基于HLA平台的卫星导航定位系统性能评估系统和方法

摘要

本发明公开一种基于HLA平台的卫星导航定位系统性能评估系统和方法，包括HLA仿真控制平台、及与之相连的场景设置模块、授时子系统仿真模块、测定轨子系统仿真模块、信号生成子系统仿真模块、信号接收处理和分析仿真模块、仿真评估模块这6个联邦成员；本发明采用HLA仿真控制平台来完成整个系统的仿真和评估，将构造仿真、虚拟仿真和实况仿真集成在一起的综合环境，实现各类仿真系统间的互操作、动态管理、一点对多点通信、系统和部件的重用，及建立不同层次的对象模型。本发明既能为卫星导航系统工程建设中验证和评估提供了手段，降低系统建设风险，又能为卫星导航用户提供可靠、稳定、准确和易用的仿真和测试软件环境。

说明书

技术领域

本发明涉及卫星导航领域，具体涉及一种基于HLA（High Level  Architecture，高阶模拟构架）平台的卫星导航定位系统性能评估方法和系 统。

背景技术

目前，世界已经建成两大全球卫星导航系统，即美国的GPS和俄罗斯的 GLONASS，其次，还有两个正在加紧建设的卫星导航系统，即欧盟的GALILEO 和中国的BD。其中，GPS和GLONASS是相对比较成熟的卫星导航系统，但是 GALILEO和BD作为新的卫星导航系统，其信号体制（包括：频率、信号带宽、 信号调制方式、码速率、信息速率、电文格式等）、星座设计、地面站设计、 接收机设计都是全新的，而且在建设过程中可能存在调整，所有这些设计过 程中均需经过事先仿真和评估验证，特别是协议层格式设计，必须经过合理、 充分的仿真和验证。

卫星导航系统的仿真和评估是一个庞大的工程，涉及地面站、卫星星座、 信号体制和信号接收等多个环节，要求仿真系统具有可重复性、互操作性、 资源共享等特点。对卫星导航系统而言，性能评估方法可以为卫星导航系统 工程建设中验证和评估提供了手段，降低系统建设风险。对为卫星导航用户 而言，该方法提供一个可靠、稳定、准确和易用的仿真和测试软件环境，可 以使用户随心所欲按照自己要求选择合适的GNSS（Global Navigation  Satellite System，全球导航卫星系统)。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于HLA平台的卫星导航定位系 统性能评估系统和方法，其既能为卫星导航系统工程建设中验证和评估提供 了手段，降低系统建设风险，又能为卫星导航用户提供一个可靠、稳定、准 确和易用的仿真和测试软件环境。

为解决上述问题，本发明是通过以下方案实现的：

基于HLA平台的卫星导航定位系统性能评估系统，主要由HLA仿真控制 平台、与HLA仿真控制平台相连的场景设置模块、授时子系统仿真模块、测 定轨子系统仿真模块、信号生成子系统仿真模块、信号接收处理和分析仿真 模块、及仿真评估模块这6个联邦成员组成；其中

HLA仿真控制平台完成控制指令的下达和数据的分发，同时完成各个联 邦成员的生成数据的交互；

场景设置模块完成6个联邦成员的场景设置和评估系统的初始参数设 置，上述设置的参数通过HLA仿真控制平台分发给各个联邦成员；

授时子系统仿真模块仿真为卫星导航时间系统，为评估系统提供包括仿 真时间和仿真步长等时间信息，是整个评估系统的时间基准，并通过HLA仿 真控制平台向测定轨子系统仿真模块、信号生成子系统仿真模块、信号接收 处理和分析仿真模块、以及仿真评估模块这4个后续模块，上述4个后续模 块在该仿真时间的驱动下依次完成仿真任务；

测定轨子系统仿真模块接收HLA仿真控制平台分发的仿真时间和仿真步 长，仿真评估卫星导航系统的测轨和定轨方法，并生成卫星导航信息，并通 过HLA仿真控制平台分发给信号生成子系统仿真模块；

