卫星信号模拟器（五）：怎么证明你造的信号是对的——四道关卡卫星信号模拟器（五）：怎么证明你造的信号是对的——四道关卡 1

卫星信号模拟器（五）：怎么证明你造的信号是对的——四道关卡

系列第五篇（终）。前面四篇把信号从场景一路造到了 DAC，这一篇回答最后一个问题：你怎么知道造出来的东西是对的？ 不是"看起来像"就完了，而要像查案一样，一道关卡一道关卡地验。

1. 四道关卡，各验一层

关卡	验什么	判据	能定位到哪一层的问题
频谱	载波频率、调制体制	中心频率对、BOC 双峰、载波被抑制	载波 DDS、副载波、功率配比
捕获	码相位、多普勒	捕获峰明显、多普勒/码相位误差小	测距码、多普勒计算
跟踪	环锁定、无偏置	PLL/DLL 鉴相器收敛到 0	相位连续性、符号、正交关系
电文+定位	编解码、几何一致性	BCH/CRC 通过、ENU 误差 cm~dm	电文编码、伪距、星历

原则：按顺序验，一道不过别进下一道。 每一关的问题都会以"症状"形式在上一关冒头，越早发现越省事。

2. 关卡一：频谱双峰

BOC 调制最鲜明的特征是频谱上主瓣被劈成两个、载波处塌陷。以 B1C 为例，中频 3.996 MHz：

BOC(1,1) 的两个主瓣骑在中频两侧：3.996 ± 1.023 MHz → 2.973 / 5.019 MHz
BOC(6,1) 的主瓣更靠外：3.996 ± 6.138 MHz → 2.142 / 10.134 MHz
中频 3.996 MHz 处应该是"凹陷"（BOC 没有载波分量）

验证不需要全频段 FFT，算几个频点的能量就够了（Goertzel 单频检测，几十行）：

// 对中频采样 buf[N]，在频点 f 上做单频能量检测
double goertzel(const int8_t *buf, int N, double fs, double f)
{
    double w = 2 * PI * f / fs, c = 2 * cos(w);
    double q0 = 0, q1 = 0, q2 = 0;
    for (int n = 0; n < N; n++) {
        q0 = c * q1 - q2 + buf[n];
        q2 = q1; q1 = q0;
    }
    double re = q1 - q2 * cos(w), im = q2 * sin(w);
    return sqrt(re*re + im*im) / N;
}

实测一个正确的 B1C 信号，比值大致是：2.973/5.019 MHz（BOC11 主瓣）最强，2.142/10.134 MHz（BOC61）次之（因为只占 1/11 功率），3.996 MHz（载波）和噪声底相当。如果载波处出现一个高峰，说明副载波没加上；如果双峰位置不对，说明副载波频率错。

3. 关卡二：捕获

把信号丢进软件接收机跑一次捕获。看两样东西：

| Channel | PRN |  Frequency   | Doppler | Code Offset | Status |
|       1 |  23 |  3.99900e+06 |   3000  |    304733   |    T   |
|       2 |   6 |  3.99420e+06 |  -1800  |    127845   |    T   |

Doppler 要和你的理论值对得上（我们软件复现时，5 颗星的实测多普勒与计算值误差 ≤ 8 Hz）；
Code Offset 要落在合理范围（一个码周期内），且捕获峰明显、旁瓣低。

判据：多普勒误差 ≤ 25 Hz、码相位误差 ≤ 2 个采样点。Doppler 对不上 → 多普勒符号或频率控制字算错；捕获不到 → 测距码错或 PRN 对不上。

4. 关卡三：跟踪

跟踪是"长期一致性"的照妖镜。看三张图：

图	健康的样子	有问题的样子
PLL 鉴相器（raw/filtered）	快速收敛到 0，之后平贴 0	有常数偏置、或慢慢漂走
DLL 鉴相器	同上	同上
相关值 I²+Q²	稳定平台	周期性塌陷（失锁）

常数偏置是最有诊断价值的信号：

PLL 有偏置 → 载波频率/相位关系错（比如 I/Q 符号搞反）；
DLL 有偏置 → 码相位或群延迟错；
remCodePhase 线性漂移 → 码频率控制字有小误差。

（附带一个常见困惑：无噪声信号 C/N0 会飙到 80~90 dB-Hz，比真实信号高一倍——这是没加噪声导致的，不是 bug。要测灵敏度就加 AWGN。）

5. 关卡四：电文 + 定位

前两关过了，才轮到这关——因为它依赖的东西最多。

电文：BCH 校验通过、CRC-24Q 通过、解出来的星历字段与编码输入逐字段一致。这里推荐做一个"往返自检"：把发送端编码的星历存一份，接收端解出来的比一份，任何比例因子、位宽、交织顺序的错误都会在这里现形。

定位：让接收机解算，看 ENU 误差：

预设坐标：(40°N, 116°E, 50 m)
解算结果：东向/北向/天向误差收敛到 cm~dm 级

定位是终极一致性检查——它同时依赖伪距、多普勒、电文、码、载波五样东西全部自洽。哪怕前面每一关都"看着对"，只要伪距里有一个几米的系统性误差（比如漏了相对论改正、电离层符号反了、发射时刻没迭代），定位误差就会把它放大出来。

6. 一条心法：让"验证"也形成证据链

真正可靠的验证不是"跑一遍接收机能定位"，而是多个独立来源互相印证。我们复现 B1C 时用了三件事交叉锁定测距码：

自己写的生成器 ↔ FPGA 的 Legendre ROM 逐位比对；
生成结果 ↔ ICD 表格的八进制码头锚点；
发送端编码 ↔ 接收端解交织的逆置换关系。

三条路都指向同一个结果，才敢说"码是对的"。单点验证只能证明"没崩"，多点交叉才能证明"对"。

7. 小结（也是全系列的收尾）

把五篇串起来，就是一条完整的认知链：

场景 → 选星 → 伪距/多普勒 → 频率控制字 → 码/载波/副载波 → 调制合路 → DAC
                                                              ↓
定位误差 cm~dm  ←  四道关卡交叉验证  ←  频谱/捕获/跟踪/电文

卫星信号模拟器的难点，从来不在某一环有多高深，而在几百个参数要在码相位和载波相位的每一个 LSB 上都自洽。验证的意义，就是逼着你把这个"自洽"一层层钉死。