基于simulink 的GPS 卫星信号模拟器设计与仿真

2015-12-22郑日美

科技视界 2015年23期

郑日美

（桂林电子科技大学，广西桂林 541004）

全球定位系统(Global Positioning System，GPS)广泛应用于经济、军事、科研等领域，能为用户提供导航、定位、授时等服务。GPS 由空间控制部分、地面控制部分、用户设备部分三部分组成[1]。在GPS 接收机设计阶段，需要测试定位算法的各项指标。因此，在仿真阶段，设计一个可靠的GPS 卫星信号模拟器显得由为重要。本文根据GPS 卫星信号的结果特点，利用Simulink 软件设计了GPS 卫星信号模拟器，采用查找表法产生C/A 码，四路伪码发生器产生P 码，导航电文采用Bernoulli 随机分布模型进行建模。仿真结果表明，该方案结构简单，仿真结果可靠。

1 GPS 卫星信号特点

GPS 卫星发送的信号由三部分组成：载波信号（L1 和L2）、扩频序列（即测距码，C/A 码、P 码或Y 码）和导航数据（D 码，亦称为导航电文）[2]。GPS 信号是利用两个载波进行传输的，即L1 和L2。载波L1的频率为1575.42MHz，L2 的频率为1227.60MHz。GPS 卫星信号的结构如图1 所示，GPS 信号发射机产生的伪码(C/A 码和P 码)及相应的数据码(导航电文)一起通过L1 和L2 的载波调制，然后卫星将调制后的载波信号播发出去。

2 基于Simulink 的GPS 信号模拟器设计

Simulink 是Matlab 中的一种可视化仿真工具，用于对动态系统进行建模、仿真和分析[3]。本文利用Simulink 工具包构建GPS 信号发生器，具有流程直观，界面友好，易于操作。

根据GPS 信号结构特点，基于Simulink 的GPS 信号模拟器的整体框架图如图2 所示，C/A 码与导航电文进行模2 加后进行BPSK 调制，组成GPS 信号的I 路信号，P 码与导航电文模2 加后进行BPSK 调制，组成GPS 信号的Q 路信号，最后I、Q 两路信号与噪声叠加形成最终的GPS 信号。

2.1 C/A 码产生

可以利用反馈移位寄存器产生C/A 码，也可以把各个卫星的一个C/A 周期数据存储于2 位查找表中，在仿真时根据时钟频率播发[4]。考虑到需要对C/A 码的码流进行控制(1.023MHZ),同时需要控制输出码的相位，本文在最终的仿真的时候采用查找表发产生C/A 码，如图3所示，给出了C/A 码发生器仿真图及其时域波形，利用二维查找表Lookup Table 存储卫星产生的C/A 码，一号端口为卫星编号输入，二号端口为计数器输入。计数器由1.023MHZ 的方波驱动，同时C/A phase shift 模块产生一个常数和计数器相加后对1022 取模，保证寻找范围不超过1022，这样实现了C/A 码的相位控制。

2.2 P 码产生

如图4 所示，P 码发生器由X1A，X1B，X2A，X2B 分别由12 级反馈移位寄存器构成。其中，X1A 的生成多项式为：G (X)=1+X6+X8+X11+X12，初始状态为：001001001000。X1B 的生成多项式为：G(X)=1+X+X2+X5+X8+X9+X10+X11+X12，初始状态为：010101010100。X2A 的生成多项式为：G (X)=1+X+X3+X4+X5+X7+X8+X9+X10+X11+X12，初始状态为：100100100101。X2B 的生成多项式为：G(X)=1+X2+X3+X4+X8+X9+X12，初始状态为：010101010100。X1A 生成的伪码与X1B 生成的伪码异或产生X1 随机码，X2A 生成的伪码与X2B 生成的伪码异或产生X2 随机码，X2 随机码进过移位寄存器延迟后与X1 异或生成最终的P 码，移位寄存器的延迟数与卫星编号相关。