崔陸　魏志芳

摘 要：GPS衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)模擬器是導(dǎo)航測(cè)試與仿真平臺(tái)的關(guān)鍵設(shè)備之一，可在室內(nèi)環(huán)境下為導(dǎo)航接收機(jī)的研制與測(cè)試以及半實(shí)物仿真系統(tǒng)提供高精度導(dǎo)航信號(hào)。GPS衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)模擬器作為接收產(chǎn)品測(cè)試和仿真平臺(tái)的核心儀器，要能夠模擬導(dǎo)航信號(hào)在傳播過(guò)程中的多種誤差源對(duì)導(dǎo)航信號(hào)的影響。文章介紹了信號(hào)生成模型、主要誤差模型，并給出了仿真驗(yàn)證結(jié)果。

關(guān)鍵詞：衛(wèi)星導(dǎo)航；誤差模型；仿真

引言

近年來(lái)，衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)迅猛發(fā)展，全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)成為了重要的空間信息基礎(chǔ)設(shè)施，其應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)大到航空、航天、陸地、海洋等軍事和民用領(lǐng)域，是關(guān)系到國(guó)家的發(fā)展和安全的戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)。而GPS衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)模擬器作為接收產(chǎn)品測(cè)試和仿真平臺(tái)的核心儀器也一直受到軍事和有關(guān)部門的關(guān)注。

由于GPS接收機(jī)在當(dāng)前時(shí)刻接收到的衛(wèi)星信號(hào)是經(jīng)過(guò)空間傳播延之后的信號(hào)，同時(shí)，空間傳播延時(shí)由于衛(wèi)星與接收機(jī)之間的距離、電波折射影響等密切相關(guān)。因此，針對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)模型和主要誤差模型進(jìn)行研究就必不可少。

文章針對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)的主要誤差模型記性研究，并完成了誤差修正的仿真實(shí)驗(yàn)。

1 GPS衛(wèi)星導(dǎo)航模擬器信號(hào)生成模型

2.3 電離層誤差模型

電離層中充滿電離子和電子，當(dāng)衛(wèi)星信號(hào)穿過(guò)電離層時(shí)，信號(hào)的傳播速度和傳播方向會(huì)發(fā)生改變。信號(hào)的電離層延遲主要取決于電離層中的電子的濃度，即單位體積內(nèi)所含自由電子的個(gè)數(shù)，這里采用Klobuchar模型來(lái)模擬電離層誤差，通過(guò)星歷中？琢i、？茁i（i=0，1，2，3）參數(shù)得到電離層延遲誤差，其修正精度可達(dá)到60%左右。

2.4對(duì)流層誤差模型

對(duì)流層對(duì)信號(hào)的延時(shí)與電離層不同，其折射率與電磁波的頻率無(wú)關(guān)，故GPS信號(hào)穿過(guò)對(duì)流層的相速和群速是相等的。因?yàn)閷?duì)流層的延時(shí)與氣象數(shù)據(jù)有關(guān)，沒(méi)有統(tǒng)一精準(zhǔn)的數(shù)學(xué)模型，文章采用Hopfield經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?/p>

3 算法驗(yàn)證

文章采用MATLAB軟件進(jìn)行主要誤差模型仿真驗(yàn)證，衛(wèi)星數(shù)據(jù)基于GPS衛(wèi)星的Rinex導(dǎo)航電文文件，文件包含GPS衛(wèi)星在2010年10月7日全天的導(dǎo)航數(shù)據(jù)。由單獨(dú)衛(wèi)星位置的計(jì)算模塊可以計(jì)算出在有效時(shí)間內(nèi)的每一顆GPS衛(wèi)星ECEF坐標(biāo)系下的位置。設(shè)定載體位置和姿態(tài)，假定載體位置為東經(jīng)116度，北緯30度，高程100米，由算法得到該位置2010年10月7日UTC時(shí)間0點(diǎn)整（北京時(shí)間8點(diǎn)整）可見(jiàn)衛(wèi)星的數(shù)量和衛(wèi)星的星座分布圖。星座分布圖0°方位角與FBS中心對(duì)稱軸X軸正方向一致，90°仰角與FBS的Z軸正方向一致，即載體正上方。

如圖2所示，顯示了姿態(tài)角為30°時(shí)在設(shè)定位置和時(shí)間的可見(jiàn)衛(wèi)星分布；在圖3中，偏航角為90°的星座圖與圖2對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)星座整體逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)了60°，這是由于載體的偏航角規(guī)定的順時(shí)針為正。圖4和圖5分別顯示載體俯仰角30°和-30°的星座分布，0°至180°的連線上的11號(hào)衛(wèi)星的仰角分別增大和減小了30°，這是由于該連線與載體中心軸x軸平行。仿真表明與實(shí)際情景相符合。

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