导航信号软件分析接收机

一．概论

导航终端应用场景的纷繁复杂带来了测试场景的复杂性与多样性。目前模拟器技术还不能充分模拟不同应用场景下的导航测试信号，必须依赖真实信号数据进行测试。由于真实环境下采集得到的信号具有随机性，无法像模拟器产生的信号可也获取信号参数真值，因此不利于被测设备的故障分析和性能评估，因此需要开发能够对真实信号进行高精度参数提取的导航信号分析软件接收机。

二．导航信号分析软件关键技术分析

GSAR软件接收机主要包含捕获模块、跟踪模块、定位解算模块、多径分析模块和调度控制模块等几大模块。本章节主要介绍了软件接收机的整体架构及功能要求，并详细说明了各个主要模块的算法设计方案。

2.1 软件功能需求定义

该分析接收机实现的基本功能是完成对北斗B1I和GPS L1CA中频信号的捕获、跟踪及定位解算功能，同时能够实现对每颗卫星的星历数据、轨迹、仰角等参数记录，以及载噪比、多径干扰信号、载波多普勒等多项参数的估计。

有别于普通软件接收机，本软件能够从接收信号中分离出直达径信号和多径信号，并在运行的过程中实时记录输出信号的各项电参数特征，如直达径信号载波多普勒频移、多径信号码相位延时、多径信号载波相位延时、各条径的信噪比、扩频码相关波形图等等。

软件的启动方式包括盲启动和导航电文辅助两种启动方式。可以支持在有辅助电文信息的情况下能够快速且高灵敏度的捕获弱信号卫星。也支持单点定位和差分定位，可以用于高精度定位接收机测试分析。

该软件的输入输出结构如下：

表2-1. 输入配置参数定义

表2-2. 输出参数定义

导航信号分析软件接收机（GSARx）功能汇总：

• 支持GPS L1CA信号与北斗（BDS）B1I信号
• 信号捕获、跟踪、导航电文解析、伪距测量、定位等常用接收机功能；
• 通过GUI或CLI进行软件接收机配置与启动；
• 信号特性同步监测；
  • 载波多普勒频移
  • 载波锁相环输出
  • 测距码多普勒频移
  • 码环DLL输出
  • 导航电文I/Q
  • 信号幅度
  • 载噪比CN0
  • 信噪比SNR
  • 多径分量码相位延迟
  • 多径分量能量
  • 相关函数波形
• 多径信号的准确估计与抑制；
• RINEX标准格式的log文件输出；
• 支持单点定位、伪距差分定位和载波差分三种定位模式。

2.2 软件系统架构

GSARx可以分为三个部分，即控制模块、信号处理模块和用户界面。每个模块及其子模块在一定程度上是相互独立的，以方便未来在分析软件中添加额外的功能模块。三个模块之间通过相互的实时数据交换以保证程序的正常运行。

控制模块包括状态控制和接口管理两部分，其中状态控制负责保证接收机可以在复杂环境中高效的长时间运行，接口管理负责处理输入输出数据格式的相互转换；信号处理模块包括捕获模块、跟踪模块和解算模块三个部分。其中捕获模块用于实现信号的盲捕获和基于辅助信息捕获。跟踪模块负责跟踪信号并提取信号的各项电参数信息，尤其是提取多径信号的电参数信息。解算模块用于解算接收天线的位置、速度和时间信息，且其可以实现单点定位和差分定位等多种定位方式；用户界面可以分为输入界面和输出界面，其中输入界面用于键入分析软件的初始化参数，输出界面以图形和表格的形式展现分析输出结果。下图描述了信号分析软件的详细构造。

图2.1 信号分析软件框图

下表列出各模块的简要说明。

表2-3 信号分析软件框图说明