高动态多通道GPS信号模拟器是研制高动态GPS接收机的关键设备，也可用于GPS等卫星导航系统的仿真验证，对我国建立和发展自己的卫星导航系统有着重要的现实意义。由于该设备涉及敏感技术，一直属于北大西洋公约组织和巴黎统筹委员会对华禁运的核心装备和技术，产品的技术资料不公开，技术水平高，研制难度大。研制高动态多通道GPS信号模拟器是中国突破国外对华高技术封锁的重要环节和举措，对中国发展运载火箭、弹道导弹、载人航天工程有着举足轻重的战略意义。

《高动态多通道GPS信号模拟器》项目是北京航空航天大学电子与信息工程学院张其善教授课题组在国家自然科学基金科学仪器专项基金资助项目（批准号：60027001）资助下开展的应用工程设备研究课题，研究目的和宗旨是突破国外在高技术领域的对华技术封锁和设备禁运，为中国航天、航空领域的高动态运载器、飞行器的导航系统研制提供一种重要的电子仪器装备。项目的研究成果将广泛装备中国的涉及航天、航空、兵器装备研制和生产单位，理论意义和工程价值巨大，战略意义和经济效益明显。

2.    系统组成及原理

高动态多通道GPS信号模拟器硬件、计算机和仿真软件组成如图1所示。信号的产生需要信号处理和扩频调制两个步骤。

图1：GPS信号模拟器组成示意图

仿真软件由以下部分组成：初始化模块，自检模块，通信控制模块，卫星导航参数计算模块，电文控制模块，目标运动轨迹计算模块，空间传播误差计算模块，天线特性计算模块，多径效应计算模块，用户输入与显示模块，数据分析模块。

硬件部分采用了插卡式（如图2所示），即模拟器硬件做成PCI板卡，插入计算机，通过PCI总线与计算机相连。PCI板卡由接口模块、数字中频调制模块、射频模块三部分组成。接口模块采用PCI接口和双口RAM缓存，负责接收和存储计算机部分传来的信号参数计算结果和生成的导航电文参数；数字中频模块包括DSP、FPGA、D/A转换部分及带通滤波，主要完成信号的扩频调制；射频模块包括上变频、滤波及增益控制，主要负责将中频信号变为GPS卫星L1频段的1575.42MHz的射频输出。

图2： GPS信号模拟器系统结构框图

3. 功能与技术指标

高动态多通道GPS信号模拟器系统功能和技术指标：

可模拟12路GPS卫星真实在轨工作条件下，按照软件定义的符合真实运载器运动引起的接收机捕获的射频信号，可以由GPS接收机解算出导航信息。

高动态多通道GPS信号模拟器软件功能

可模拟运载火箭飞行模式

可模拟弹道导弹各种飞行模式

可模拟高超音速巡航导弹各种飞行模式

可模拟卫星轨道运动模式

可模拟超音速飞机各种飞行模式

技术指标
模拟载频			GPS L1频率		信号 动态 特性	最大相对速度			12km/s
模拟伪码			GPS C/A码			最大相对加速度			50g
模拟的卫星信号个数			12颗			最大相对冲击			50g/s
RF 输出			1路		信 号 精 度	通道偏差校零误差			± 0.1m(RMS)
信 号 质 量	最大杂波		<-30dBc		通道载波偏差			<0.001m
		谐波抑制			<-40dBc		C/A码伪距误差			±0.1m(RMS)
	未调制的L1频率相噪 （1～10kHz单边带宽）				<0.02rad RMS		伪距变化率误差			±0.005m/s
	时钟日稳定度（预热24h）				±5×10-10			伪距加速度误差		<0.005m/s2(>1s间隔)
信号电平及其控制特性		RF端口输出信号电平标称值					-160dBW
				信号电平范围			±20dB
				信号电平分辨率			1dB

4. 应用领域

高动态多通道GPS信号模拟器是研制高动态接收机的关键设备，也可用于GPS等卫星导航系统的仿真验证，对我国建立和发展自己的卫星导航系统有着重要的现实意义。应用范围包括航天、航空、兵器领域各类超音速、高超音速运载器导航系统的研制，如：

运载火箭的箭载高动态GPS接收机的研制定型

弹道导弹的弹载高动态GPS接收机的研制定型

近地轨道人造地球卫星的星载高动态GPS接收机的研制定型

载人飞船和留轨舱的船载高动态GPS接收机的研制定型

空射远程超音速巡航弹的弹载高动态GPS接收机的研制定型