gps模拟器 matlab,基于Matlab/Simulink的数字中频GPS信号软件模拟器

1引言GPS信号模拟器用于为处于设计阶段的接收机提供仿真环境,精确的GPS信号模拟器是测试与评价先进接收机设计的重要分析工具。射频GPS模拟器产生的是射频信号,且目前接收机的设计重点侧重于基带数字信号处理,为此本文研究基于软件产生的数字中频GPS信号模拟器。软件模拟器(SoftwareSimulator)可在提供模拟器结构灵活性和可重新编程能力的同时,消除了射频信号产生和调制方法中带来的诸多信号不确定性,针对GPS系统中影响伪距精度和跟踪性能的各种误差源进行的高精度建模,从而提供一种方便的机制来评估不同的GPS接收机设计的性能。本文所构建的GPS信号软件模拟器模拟了经过无线信道传播、下变频、滤波、采样、自动增益控制(AGC)的整个过程,并考虑了噪声,欠采样以及接收机时钟误差等影响。2信号模型由于仿真的重点集中在L1载波C/A码上,故信号模型推导中不考虑P码的相关量。2.1GPS发送信号在时刻T第i颗卫星发送的L1载波C/A码GPS信号的解析式为[1]:SL1i=2PtGi(T)Di(T)cos(L1T)(1)其中,SL1i为第i颗卫星发射的L1波段信号;Pt为发射信号的功率;Gi(t)为C/A码Gold码序列;Di(t)为导航电文;L1为L1载波频率;T为GPS系统时。2.2天线端接收信号模型在仿真建模中,只考虑对接收机信号跟踪有可测影响以及对接收机设计差异有严重影响的误差,多数GPS误差源(如电离层/对流层扰动、卫星钟差、星历误差等)可以被忽略。简化后的在接收机天线端的GPS信号模型可表示为[1]:RL1i=2PrGi(T-Td)Di(T-Td)cos{L1(T-Td)}+n(T)(2)Td=R/c(3)其中,Td为信号传输延迟;n(T)被视为加性高斯白噪声;R为卫星与接收机天线之间的距离;c为光速;多普勒项隐含在Td与L1的乘积中。下面引入接收机的时钟偏差(接收机时钟相对于GPS系统时T的提前量)。规定接收机时钟偏差为tr,则接收机时钟时为tr=T+tr,由此式(2)进一步表示为:RL1i=2PrGi(tr-tr-Td)Di(tr-tr-Td)cos{L1(tr-tr-Td)}+n(T)(4)2.3接收机射频前端信号处理模型GPS接收机射频前端的信号处理模型如图1GNSSWorldofChina/2006.4所示,接收信号通过3级下变频传播至采样前的中频IF3。图1GPS接收机RF前端模型从本地频率合成器的第1级输出LO1开始,根据接收机时间tr,由滤波器去除混频过程产生的高频分量,各级混频产生的中频分别为(为简化分析,略去下变频中保持不变的量):IF1=cos{2(fL1-fLO1)tr-2fL1(tr+Td)}IF2=cos{2(fL1-fLO1-fLO2)tr-2fL1(tr+Td)}IF3=cos{2(fL1-fLO1-fLO2-fLO3)tr-2fL1(tr+Td)}(5)其中,fLO1,fLO2,fLO3分别为本振LO1,LO2,LO3的频率,tr为接收机时间I。F3可进一步写为:IF3=cos{2fIF3tr-2fL1(tr+Td)}(6)其中,fIF3=fL1-fLO1-fLO2-fLO3代表采样前的中频。2.4振荡器误差建模接收机振荡器误差对信号的连贯跟踪有重要影响,是信号建模中主要考虑的硬件误差。设振荡器标称频率为fnorm,误差为f,则振荡器输出实际频率为fosc=fnorm+f。频率误差的噪声类型主要包括:频率随机游走、频率闪烁噪声、频率白噪声、相位闪烁噪声和相位白噪声。通常采用阿仑方差来表征频率稳定度,给定取样间隔为

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