信号生成子系统仿真模块通过HLA仿真控制平台接收测定轨子系统仿真 模块的卫星轨道的仿真参数，在仿真时间和仿真步长的控制下按照要求生成 一定信号体制的仿真导航信号，该仿真导航信号通过HLA仿真控制平台分发 给信号接收处理和分析仿真模块；

信号接收处理和分析仿真模块接收HLA放置控制平台分发的仿真导航信 号的中频数字信号和实际采集的实际导航信号的中频数字信号，并分别对这 2个中频数字信号进行相应仿真评估，最后把评估结果通过HLA仿真控制平 台分发给仿真评估模块；

仿真评估模块把信号接收处理和分析仿真模块送来的评估结果显示出 来。

根据上述评估系统所实现的基于HLA平台的卫星导航定位系统性能评估 方法，包括如下步骤：

①场景设置模块完成6个联邦成员的场景设置和评估系统的初始参数设 置，上述设置的参数通过HLA仿真控制平台分发给各个联邦成员；

②授时子系统仿真模块仿真为卫星导航时间系统，为评估系统提供包括 仿真时间和仿真步长等时间信息，是整个评估系统的时间基准，并通过HLA 仿真控制平台向测定轨子系统仿真模块、信号生成子系统仿真模块、信号接 收处理和分析仿真模块、以及仿真评估模块这4个后续模块，上述4个后续 模块在该仿真时间的驱动下依次完成仿真任务；

③测定轨子系统仿真模块接收HLA仿真控制平台分发的仿真时间和仿真 步长，仿真评估卫星导航系统的测轨和定轨方法，并生成卫星导航信息，并 通过HLA仿真控制平台分发给信号生成子系统仿真模块；

④信号生成子系统仿真模块通过HLA仿真控制平台接收测定轨子系统仿 真模块的卫星轨道的仿真参数，在仿真时间和仿真步长的控制下按照要求生 成一定信号体制的仿真导航信号，该仿真导航信号通过HLA仿真控制平台分 发给信号接收处理和分析仿真模块；

⑤信号接收处理和分析仿真模块接收HLA放置控制平台分发的仿真导航 信号的中频数字信号和实际采集的实际导航信号的中频数字信号，并分别对 这2个中频数字信号进行相应仿真评估，最后把评估结果通过HLA仿真控制 平台分发给仿真评估模块；

⑥仿真评估模块把信号接收处理和分析仿真模块送来的评估结果显示出 来。

上述方法中，HLA仿真控制平台完成控制指令的下达和数据的分发，同 时上述各步骤生成数据也通过HLA仿真控制平台完成数据的交互；

上述方法中，步骤⑥中评估结果通过图形、界面和/或数字的形式进行显 示。

与现有技术相比，本发明采用HLA仿真控制平台来完成整个系统的仿真 和评估，将构造仿真、虚拟仿真和实况仿真集成在一起的综合环境，实现各 类仿真系统间的互操作、动态管理、一点对多点通信、系统和部件的重用， 以及建立不同层次的对象模型。对卫星导航系统而言，本发明可以为卫星导 航系统工程建设中验证和评估提供了手段，降低系统建设风险。对卫星导航 用户而言，本发明提供了一个可靠、稳定、准确和易用的仿真和测试软件环 境，可以使用户随心所欲按照自己要求选择合适的全球导航卫星系统。

附图说明

图1为基于HLA平台的卫星导航定位系统性能评估系统的组成框图；

图2为基于HLA平台的卫星导航定位系统性能评估方法的原理图。

具体实施方式

一种基于HLA平台的卫星导航定位系统性能评估系统，如图1所示，其 主要由HLA仿真控制平台、与HLA仿真控制平台相连的场景设置模块、授时 子系统仿真模块、测定轨子系统仿真模块、信号生成子系统仿真模块、信号 接收处理和分析仿真模块、及仿真评估模块这6个联邦成员组成。其中：

