一种QPSK扩频卫星动态信号模拟方法

摘要

一种QPSK扩频卫星动态信号模拟方法，该方法有四大步骤：步骤一：根据外部输入的动态信号初值生成整秒时刻的动态信号；步骤二：将整秒时刻的动态信号转换为动态频率控制字；步骤三：生成QPSK扩频信号；步骤四：发射动态值的反馈调节。该方法将外部输入的动态信号初值转换成载波与伪码多普勒，将电文数据与伪码和载波调制后，经过DA转换器，输出最终的扩频信号，并将发射动态值反馈回校准模块，完成动态的反馈调节，提高动态模拟的准确度。

主权项

一种QPSK扩频卫星动态信号模拟方法，其特征在于：该方法包含如下步骤：步骤一：根据外部输入的动态信号初值生成整秒时刻的动态信号；主控计算机提供与外界交互平台，用户设定动态延时初值S0，多普勒dop，多普勒一阶变化率dopv与多普勒二阶变化率dopvv；软件将输入的动态值按照如下公式转换为卫星的初始速度v0，初始加速度a0，以及初始加加速度j0；$v0=\frac{\mathrm{dop}*c}{f},a0=\frac{\mathrm{dopv}*c}{f},j0=\frac{\mathrm{dopvv}*c}{f}$其中f为载波频率，c为光速；按照运动学公式计算出卫星在整秒时刻的距离值S，速度v，加速度a以及加加速度j；$S=S0+v0*t+\frac{1}{2}a0*t^2+\frac{1}{6}j0*t^3$$v=v0+a0*t+\frac{1}{2}j0*t^2$a＝a0+j0*tj＝j0其中，t取整秒时刻；软件将整秒时刻的距离值，速度，加速度，加加速度与电文数据提前1s下发到DSP中以供后续处理；步骤二：将整秒时刻的动态信号转换为动态频率控制字；为了达到要模拟的动态时延精度，DSP需要将距离时延转换成整数伪码码片与64位小数伪码码片，将距离值除以伪码速率后并向下取整，得到要模拟的整数伪码个数，再将余下的距离值量化成64位的小数伪码码片，完成初始距离的模拟；较大的多普勒变化率会导致跟踪环路失锁，从而无法正常跟踪卫星信号，因此，在模拟多普勒变化的过程中要模拟出连续渐进变化的效果，这就要求DSP要计算出间隔0.1ms的多普勒变化率；计算迭代公式如下式所示：$v\left(n\right)=v0+a0*t+\frac{1}{2}j0*t^2$a(n)＝a0+j0*tv0＝v(10)a0＝a(10)其中n＝1,2,3,…10，t为内插时间间隔；由多普勒计算公式得到载波多普勒：$f_{\mathrm{carrdop}}=\frac{f*v\left(n\right)}{c}$由载波频率与伪码频率的关系得到伪码的多普勒变化值$f_{\mathrm{codedop}}=\frac{f_{\mathrm{code}}*f_{\mathrm{carrdop}}}{f}$其中，f_code为伪码频率，f为载波频率；最终得到载波与伪码的频率控制字为F_carr＝F_carrbase+f_carrdopF_code＝F_codebase+f_codedop其中，F_carrbase为载波基准频率控制字，F_codebase为伪码基准频率控制字；步骤三：生成QPSK扩频信号DSP将计算得到的频率控制字下发到FPGA，以生成载波与伪码，并将电文数据存储在FIFO中，载波与伪码NCO均采用64位累加器，伪码NCO在整秒时刻置入延时初值，按照动态频率控制字进行累加；在模拟动态时延的过程中，每当64位NCO累加溢出后，整数码片计数加1，但不产生码时钟，当满足动态时延后，NCO累加溢出产生伪码时钟，从而驱动生成伪码；正弦与余弦信号采用查找表的形式生成，载波频率控制字在每一个时钟的控制下进行累加，查找正余弦表生成正余弦信号；最后，将电文数据与伪码相乘再与正余弦载波相乘，之后按照不同的调制功率系数A1、A2相加即完成扩频信号的调制；步骤四：发射动态值的反馈调节系统在长时间测试时，由于量化误差的存在，会导致模拟的动态值与理论值出现累积误差，为保证测距精度，需要对发射的动态值进行反馈调节，该方法采用定时读取发射端的伪码整数与小数码片计数，将其转换成距离值并与理论值进行比对，以发射信号后第1s的发射值为基准，将其与理论值作差得到固定差值，以后每次读取的发射值与理论值的差都与该固定差值进行比对，并将此差值转换成多普勒频率添加到下一次多普勒频率计算中。