1.工作原理 GPS衛(wèi)星信號模擬器由GPS信號產(chǎn)生器、計算機(jī)和仿真控制軟件組成，GPS衛(wèi)星信號模擬器工作原理見圖1。 GPS衛(wèi)星信號模擬器就是要產(chǎn)生用戶天線端收到的可見GPS衛(wèi)星L1頻率C/A碼信號，這些信號的表達(dá)式為［２］ 式中Ai(t) 表示t時刻第i顆衛(wèi)星的信號幅度； Ci(t) 表示t時刻第i顆衛(wèi)星發(fā)射的C/A碼信號； Di(t) 表示在第i顆衛(wèi)星信號上調(diào)制的導(dǎo)航電文數(shù)據(jù)； fi（t)表示第i顆衛(wèi)星的瞬時載波頻率； φi(t)表示載波信號的相位； τi表示第i顆衛(wèi)星信號傳播的群延遲。
在模擬器設(shè)計方案中，首先產(chǎn)生離散的中頻GPS信號，中頻GPS信號的采樣率為fs，對應(yīng)采樣間隔為Ｔs，則在第k個采樣時刻，產(chǎn)生的離散中頻GPS信號為［２］ 式中fIFi（kTs）為第k個采樣時刻瞬時GPS中頻信號頻率，包含多普勒頻率影響。 為了以較低的采樣頻率產(chǎn)生所需的中頻信號，并降低FPGA（大規(guī)模在線可編程器件）計算速度要求，對S(kTs）進(jìn)行4倍零內(nèi)插［３］，即每隔1個采樣點插入3個零點，得到新的內(nèi)插信號Ｓ４（kTs），Ｓ４（kTs)經(jīng)D/A變?yōu)槟M信號，再由帶通濾波器濾出需要的中頻信號，通過上變頻便產(chǎn)生Ｌ１頻率的GPS信號。衰減器控制模擬器輸出的信號強(qiáng)度，使輸出信號電平保持在規(guī)定的范圍之內(nèi)。
     2.軟件組成 仿真控制軟件是模擬器的核心，模擬器需要的控制參數(shù)由該軟件計算得到。它主要由以下模塊組成：初始化模塊、自檢模塊、通信控制模塊、衛(wèi)星導(dǎo)航參數(shù)計算模塊、電文控制模塊、目標(biāo)運動軌跡計算模塊、誤差計算模塊、天線特性計算模塊、用戶輸入與顯示模塊及數(shù)據(jù)分析模塊。 初始化模塊和自檢模塊完成模擬器初始參數(shù)設(shè)置和模擬器硬件的自檢，確保模擬器各個部分處于正常狀態(tài)。 
    通信控制模塊完成計算機(jī)與PCI插卡之間的通信，向信號產(chǎn)生器發(fā)送導(dǎo)航數(shù)據(jù)和控制命令，接收信號產(chǎn)生器發(fā)送的狀態(tài)信息。 導(dǎo)航參數(shù)計算模塊選擇最佳GPS衛(wèi)星，根據(jù)星歷和目標(biāo)運動狀態(tài)計算信號發(fā)射時刻偽碼的狀態(tài)、載波多普勒頻率、多普勒頻率變化率。衛(wèi)星電文控制模塊自動編輯各顆GPS衛(wèi)星的導(dǎo)航信息，管理電文數(shù)據(jù)中各種數(shù)據(jù)域和特殊標(biāo)志，設(shè)定衛(wèi)星星歷誤差，包括衛(wèi)星徑向、切向和橫向誤差。修改衛(wèi)星電文參數(shù)供接收機(jī)進(jìn)行RAIM檢測。 誤差計算模塊計算星歷誤差、電離層、對流層折射誤差、多徑效應(yīng)等各種誤差源對碼相位和載波相位的影響。 載體運動軌跡計算模塊建有一系列復(fù)雜的載體運動模型，可生成載體運動軌跡。按載體類型可以分為以下子模塊：衛(wèi)星（飛船）、火箭、飛機(jī)、艦船和汽車運動軌跡子模塊。另外，該模塊允許用戶自定義載體的運動特性。 GPS接收機(jī)天線增益和相位具有一定的方向性，從不同方位、不同仰角入射的信號天線的增益和相位是不同的。特別目標(biāo)姿態(tài)變化較大時，GPS接收天線方向性圖對信號的接收及測量精度會產(chǎn)生一定的影響。另外，若目標(biāo)周圍環(huán)境有遮擋，會造成部分衛(wèi)星信號中斷。天線特性計算模塊考慮這些因素的影響，在方位和俯仰上分別按一定的分辨率，建立天線方向性圖，計算載體姿態(tài)變化對GPS信號接收的影響。 
用戶輸入與顯示模塊擬采用交互式圖形式界面，允許用戶完成仿真的各種參數(shù)設(shè)置與修改，同時以動畫方式逼真顯示試驗過程。 數(shù)據(jù)分析模塊根據(jù)仿真軟件產(chǎn)生的模擬數(shù)據(jù)和被試GPS接收機(jī)的測量數(shù)據(jù)，完成接收機(jī)捕獲時間、測量精度等項指標(biāo)的評定。