GNSS导航信号仿真中运动轨迹设计.pdf

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1、第33卷第6期海洋测绘VO1．33．NO．62013年11月HYDR0GRAPHICSURVEYINGANDCHARTINGNOV．，2013DOI·10．3969／j．issn．1671—3【)44．2013．06．007GNSS导航信号仿真中运动轨迹设计李俊毅，孙倩，李军正(1．解放军信息丁程大学导航与空天目标工程学院，河南郑州450002；2．解放军信息工程大学训练部，河南郑州450002)摘要：GNSS信号仿真器模拟GNSS信号时需要提供轨迹数据，要求轨迹数据连续、平滑且二阶呵导。要满足上述条件，传统的方式通常是对轨迹进行分段仿真，设置仿真轨迹的时

2、候较为复杂，在仿真高动态载体时，还常常会出现轨迹不平滑的现象。为此提出采用三次样条插值的方法来仿真载体轨迹，既满足GNSS信号仿真器对轨迹数据的要求，又保证与真实轨迹的相似性。关键词：轨迹仿真；次样条；GNSS信号仿真器中图分类号：P228文献标志码：B文章编号：1671—3044(2013)06—0026—032采用样条插值的轨迹仿真方法1引言仿真器通常会对软件生成的大采样间隔数据再GNSS信号仿真器通过单一设备可实现对进一步加密，如果数据不平滑，仿真器通过插值算法GNSS星座和全球测试环境的模拟，从而使测试能计算来的数据可能就不连续。j三次样条函数够在

3、受控的实验室条件下展开¨J，为GNSS接收机曲线不仅连续，而且它的一阶及二阶导函数也连续提供一种经济高效的测试手段。轨迹仿真则是的。如果把这样的特性应用到轨迹仿真上，则可GNSS信号仿真器的主要输入条件之一，GNSS信号以满足轨迹仿真连续、平滑的要求。下根据用户对仿真器就是依据这些轨迹点位置加上空间环境参数轨迹仿真的要求，设计了两种已知条件下的轨迹仿仿真出真实载体沿这些轨迹点前进时收到的卫星信真算法，基本涵盖了对载体各种状态仿真的需求。号。随着仿真技术的研究与应用不断深入，人们对2．1用户提供各点的位置、时间，用户无权设置用仿真器的实时连续要求越来越高，为

4、了保证户的速度及加速度GNSS信号仿真器输出信号的连续性，通常要求轨用户轨迹采用节点的形式，由于用户轨迹节点迹输入也应该是连续的、平滑的。只含有时间及位置信息，不包含速度信息，因此，需目前，大部分轨迹仿真为仿真出载体运动轨迹要采用样条函数来求得速度及加速度信息。的复杂性，通常都采用分段仿真的方式。如飞机飞在三次样条函数中，S(t)我们可以认为是t时行轨迹的仿真就采用分为直线飞行、上升飞行、转弯刻、l，或z坐标，t】<2<⋯<，是时问节点，S(t)可飞行等阶段，分别对不同阶段的运动状态建立表示为J：不同的数学模型。显然，这样的方法无法保证在不同阶段之间交接处

5、轨迹的平滑，即可能出现速度或S()=y+Y+1(一)+(￡一f)(￡一l_1)×者加速度的不连续，而这种不连续是GNSS信号仿[2K+K+l+K+1(t—t)]真器来讲，通常是致命的，它将直接导致信号接收机(i=1，2，⋯，n一1)(1)失锁或者出现较大粗差。为解决这个问题，著式中，K(i=1，2，⋯，n)为待定参数；Y+．为Y的一名GNSS信号仿真器品牌Spirent采用修改加加速度阶差商；K+．为K的一阶差商，即：的方式来换取轨迹的平滑性，这种做法，使得它的轨迹中的加加速度值可能会变非常大，甚至有超限的Y+=L÷(i=1，2，⋯，n一1)(2)i+1可

6、能。本文采用三次样条的方式来解决这个问题，：避免了轨迹仿真中不正常加加速度的出现。+(：1，2，⋯，n一1)(3)收稿日期：2013-06—18；修回日期：2013．08—20作者简介：李俊毅(1979一)，男，河南通许人，讲师，硕十，主要从事卫星导航及其应用研究。第6期李俊毅，等：GNSS导航信号仿真中运动轨迹设计27如果选择使得5(t)在【t，t]上有二阶连续3仿真结果导数，那么5(t)在[t，t]上就有一阶连续导数，为了验证三次样条轨迹仿真算法的正确性，作而且：者分别用Spirent和三次样条进行了轨迹仿真，仿真Ki=S”(t)(=1，2，⋯，)(4

7、)计算结果如下。具体的K计算方法可以参考文献[8]，这里不3．1Spirent轨迹仿真算例再赘述。Spirent是采用分段仿真的方式，每段仿真按照按照上述公式，我们可以根据用户提供时间t、运动类型不同，可设置的内容也不相同。为体现位置(X，Yi，Zi)，计算得到在该段时问内三次样条出加加速度的变化情况，作者设置较高速度的4段函数表达式，即运动方程。根据此方程，可以计算出轨迹，见图1。任意时刻的位置、速度、加速度值。由于三次样条函数存在二阶连续导数，所以插值计算出来的加速度是连续的，速度、位置是平滑的。2．2用户提供各点的位置、速度，用户无权设置加速度、中间

8、及结尾点的时间根据前一点的位置、速度及后一点的位置、速度计算到达后