GPS卫星导航信号模拟器主要误差参数建模与仿真研究

崔陆　魏志芳

摘 要：GPS卫星导航信号模拟器是导航测试与仿真平台的关键设备之一，可在室内环境下为导航接收机的研制与测试以及半实物仿真系统提供高精度导航信号。GPS卫星导航信号模拟器作为接收产品测试和仿真平台的核心仪器，要能够模拟导航信号在传播过程中的多种误差源对导航信号的影响。文章介绍了信号生成模型、主要误差模型，并给出了仿真验证结果。

关键词：卫星导航；误差模型；仿真

引言

近年来，卫星导航技术迅猛发展，全球卫星导航系统已经成为了重要的空间信息基础设施，其应用范围逐渐扩大到航空、航天、陆地、海洋等军事和民用领域，是关系到国家的发展和安全的战略产业。而GPS卫星导航信号模拟器作为接收产品测试和仿真平台的核心仪器也一直受到军事和有关部门的关注。

由于GPS接收机在当前时刻接收到的卫星信号是经过空间传播延之后的信号，同时，空间传播延时由于卫星与接收机之间的距离、电波折射影响等密切相关。因此，针对卫星导航信号模型和主要误差模型进行研究就必不可少。

文章针对卫星导航信号的主要误差模型记性研究，并完成了误差修正的仿真实验。

1 GPS卫星导航模拟器信号生成模型

2.3 电离层误差模型

电离层中充满电离子和电子，当卫星信号穿过电离层时，信号的传播速度和传播方向会发生改变。信号的电离层延迟主要取决于电离层中的电子的浓度，即单位体积内所含自由电子的个数，这里采用Klobuchar模型来模拟电离层误差，通过星历中？琢i、？茁i（i=0，1，2，3）参数得到电离层延迟误差，其修正精度可达到60%左右。

2.4对流层误差模型

对流层对信号的延时与电离层不同，其折射率与电磁波的频率无关，故GPS信号穿过对流层的相速和群速是相等的。因为对流层的延时与气象数据有关，没有统一精准的数学模型，文章采用Hopfield经验模型。

3 算法验证

文章采用MATLAB软件进行主要误差模型仿真验证，卫星数据基于GPS卫星的Rinex导航电文文件，文件包含GPS卫星在2010年10月7日全天的导航数据。由单独卫星位置的计算模块可以计算出在有效时间内的每一颗GPS卫星ECEF坐标系下的位置。设定载体位置和姿态，假定载体位置为东经116度，北纬30度，高程100米，由算法得到该位置2010年10月7日UTC时间0点整（北京时间8点整）可见卫星的数量和卫星的星座分布图。星座分布图0°方位角与FBS中心对称轴X轴正方向一致，90°仰角与FBS的Z轴正方向一致，即载体正上方。

如图2所示，显示了姿态角为30°时在设定位置和时间的可见卫星分布；在图3中，偏航角为90°的星座图与图2对比可以发现星座整体逆时针旋转了60°，这是由于载体的偏航角规定的顺时针为正。图4和图5分别显示载体俯仰角30°和-30°的星座分布，0°至180°的连线上的11号卫星的仰角分别增大和减小了30°，这是由于该连线与载体中心轴x轴平行。仿真表明与实际情景相符合。

参考文献

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