[科普中国]-卫星模拟器

基本概念

卫星模拟器，能够模拟星载测控分系统的性能，并能模拟卫星飞行姿态、轨道动力学过程和各测控弧段的卫星全帧遥测信息流变化过程的设备。卫星模拟器由模拟应答机和姿态轨道仿真器两部分组成。

模拟应答机包括接收机（载波调谐）、发射机（载波调制）、静噪控制电路、测距转发、遥测终端（含遥测参数仿真）、遥控终端等。而姿态轨道仿真器则由仿真计算机及输入/输出接口电路等组成，可仿真在姿态控制系统控制下卫星的姿态与轨道运动。仿真器与模拟应答机在视频接口。仿真器接收遥控终端解调输出的指令码，仿真出姿态控制系统的工作状态、卫星姿态及其他工程参数，再以PCM编码形式送遥测终端，进行副载波视频调制，经发射机载波调制、放大，由发射信道、天线发送至地面。1

卫星信号模拟器功能强大，应用也非常的广泛，它可以产生高动态导航信号，检验接收机的捕获跟踪性能；也可以产生特定导航信号，验证测试方案的可行性；还可以作为比较标准，检验导航接收机的动态测量精度等。2

卫星接收机与卫星模拟器的比较卫星模拟器从空间卫星至轨道链路再到用户接收3个方面对卫星信号接收的整个工作过程进行仿真， 甚至考虑了地球自转和多普勒效应等。卫星模拟器相比于卫星接收机在实验测试中仍具有明显的优势：

（1） 可复现测试。研究人员可在不变的测试条件下反复进行实验， 提高测量结果的精度。

（2） 精度测试。模拟器可调整卫星信号的功率等各个参数以满足不同的实验需求。

（3） 场景定制。可根据实验需求模拟不同的天气环境、大气层参数等。轨道上的卫星内置精度为10-13 的高精度时间基准， 发射出的卫星信号具有很高的时间质量等级。卫星模拟器本身也有一个晶体钟， 时间精度为10-9， 虽劣于真实信号的时间精度， 但仍可满足大部分实验检测需求。若需要更高精度的时间基准， 可为模拟器配置一个具有高精度频率输出功能的外时钟参考源。3

发展趋势卫星信号模拟器发展趋势主要呈现在以下几个方面。

多模、多频化为满足用户高精度定位需求以及卫星覆盖率引起的导航定位问题，多模多频是接收机未来发展的必然方向。可以实现多系统多频点卫星信号组合仿真的模拟器将成为必然趋势。

高精度、高动态化随着电子元器件性能的提升、软件无线电理论的发展和新型模拟器架构的提出，卫星信号模拟器的精度和动态范围必将随之提高，以实现高性能接收机的算法和功能验证。

真实化、实时化模拟器提供的仿真信号越接近实际卫星的信号就越能验证接收机的真实工作性能，这就需要建立更为精准的卫星信号误差模型并将其融入仿真的信号中，例如多径效应模型、信号衰减模型、电离层闪烁模型、天线方向增益模型等。此外，添加各类可控干扰信号的仿真信号生成也将成为未来模拟器必不可少的功能，用以验证接收机抗干扰性能。未来模拟器将更多地要求任意时空的实时仿真，单一的录播转发式的卫星信号仿真最终将被淘汰，录播将作为辅助功能存在。

小型化、专业化、标准化针对不同市场的需求，更为专业的接收机验证模拟器和小型嵌入式模拟器将分别占据高低端市场。另一方面，国内对于接收机已经实施了部分标准，模拟器作为一种标准的信号源也需要一个行业标准进行规范。多家研究院所现在都在拟定模拟器的规范，以期申报为国家标准。

与测试系统融为一体的“ 硬件在环”仿真未来的模拟器将提供多样的标准化接口，提供与被测系统的交互，构成完整的闭环测试回路，在验证接收机性能的同时验证定位数据处理和使用方案的可行性。

软件、硬件和AGHS 架构模拟器互补并存软件模拟器价格相对低廉，信号建模和调理方法灵活、简便易行；硬件模拟器具有实时性高、可实施“硬件在环”仿真和接收机系统进行整体测试等优势；AGHS架构模拟器则各取其半。在未来一段时间里，这种“三足鼎立”之势不会改变。

成为接收机检定的标准源我国现行接收机检定手段多依赖于标准检定场的各种基线，然而标准检定场对于场地地质、视野及周边环境有较高要求, 建设维护费用高昂，且检定场易受基线向量误差、点位漂移误差、天气等诸多不确定因素影响。卫星信号模拟器作为低成本的灵活测试工具，可以为接收机提供时空无约束的仿真信号，在未来将逐步取代检定场基线成为接收机检定的标准工具。4