GNS9000高性能导航信号模拟器:新一代全球卫星导航信号模拟器

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01.背景

卫星导航系统作为国家重要基础设施,已广泛应用于国民经济各个领域,基于导航系统的应用终端也成指数爆发增长,配套建设相应的导航终端测试系统已成刚需。GNSS卫星导航信号模拟器作为导航终端测试系统的核心设备,可在室内模拟构建各种复杂测试验证场景,实现对导航终端RNSS/RDSS指标充分覆盖测试,已成为导航产品规模化、产业化和全球化应用不可或缺的基础推动力。


02.产品介绍

沙北斗产业安全技术研究院(以下简称:长沙北斗研究院)全资子公司湖南矩阵电子科技有限公司(以下简称:矩阵电子)自主研发的基于“片上仿真”的新一代全球卫星导航信号模拟器—GNS9000高性能导航信号模拟器,攻克了高精度多层次体系化数学仿真、多系统多频段多体制动态信号实时生成等关键技术。GNS9000高性能导航信号模拟器基于北斗三号系统信号体制,具备多系统兼容、可重构可扩展等特性。

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图1 GNS9000高性能导航信号模拟器

GNS9000高性能卫星导航信号模拟器采用标准4U上架式机箱设计。基于AXI高速总线设计,可面向全球四大卫星导航系统提供卫星导航信号仿真服务。并支持BDS/GPS/GLONASS/Galileo/QZSS/IRNSS等星座的全频点任意组合的信号仿真输出,具备多体制、多波束、多天线、多载体信号仿真能力,支持单星信号、合路信号、干扰信号仿真和差分信息、惯导信息、授时信息仿真,具备提供高稳定度标准1PPS和10MHz时频基准的能力,能满足半实物闭环仿真测试、组合导航测试、抗干扰测试、高精度RTK差分、多终端协同导航测试的应用需求,既能为全球各类导航终端提供全面的测试服务,也可为重大任务提供测试保障条件,甚至还可提供导航抗干扰性能评测手段。

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图2 产品测试应用

产品设计特点

采用AXI高速总线架构设计,具备更强的扩展性和兼容性,可与现有其它GPIB、PXI、LXI等总线架构的设备仪器方便的完全兼容与集成互联满足各种平台扩展测试需求

采用标准化、模块化设计,可根据需要扩展、重构模拟器频点,具备支持全系统全频点民码信号仿真能力;

采用“片上实时仿真”高精度导航信号模拟技术,实现分布式并行数学仿真计算和基带信号生成,极大提高导航信号仿真能力和速率

基于安全灵活的码流共享技术,实现一块信号生成板卡上多个信号子模块的授权码流共享,可节省授权模块数量,提高测试效率

信号通道数量大幅提升,单台模拟器最大支持64路信号共2560通道信号输出;

具备RNSS、RDSS信号仿真能力,具备单星信号、合路信号仿真生成能力,能够为暗室满天星等测试系统提供多样化信号来源

具备多系统、多体制、多天线、多波束、多载体信号组合仿真能力,支持单用户测试、差分测试、测姿测试、多用户测试、多阵元测试、批检测试等多种模式;

具备提供高稳定度的标准1PPS脉冲信号和10MHz时钟信号输出能力;

选配实时闭环仿真组件,支持外部轨迹注入下的实时闭环仿真能力,闭环时延优于5ms

选配惯性导航仿真组件、串口授时组件,可实现组合导航仿真测试、串口授时测试

选配干扰仿真组件,能够实现各种导航干扰信号的仿真能力;

选配测试评估组件,可实现对RNSS、RDSS终端功能性能指标项目进行自动化测试评估

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图3 产品功能特性

03.产品卖点

GNS9000高性能导航信号模拟器通过高精度多层次体系化数学仿真模型和多系统多频段动态信号实时仿真平台,实现对全系统全频点信号高精度实时仿真,在测试评估组件配合下,完成对各型RNSS\RDSS导航终端的功能性能指标的自动化测试及评估

3.1 高精度多层次体系化数学仿真模型:

支持四大卫星导航系统及星基增强系统的多系统兼容、可灵活配置的多系统多星群数学仿真

具备用户轨迹仿真模型、卫星轨道计算模型、钟差计算模型、电离层延迟计算模型、对流层延迟计算模型、观测数据计算模型和导航电文计算模型等十几类上百个体系化、参数化的精确数学模型库

具备分层结构的实时计算仿真框架,实时闭环数学仿真频度≥500Hz

支持构建基于数仿模型配置的多样化的复杂干扰等测试场景;支持惯导数据仿真和星基增强、地基增强、完好性数据仿真。

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图4 数学仿真人机交互界面

3.2 多系统多频段动态信号实时仿真平台:

支持四大卫星导航系统及星基增强系统的多系统兼容、可灵活配置的多系统多频段信号精密仿真;

支持北斗三号RNSS、RDSS和全球短报文信号联合仿真技术;

支持导航信号、增强信号、自定义干扰信号联合仿真;

支持单星信号、多星合路信号联合仿真;

支持车载、机载、弹载、箭载、星载等高动态的信号仿真生成;

片上分布式实时仿真架构,片上SOC为最小仿真单元,运行数仿软件,实现低时延信号闭环仿真,光纤轨迹注入仿真闭环时延优于5ms;

码流共享技术减少授权模块数量,一个信号生成板卡仅需1个授权模块。

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图5 多系统多频段动态信号实时仿真平台

3.3 标准化、自动化测试评估组件:

代表行业最高标准,应用于北京卫星导航中心、北京东方计量测试研究所、中电科20所等国内北斗权威单位;

测试场景标准化、测试模板标准化、测试流程的标准化;

支持对被测导航终端的测试结果进行实时评估和事后评估;

可根据需求设计编辑测试流程,同时实现测试项目和流程的脚本化管理;

能够完成测试项目的无人值守的自动测试,大大降低了测试工作量和值班强度;

能够通过设置的测试评估流程,自动化、批量化完成对多台导航终端测试评估流程;

测试流程及结果数据图表化、可视化,自动生成评估报表。


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图6 测试评估软件交互界面

04.导航模拟仿真测试方向

矩阵电子作为北斗二号系统、北斗三号试验卫星工程和北斗三号系统核心航信号模拟器设备提供商以及全程测试任务保障单位。在导航模拟仿真测试领域,围绕导航终端产品的导航数据/信号仿真模拟技术攻关、导航模拟产品研制、仿真测试平台构建三大层次,攻克高精度体系化数学仿真、精密实时信号生成、自动化测试评估等导航仿真测试领域的一系列核心关键技术,形成系列化导航模拟产品型谱,为行业众多用户提供差异化、定制化的一站式仿真测试评估解决方案,满足用户卫星导航终端的各类测试需求。

团队研发的导航模拟器产品处于国内领先水平,相关成果获国家技术发明二等奖(目前国内唯一一款获国家成果奖的模拟器),承担国家级、省部级导航模拟测试相关科研项目20余项,申请10余项专利,参与制定20余项标准,出版模拟器相关专著5部;模拟器系列产品广泛应用于系统总体单位、科研院所以及国防工业部门等400余家单位,获得了极高的市场认可


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