高動態(tài)多通道GPS信號模擬器是研制高動態(tài)GPS接收機的關鍵設備，也可用于GPS等衛(wèi)星導航系統(tǒng)的仿真驗證，對我國建立和發(fā)展自己的衛(wèi)星導航系統(tǒng)有著重要的現(xiàn)實意義。由于該設備涉及敏感技術，一直屬于北大西洋公約組織和巴黎統(tǒng)籌委員會對華禁運的核心裝備和技術，產(chǎn)品的技術資料不公開，技術水平高，研制難度大。研制高動態(tài)多通道GPS信號模擬器是中國突破國外對華高技術封鎖的重要環(huán)節(jié)和舉措，對中國發(fā)展運載火箭、彈道導彈、載人航天工程有著舉足輕重的戰(zhàn)略意義。

《高動態(tài)多通道GPS信號模擬器》項目是北京航空航天大學電子與信息工程學院張其善教授課題組在國家自然科學基金科學儀器專項基金資助項目（批準號：60027001）資助下開展的應用工程設備研究課題，研究目的和宗旨是突破國外在高技術領域的對華技術封鎖和設備禁運，為中國航天、航空領域的高動態(tài)運載器、飛行器的導航系統(tǒng)研制提供一種重要的電子儀器裝備。項目的研究成果將廣泛裝備中國的涉及航天、航空、兵器裝備研制和生產(chǎn)單位，理論意義和工程價值巨大，戰(zhàn)略意義和經(jīng)濟效益明顯。

2.    系統(tǒng)組成及原理

高動態(tài)多通道GPS信號模擬器硬件、計算機和仿真軟件組成如圖1所示。信號的產(chǎn)生需要信號處理和擴頻調制兩個步驟。

圖1：GPS信號模擬器組成示意圖

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)星導航參數(shù)計算模塊，電文控制模塊，目標運動軌跡計算模塊，空間傳播誤差計算模塊，天線特性計算模塊，多徑效應計算模塊，用戶輸入與顯示模塊，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，插入計算機，通過PCI總線與計算機相連。PCI板卡由接口模塊、數(shù)字中頻調制模塊、射頻模塊三部分組成。接口模塊采用PCI接口和雙口RAM緩存，負責接收和存儲計算機部分傳來的信號參數(shù)計算結果和生成的導航電文參數(shù)；數(shù)字中頻模塊包括DSP、FPGA、D/A轉換部分及帶通濾波，主要完成信號的擴頻調制；射頻模塊包括上變頻、濾波及增益控制，主要負責將中頻信號變?yōu)镚PS衛(wèi)星L1頻段的1575.42MHz的射頻輸出。

圖2： GPS信號模擬器系統(tǒng)結構框圖

3. 功能與技術指標

高動態(tài)多通道GPS信號模擬器系統(tǒng)功能和技術指標：

可模擬12路GPS衛(wèi)星真實在軌工作條件下，按照軟件定義的符合真實運載器運動引起的接收機捕獲的射頻信號，可以由GPS接收機解算出導航信息。

高動態(tài)多通道GPS信號模擬器軟件功能

可模擬運載火箭飛行模式

可模擬彈道導彈各種飛行模式

可模擬高超音速巡航導彈各種飛行模式

可模擬衛(wèi)星軌道運動模式

可模擬超音速飛機各種飛行模式

技術指標
模擬載頻			GPS L1頻率		信號 動態(tài) 特性	最大相對速度			12km/s
模擬偽碼			GPS C/A碼			最大相對加速度			50g
模擬的衛(wèi)星信號個數(shù)			12顆			最大相對沖擊			50g/s
RF 輸出			1路		信 號 精 度	通道偏差校零誤差			± 0.1m(RMS)
信 號 質 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
	時鐘日穩(wěn)定度（預熱24h）				±5×10-10			偽距加速度誤差		<0.005m/s2(>1s間隔)
信號電平及其控制特性		RF端口輸出信號電平標稱值					-160dBW
				信號電平范圍			±20dB
				信號電平分辨率			1dB

4. 應用領域

高動態(tài)多通道GPS信號模擬器是研制高動態(tài)接收機的關鍵設備，也可用于GPS等衛(wèi)星導航系統(tǒng)的仿真驗證，對我國建立和發(fā)展自己的衛(wèi)星導航系統(tǒng)有著重要的現(xiàn)實意義。應用范圍包括航天、航空、兵器領域各類超音速、高超音速運載器導航系統(tǒng)的研制，如：

運載火箭的箭載高動態(tài)GPS接收機的研制定型

彈道導彈的彈載高動態(tài)GPS接收機的研制定型

近地軌道人造地球衛(wèi)星的星載高動態(tài)GPS接收機的研制定型

載人飛船和留軌艙的船載高動態(tài)GPS接收機的研制定型

空射遠程超音速巡航彈的彈載高動態(tài)GPS接收機的研制定型