题目：GNSS卫星信号模拟器信号产生方法与设计技术研究

GNSS(Global Navigation Satellite System)卫星信号模拟器能够根据运动载体的状况,精确模拟产生出载体收到的卫星信号。GNSS信号模拟器可以对GNSS接收机的捕获、跟踪和测量精度进行测量鉴定，高动态GNSS接收机的性能测试依赖于高性能GNSS卫星信号模拟器。本论文主要针对卫星信号模拟器的数字信号处理技术、信号产生方法及设计技术等进行研究，主要涉及信号模拟器2bit数字中频信号产生，数字基带信号到模拟中频信号生成，多路模拟卫星信号合成及频率变换理论与方法；模拟器载波NCO(Numerically Controlled Oscillator)和码NCO参数更新理论与方法，DDS（Direct Digital Synthesizer）多速率信号处理模型，信号频谱特性等方面；模拟器系统误差产生原因及减小系统误差的理论依据、途径及解决办法。应用Box－Muller方法和中心极限定理生成具有正态分布的高斯白噪声信号，并对产生的噪声信号进行修正、补偿，使其满足标准正态分布N（0，1）。提出了ROM查找表幅度表征方法，解决了高斯白噪声信号与量化GPS(Global Positioning System)通道信号Verilog生成时电平相对值定量计算问题。设计了2bit IF(intermediated frequency)数字信号拟合生成规则，给出了信号取样判决门限的计算方法，完成了GPS卫星信号模拟器量化通道信号与高斯白噪声数字信号2bit合成。采用乒乓RAM处理方式，很好地完成了32bit数据信号实时存入、缓存读出。在matlab中进行了电路建模、优化和验证，利用verilog在ISE中完成了模块设计和仿真，并在FPGA（Field Programmable Gate Arrays）中进行了实现。利用数字内插、数字滤波、A/D（Analog／Digital）变换等软件无线电方法，建立了GPS卫星信号模拟器从数字中频信号到模拟中频信号生成的数学模型，提出了数字IF的实现方法，完成了从基带数字信号到模拟中频信号生成。电路实现时尽量降低信号处理频率。利用verilog在ISE中完成了数字中频模块的设计和仿真，对仿真输出的数字序列进行FFT(Fast Fourier Transform)频谱分析。研究了上变频频率变换和频率合成方法，提出了解决射频载波频率合成的实现方法。探讨了多波段（L1 /Galileo、B1、B2、或B3）和多带宽模拟RF信号调制方案及多路射频信号合路输出方式，并进行了电路仿真，完成了L1 频段射频电路设计、电路试验、电路实现。还对卫星信号模拟器的技术指标进行了分析，为系统研制方案确立提供理论依据。分析了卫星信号模拟器载波NCO和码NCO的系统结构及作用，根据多速率信号处理理论建立DDS模型，分析其信号频谱；根据泰勒级数压缩算法分析了载波NCO sine存储表压缩效率，提出了模拟器码NCO参数更新实现方式。利用verilog在ISE中完成了载波NCO和码NCO的设计和仿真，并在FPGA中进行了实现。通过程序仿真与系统测试，证明本载波NCO和码NCO模块性能满足GPS卫星信号模拟器系统需求。在GPS卫星信号模拟器电路设计中，环路相位噪声、信号延时、DDS频谱杂散等是系统误差的主要来源。定量分析了系统误差的产生原因及系统误差对模拟器性能指标造成的不良影响，探索在模拟器研制过程中减小或消除系统误差的理论依据和途径，并给出了解决办法。利用本分析方法设计、优化GPS卫星信号模拟器软硬件电路参数，并通过了程序仿真与系统测试，本分析方法对于提高系统指标具有较好的参考作用。