高動(dòng)態(tài)多通道GPS信號(hào)模擬器是研制高動(dòng)態(tài)GPS接收機(jī)的關(guān)鍵設(shè)備，也可用于GPS等衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的仿真驗(yàn)證，對(duì)我國(guó)建立和發(fā)展自己的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。由于該設(shè)備涉及敏感技術(shù)，一直屬于北大西洋公約組織和巴黎統(tǒng)籌委員會(huì)對(duì)華禁運(yùn)的核心裝備和技術(shù)，產(chǎn)品的技術(shù)資料不公開(kāi)，技術(shù)水平高，研制難度大。研制高動(dòng)態(tài)多通道GPS信號(hào)模擬器是中國(guó)突破國(guó)外對(duì)華高技術(shù)封鎖的重要環(huán)節(jié)和舉措，對(duì)中國(guó)發(fā)展運(yùn)載火箭、彈道導(dǎo)彈、載人航天工程有著舉足輕重的戰(zhàn)略意義。

《高動(dòng)態(tài)多通道GPS信號(hào)模擬器》項(xiàng)目是北京航空航天大學(xué)電子與信息工程學(xué)院張其善教授課題組在國(guó)家自然科學(xué)基金科學(xué)儀器專(zhuān)項(xiàng)基金資助項(xiàng)目（批準(zhǔn)號(hào)：60027001）資助下開(kāi)展的應(yīng)用工程設(shè)備研究課題，研究目的和宗旨是突破國(guó)外在高技術(shù)領(lǐng)域的對(duì)華技術(shù)封鎖和設(shè)備禁運(yùn)，為中國(guó)航天、航空領(lǐng)域的高動(dòng)態(tài)運(yùn)載器、飛行器的導(dǎo)航系統(tǒng)研制提供一種重要的電子儀器裝備。項(xiàng)目的研究成果將廣泛裝備中國(guó)的涉及航天、航空、兵器裝備研制和生產(chǎn)單位，理論意義和工程價(jià)值巨大，戰(zhàn)略意義和經(jīng)濟(jì)效益明顯。

2.    系統(tǒng)組成及原理

高動(dòng)態(tài)多通道GPS信號(hào)模擬器硬件、計(jì)算機(jī)和仿真軟件組成如圖1所示。信號(hào)的產(chǎn)生需要信號(hào)處理和擴(kuò)頻調(diào)制兩個(gè)步驟。

圖1：GPS信號(hào)模擬器組成示意圖

仿真軟件由以下部分組成：初始化模塊，自檢模塊，通信控制模塊，衛(wèi)星導(dǎo)航參數(shù)計(jì)算模塊，電文控制模塊，目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡計(jì)算模塊，空間傳播誤差計(jì)算模塊，天線特性計(jì)算模塊，多徑效應(yīng)計(jì)算模塊，用戶(hù)輸入與顯示模塊，數(shù)據(jù)分析模塊。

硬件部分采用了插卡式（如圖2所示），即模擬器硬件做成PCI板卡，插入計(jì)算機(jī)，通過(guò)PCI總線與計(jì)算機(jī)相連。PCI板卡由接口模塊、數(shù)字中頻調(diào)制模塊、射頻模塊三部分組成。接口模塊采用PCI接口和雙口RAM緩存，負(fù)責(zé)接收和存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)部分傳來(lái)的信號(hào)參數(shù)計(jì)算結(jié)果和生成的導(dǎo)航電文參數(shù)；數(shù)字中頻模塊包括DSP、FPGA、D/A轉(zhuǎn)換部分及帶通濾波，主要完成信號(hào)的擴(kuò)頻調(diào)制；射頻模塊包括上變頻、濾波及增益控制，主要負(fù)責(zé)將中頻信號(hào)變?yōu)镚PS衛(wèi)星L1頻段的1575.42MHz的射頻輸出。

圖2： GPS信號(hào)模擬器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

3. 功能與技術(shù)指標(biāo)

高動(dòng)態(tài)多通道GPS信號(hào)模擬器系統(tǒng)功能和技術(shù)指標(biāo)：

可模擬12路GPS衛(wèi)星真實(shí)在軌工作條件下，按照軟件定義的符合真實(shí)運(yùn)載器運(yùn)動(dòng)引起的接收機(jī)捕獲的射頻信號(hào)，可以由GPS接收機(jī)解算出導(dǎo)航信息。

高動(dòng)態(tài)多通道GPS信號(hào)模擬器軟件功能

可模擬運(yùn)載火箭飛行模式

可模擬彈道導(dǎo)彈各種飛行模式

可模擬高超音速巡航導(dǎo)彈各種飛行模式

可模擬衛(wèi)星軌道運(yùn)動(dòng)模式

可模擬超音速飛機(jī)各種飛行模式

技術(shù)指標(biāo)
模擬載頻			GPS L1頻率		信號(hào) 動(dòng)態(tài) 特性	最大相對(duì)速度			12km/s
模擬偽碼			GPS C/A碼			最大相對(duì)加速度			50g
模擬的衛(wèi)星信號(hào)個(gè)數(shù)			12顆			最大相對(duì)沖擊			50g/s
RF 輸出			1路		信 號(hào) 精 度	通道偏差校零誤差			± 0.1m(RMS)
信 號(hào) 質(zhì) 量	最大雜波		<-30dBc		通道載波偏差			<0.001m
		諧波抑制			<-40dBc		C/A碼偽距誤差			±0.1m(RMS)
	未調(diào)制的L1頻率相噪 （1～10kHz單邊帶寬）				<0.02rad RMS		偽距變化率誤差			±0.005m/s
	時(shí)鐘日穩(wěn)定度（預(yù)熱24h）				±5×10-10			偽距加速度誤差		<0.005m/s2(>1s間隔)
信號(hào)電平及其控制特性		RF端口輸出信號(hào)電平標(biāo)稱(chēng)值					-160dBW
				信號(hào)電平范圍			±20dB
				信號(hào)電平分辨率			1dB

4. 應(yīng)用領(lǐng)域

高動(dòng)態(tài)多通道GPS信號(hào)模擬器是研制高動(dòng)態(tài)接收機(jī)的關(guān)鍵設(shè)備，也可用于GPS等衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的仿真驗(yàn)證，對(duì)我國(guó)建立和發(fā)展自己的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。應(yīng)用范圍包括航天、航空、兵器領(lǐng)域各類(lèi)超音速、高超音速運(yùn)載器導(dǎo)航系統(tǒng)的研制，如：

運(yùn)載火箭的箭載高動(dòng)態(tài)GPS接收機(jī)的研制定型

彈道導(dǎo)彈的彈載高動(dòng)態(tài)GPS接收機(jī)的研制定型

近地軌道人造地球衛(wèi)星的星載高動(dòng)態(tài)GPS接收機(jī)的研制定型

載人飛船和留軌艙的船載高動(dòng)態(tài)GPS接收機(jī)的研制定型

空射遠(yuǎn)程超音速巡航彈的彈載高動(dòng)態(tài)GPS接收機(jī)的研制定型