导航信号发生器是一种能够模拟全球导航卫星系统(GNSS)信号的精密测试设备,涵盖GPS、北斗、GLONASS、Galileo等多系统兼容能力。其核心功能是通过数字建模技术生成高度可控的卫星导航信号,为接收机研发、性能测试及系统验证提供标准化、可重复的仿真环境,成为卫星导航产业链中不可少的“虚拟卫星”。
导航信号发生器基于软件定义无线电(SDR)架构,通过高精度晶振和数字信号处理芯片生成包含时间、位置、多普勒频移等参数的射频信号。以SYN5203型设备为例,其内置温补晶振可实现5米定位精度,外接恒温晶振时精度提升至1米,速度精度达0.1m/s。设备支持静态轨迹生成、动态轨迹模拟、实时轨迹录制三大功能:用户可通过预设参数生成高速飞行器、车载导航等场景的仿真信号,或通过外接天线录制真实环境信号后回放,实现“真实场景的数字化复制”。
1、信号生成核心模块
基带信号生成单元
生成导航信号的原始数据码(如GPS的C/A码、P码,北斗的B1/B2频点信号)。
模拟导航电文(如星历、时间基准、卫星状态等信息)。
支持多星座、多频点信号的并行生成(如同时模拟GPS L1/L5、北斗B1C等)。
射频(RF)调制模块
将基带信号调制到指定载波频率(如GPS L1频段1575.42 MHz)。
支持动态频率调整(如模拟卫星运动导致的多普勒效应)。
功率放大与分配单元
对调制后的射频信号进行功率放大,确保输出信号强度满足测试需求。
支持多通道输出,模拟多颗卫星的信号覆盖。
2、场景模拟与控制模块
卫星轨迹模拟器
模拟卫星在空间中的运动轨迹(如轨道倾角、升交点赤经、偏心率等参数)。
支持静态场景(固定位置)和动态场景(如车辆、飞行器运动中的接收机视角)。
环境效应模拟单元
模拟信号传播中的遮挡、多径效应、信号衰减(如城市峡谷、森林等复杂环境)。
添加噪声(如高斯白噪声、干扰信号)以测试接收机抗干扰能力。
时间与频率同步单元
提供高精度时钟基准(如铷原子钟、GPS授时),确保生成信号的时间和频率与真实卫星信号同步。
支持外部时间基准输入(如UTC、GNSS授时信号)。
3、用户交互与接口模块
人机交互界面(HMI)
提供图形化操作界面,用户可配置信号参数(如频点、功率、调制方式)、场景类型(如静态、动态)和测试脚本。
实时显示生成信号的状态(如卫星数量、信号强度、误差指标)。
通信接口
支持多种通信协议(如TCP/IP、USB、RS-232、Ethernet),与外部设备(如导航接收机、测试平台)交互数据。
提供API接口,方便集成到自动化测试系统。
4、信号监测与反馈模块
信号质量监测单元
实时监测输出信号的关键参数(如频率稳定性、功率平坦度、调制精度),确保符合标准(如ISO、RTCA/DO-189C)。
提供故障报警功能(如信号失锁、功率异常)。
接收机反馈分析模块
接收导航接收机的反馈数据(如定位结果、跟踪状态),分析信号生成效果。
支持闭环测试,根据接收机性能动态调整信号参数。
5、辅助功能模块
多星座兼容支持
同时模拟多个导航系统(如GPS、北斗、GLONASS、Galileo),并支持区域性增强系统(如差分信号、SBAS)。
记录与回放功能
存储生成的场景参数和信号数据,支持后续回放分析或重复测试。
远程控制与升级
通过网络实现远程配置和监控,支持固件和软件的在线升级。
6、硬件平台
高性能处理器:用于实时计算卫星轨迹、信号调制和环境效应模拟。
FPGA/DSP架构:实现复杂信号处理(如多通道并行调制、多径效应模拟)。
射频前端:包括DAC(数模转换器)、上变频模块、功放和滤波器。
散热与电源管理:确保长时间稳定运行。