多场景GPS信号模拟器设计

论文摘要

全球定位系统（GPS）被广泛应用于军用和民用。GPS系统中存在着两种定位服务，分别是民用的标准定位（SPS）和军用的精密定位（PPS）。多场景GPS卫星信号模拟器根据载体的运动轨迹模拟产生GPS信号，为GPS接收机提供逼真的仿真信号。多场景GPS接收机应用于飞机、导弹、车辆和船舶等载体上，国外研制比较早，市场上已经有很多产品，国内起步的较晚，资料很少。所以研发多场景GPS模拟器系统具有重大意义。本文首先介绍卫星信号模拟器的结构、C/A码的生成和特性、NCO的实现原理、导航电文参数的生成、组织导航电文。根据GPS信号生成的流程图仿真出GPS信号。简单介绍了GPS软件接收机的基本概念。其次介绍了载体运动轨迹的坐标系和坐标系之间的转换。模拟了载体基本场景运动和复杂场景运动。基本场景包含的有直线运动、圆周运动和螺旋上升运动。复杂场景包含的有卫星、导弹、飞机、车辆和船舶。接着还详细介绍了模拟器信号的输出状态。根据卫星的历书参数、载体的姿态和天线的方向性，选取可见星。再依照可见星的星历参数计算出卫星的位置。由载体和卫星相对运动计算出时延和多普勒频移。建立信号功率模型，计算出信号的增益。最后在GPS信号模拟器平台上，把MATLAB程序移植到CCS软件上，完成算法的实现。根据GPS接收机定位的结果，解算出载体的运动轨迹。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 GPS系统介绍
• 1.2 本课题研究的背景和意义
• 1.3 GPS信号模拟器国内外发展和应用
• 1.3.1 国内外 GPS信号模拟器的发展
• 1.3.2 发展趋势
• 1.3.3 技术策略
• 1.3.4 多场景 GPS信号模拟器应用
• 1.4 论文组织安排
• 第二章 GPS信号模拟器理论基础
• 2.1 GPS信号的结构
• 2.2 GPS信号扩频码的生成和特性
• 2.2.1 GPS信号扩频码的生成
• 2.2.2 C/A 码的特性
• 2.3 载波 NCO 和码 NCO 原理
• 2.4 导航电文生成
• 2.4.1 导航电文结构
• 2.4.2 导航电文内容
• 2.4.3 奇偶校验算法
• 2.5 直接序列扩频技术
• 2.5.1 扩频技术概念
• 2.5.2 扩频信号实现
• 2.6 GPS信号仿真结果
• 2.7 GPS信号处理流程
• 2.8 本章小结
• 第三章 载体运动轨迹仿真
• 3.1 常用坐标系及其之间的转换
• 3.1.1 常用坐标系
• 3.1.2 常用坐标系之间转换
• 3.2 目标基本场景仿真设计
• 3.2.1 直线运动
• 3.2.2 圆周运动
• 3.2.3 螺旋上升运动
• 3.3 目标复杂场景仿真设计
• 3.3.1 GPS卫星无摄运动
• 3.3.2 导弹
• 3.3.3 飞机
• 3.3.4 车辆和船舶
• 3.4 本章小结
• 第四章 模拟器信号输出状态参数
• 4.1 GPS常用时间系统简介
• 4.1.1 UTC 时到 GPS时转换
• 4.1.2 GPS时到 UTC 时之间的转换
• 4.2 判定可见星
• 4.2.1 利用历书参数计算卫星的轨道
• 4.2.2 不考虑姿态的情况下，可见星预测
• 4.2.3 考虑姿态情况下可见星预测
• 4.2.4 仿真分析
• 4.3 计算可见星的位置和速度
• 4.4 信号参数
• 4.4.1 信号的功率
• 4.4.2 信号时延
• 4.4.3 信号多普勒频移
• 4.5 本章总结
• 第五章 多场景 GPS信号模拟器验证
• 5.1 介绍验证环境
• 5.2 算法的实现
• 5.3 验证结果
• 5.4 本章总结
• 第六章 总结与改进
• 6.1 工作总结
• 6.2 工作改进
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间参加的科研项目
• 攻硕期间取得的研究成果