（1）HLA仿真控制平台

HLA仿真控制平台完成控制指令的下达和数据的分发，同时各个仿真子 系统的生成数据也通过HLA平台完成数据的交互。

（2）场景设置模块

场景设置模块完成仿真任务的场景设置和初始参数设置。如选择所仿真 子系统，子系统的参数配置、用户初始状态等参数的设置。

（3）授时子系统仿真模块

授时子系统仿真模块主要完成为卫星导航系统授时性能仿真，主要包括 全球时间监测、全球双向时间同步精度、GNSS时差监测与广播、远程高精度 时间频率配送等性能仿真和评估。该仿真模块为整个仿真系统提供仿真时间 和仿真步长，并通过HLA仿真控制平台分发给其它4个模块，后续的4个仿 真模块在该仿真时间的驱动下依次完成仿真任务。

（4）测定轨子系统仿真模块

测定轨子系统仿真模块主要仿真GNSS的测轨和定轨子系统仿真。并把实 际得到的测轨和定轨数据与仿真数据进行比较，从而评定测轨和定轨的性能。 并把该仿真模块产生星历参数、电离层参数和原子钟等参数，这些参数通过 HLA平台分发信号生成子系统仿真模块。

（5）信号生成子系统仿真模块

卫星信号生成子系统仿真模块主要仿真卫星信号生成过程，包括HLA分 发的卫星轨道等参数的信息编码、码/载波产生、信号调制、干扰信号加载、 多路径信号加载等。该仿真模块产生中频数字信号通过HLA仿真控制平台分 发给信号接收处理和分析仿真模块。

（6）信号接收处理和分析仿真模块

信号接收处理和分析仿真模块主要仿真和分析GNSS信号性能和导航定 位结果，包括信号的预处理，对HLA仿真控制平台分发的仿真GNSS中频数字 信号和实际采集的实际GNSS中频数字信号进行一定的预处理；通过对仿真和 实际信号捕获完成信号相关性、互相关性、灵敏度和兼容性分析；通过仿真 和实际信号跟踪完成GNSS信号的抗干扰、抗多径和灵敏度分析；通过对仿真 和实际信号GNSS电文解调，完成信号功率和误码率的分析；通过对仿真和实 际信号伪距提取，分析码和载波测距精度；通过用仿真和实际信号定位解算， 完成GNSS的PVT精度分析。该仿真模块的仿真和分析结果由HLA仿真控制平 台分发给仿真评估模块。

（7）仿真评估模块

仿真评估结果显示模块主要接收信号接收处理和分析仿真模块的仿真分 析结果完成子系统的评估，并把评估结果通过图形、界面或数字的形式显示。

根据上述系统所设计的一种基于HLA平台的卫星导航定位系统性能评估 方法，如图2所示，其包括如下步骤：

①场景设置模块完成6个联邦成员的场景设置和评估系统的初始参数设 置，上述设置的参数通过HLA仿真控制平台分发给各个联邦成员。

②授时子系统仿真模块仿真为卫星导航时间系统，为评估系统提供包括 仿真时间和仿真步长等时间信息，是整个评估系统的时间基准，并通过HLA 仿真控制平台向测定轨子系统仿真模块、信号生成子系统仿真模块、信号接 收处理和分析仿真模块、以及仿真评估模块这4个后续模块，上述4个后续 模块在该仿真时间的驱动下依次完成仿真任务。

③测定轨子系统仿真模块接收HLA仿真控制平台分发的仿真时间和仿真 步长，仿真评估卫星导航系统的测轨和定轨方法，并生成卫星导航信息，并 通过HLA仿真控制平台分发给信号生成子系统仿真模块。

④信号生成子系统仿真模块通过HLA仿真控制平台接收测定轨子系统仿 真模块的卫星轨道的仿真参数，在仿真时间和仿真步长的控制下按照要求生 成一定信号体制的仿真导航信号，该仿真导航信号通过HLA仿真控制平台分 发给信号接收处理和分析仿真模块。

⑤信号接收处理和分析仿真模块接收HLA放置控制平台分发的仿真导航 信号的中频数字信号和实际采集的实际导航信号的中频数字信号，并分别对 这2个中频数字信号进行相应仿真评估，最后把评估结果通过HLA仿真控制 平台分发给仿真评估模块。

⑥仿真评估模块把信号接收处理和分析仿真模块送来的评估结果通过图 形、界面和/或数字的显示出来。

HLA仿真控制平台完成控制指令的下达和数据的分发，同时上述各步骤 生成数据也通过HLA仿真控制平台完成数据的交互。