还用于接收动态模拟模块输出的载波频率、码相位修正值，对所述目标卫星码相位、目标卫星载波相位进行延时和补偿；对动态处理后的码相位、载波相位经中频调制、合路后，得到各卫星的数字中频信号；将各卫星的数字中频信号传输至数模转换模块，输出各卫星的模拟中频信号至射频通道模块。

所述导航解算模块的输入端与跟踪模块的输出端相连，用于读取目标卫星发送的导航电文和载波频率、载波相位、码相位等原始观测量，将其解算为目标卫星的位置、速度和时间；并解算出用户接收机天线所在的位置和速度，将该天线的位置、速度和时间信息传输至动态模拟模块。

其中，根据目标卫星的导航电文和原始观测量，解算为目标卫星的位置、速度和时间，包括：

对原始电文进行奇偶校验，对无错的电文进行解析，得到每颗卫星的星历；

从卫星星历中，解析出星历参考时间，以该时间为基准，按各卫星导航系统用户接口协议规定，解算出每颗卫星的详细的轨道参数和信号发生时刻点的卫星位置、卫星速度。

所述动态模拟模块的输入端与导航解算模块的输出端相连，用于根据解算目标卫星的观察量值，结合当前用户接收机天线的位置和速度、当前接收到的卫星的位置和速度、用户预设的动态控制量，得到期望的接收机的位置和运动轨迹，进而得到各时刻卫星信号载波频率、码相位修正值，传输至基带信号处理模块进行信号修正和中频调制。

以根据解算目标卫星的观察量值，结合当前接收机天线的位置和速度、当前卫星的位置和速度、用户预设的动态控制量，得到目标位置运动轨迹，包括：

利用用户预设的动态控制量中某一时刻点的速度，加上该时刻加速度对时间的积分，得到一段时间内的动态补偿的速度值；

利用解算得到的接收机天线的位置，加上动态补偿的速度值对时间的积分，得到一段时间内的目标位置，即为运动目标位置的轨迹；

由真实的卫星位置和接收机天线的位置可计算出每个卫星真实的伪距，由真实的卫星位置和运动目标位置可计算出每个卫星期望的伪距，期望的伪距同真实的伪距之差，即为动态补偿的码相位修正值；

由各动态补偿的速度值，结合载波频率、卫星仰角，可计算出产生的多普勒效应的多普勒频率值，即为动态补偿的载波频率修正值；

码相位补偿采用基于DDS的延时法，通过控制伪随机码发生器的驱动DDS的控制字相位，实现对伪码的时间延时；

载波频率补偿直接在本地载波DDS的频率控制字上加上载波频率修正值，实现频率修正。

上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。