GNSS 模拟器的硬件架构是其功能实现的基础。重心硬件包括信号生成板卡，它集成了高精度的数字信号处理器（DSP）和现场可编程门阵列（FPGA）。DSP 负责复杂的信号运算，依据卫星轨道参数、时间信息等生成精确的数字信号；FPGA 则用于灵活配置信号生成流程，实现快速的数据处理与信号调制。射频模块也是关键部分，它将数字信号转换为射频信号，并对其进行放大、滤波等处理，确保模拟信号能以合适的功率和质量输出。此外，模拟器还配备了高精度的时钟源，如原子钟或铷钟，为信号生成提供精细的时间基准，保证不同卫星信号间的时间同步精度，这对于模拟多卫星系统协同工作场景至关重要。存储模块用于存储大量的卫星轨道数据、信号特征库等信息，以便快速调用生成各类模拟信号。GNSS 卫星信号模拟器调整信号编码，测试接收机解码能力。LabSatGPS信号模拟器录制回放
除了基础的导航信号模拟，GNSS 导航模拟器还具备多种拓展功能。一些模拟器支持多系统联合模拟，不能同时模拟 GPS、北斗、GLONASS 等多个卫星导航系统的信号，还能模拟不同系统信号之间的相互干扰与协同工作情况，为多系统融合导航设备的研发提供多方面测试。部分模拟器具备信号干扰模拟功能，可生成窄带干扰、宽带干扰等多种干扰信号，与正常 GNSS 信号叠加，测试接收机在干扰环境下的抗干扰能力与定位稳定性。此外，有的模拟器还能模拟时间同步信号，用于测试对时间精度要求极高的应用场景，如电力系统的时间同步设备。LabSatGPS信号模拟器录制回放GPS 卫星信号模拟器模拟多路径干扰，检测接收机抗干扰能力。
提升 GNSS 模拟器精度是关键目标。在硬件方面，采用更高精度的时钟源，如氢原子钟，其超高的时间稳定性可降低信号时间同步误差。优化射频电路设计，选用低噪声放大器、高精度滤波器等组件，减少信号传输过程中的噪声干扰与失真。在软件算法上，不断改进轨道预测模型，考虑更多的摄动因素，如太阳光压摄动、地球潮汐摄动等，提高卫星轨道模拟精度。对于误差模拟算法，利用更精确的大气模型，如全球电离层图模型（GIM）、高精度对流层模型等，减小电离层和对流层延迟误差模拟的偏差。此外，通过增加信号通道数量，模拟更多卫星信号，采用多频点信号融合技术，提升定位精度，为高精度应用领域提供更可靠的测试环境。
单系统 GNSS 模拟器专注于模拟某一种卫星导航系统的信号，比如模拟 GPS 信号的模拟器。它适用于那些只针对单一卫星系统进行研发或应用的场景，如早期一些依赖 GPS 定位的特定行业设备。多系统 GNSS 模拟器则可同时模拟多种卫星系统信号，像 GPS、北斗、GLONASS 和 Galileo 等。这种类型的模拟器优势明显，能为用户提供更丰富的卫星信号资源，提高定位精度与可靠性，普遍应用于需要高精度定位的领域，如测绘、自动驾驶等，使设备在不同卫星系统信号组合下都能进行性能测试与优化。GPS 卫星信号模拟器模拟不同天气下信号，分析环境影响。
信号调制过程：生成的基带信号需要经过调制才能模拟真实 GNSS 信号。常见的调制方式是二进制相移键控（BPSK）调制。在这个过程中，将基带信号的信息加载到高频载波上。具体而言，利用载波的相位变化来表示基带信号中的 “0” 和 “1”。比如，当基带信号为 “0” 时，载波相位不变；当基带信号为 “1” 时，载波相位翻转 180 度。通过这种调制方式，把低频的基带信号转换为高频的射频信号，使其能够在空气中远距离传播，并且符合 GNSS 信号在空中传播的特性，便于后续被 GNSS 接收机接收和解调。GPS 信号模拟器添加噪声干扰，测试接收机抗噪性能。LABSAT 3gnss轨迹模拟器
GNSS 导航模拟器模拟室内导航场景，推动室内定位发展。LabSatGPS信号模拟器录制回放
在科研领域，GNSS 模拟器为众多研究提供有力支持。在地球物理学研究中，利用模拟器可模拟不同地球物理条件下的卫星信号，研究电离层、对流层变化对信号传播的影响，助力深入了解地球大气结构与动力学。在天文学研究中，通过模拟卫星信号在星际空间的传播，探索信号受太阳风、引力场等因素干扰情况，为星际导航研究提供数据支撑。在新型定位算法研究方面，科研人员借助模拟器生成大量不同场景的卫星信号数据，用于训练和验证新算法，如基于深度学习的定位算法，以提升定位精度和抗干扰能力。GNSS 模拟器还为量子导航等前沿研究提供了地面测试平台，模拟量子态下卫星信号接收与处理，推动导航技术的创新发展。LabSatGPS信号模拟器录制回放
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