星載導航接收機授時方法和授時型星載導航接收機以及星載導航應用系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種導航接收機授時方法與系統(tǒng)，尤其是一種星載導航接收機授時方 法和授時型星載導航接收機以及星載導航應用系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] 在各種無線電定位技術中，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GlobalNavigationSatellite System，GNSS)是最基本的手段，它是所有導航衛(wèi)星系統(tǒng)的全稱，目前主要包括美國的全 球定位系統(tǒng)（GlobalPositioningSystem,GPS)，俄羅斯的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（Global NavigationSatelliteSystem,GLONASS),歐洲的伽利略系統(tǒng)（Galileo),中國的北斗 (Compass)。全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機基本工作原理是：接收到導航衛(wèi)星發(fā)送無線電信號并 提取偽矩、載波相位等觀測量，并根據(jù)來自4個以上衛(wèi)星的觀測量進行解算，解算的結果是 接收機的位置、速度和時間。
[0003] 衛(wèi)星導航接收機通常只是某一個設備的一部分，這一設備稱作宿主設備。低軌道 衛(wèi)星上通常安裝星載導航接收機，這時低軌道衛(wèi)星就是宿主設備。星載導航接收機是安裝 在低軌道衛(wèi)星上并接收全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的衛(wèi)星信號并為宿主低軌道衛(wèi)星提供位置、速度 和時間的衛(wèi)星導航接收機。低軌道衛(wèi)星通常軌道高度不超過1000公里。近年來，星載導航 接收機也越來越多的應用在更高軌道的接收機上。
[0004] 衛(wèi)星導航接收機為宿主設備提供時間的功能稱作授時。授時需求廣泛存在，比如 在軌道衛(wèi)星移動通信中，為了實現(xiàn)軌道衛(wèi)星與地面設備的頻率和時間一致性，往往需要星 載導航接收機實現(xiàn)地面靜態(tài)授時型導航接收機一樣的高授時精度。隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的迅速 發(fā)展，軌道衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)的核心應用向互聯(lián)網(wǎng)變遷。地面移動通信系統(tǒng)往往被等價的 稱作移動互聯(lián)網(wǎng)，軌道衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)也常常被稱作空間互聯(lián)網(wǎng)。隨著空間互聯(lián)網(wǎng)的發(fā) 展，軌道衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)正在迎來新一輪更大的發(fā)展，因此星載授時型導航接收機將會 得到更多的使用。但在軌道衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)中，由于宿主衛(wèi)星以接近第一宇宙速度的速 度運行，導致導航接收機環(huán)路帶寬更寬、噪聲更大，這為授時型星載導航接收機帶來了比傳 統(tǒng)導航接收機的更多挑戰(zhàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 有鑒于此，確有必要提供一種授時精度高且適用于有精密授時需求的低軌衛(wèi)星的 星載導航接收機授時方法以及授時型星載導航接收機。
[0006] -種星載導航接收機授時方法，包括以下步驟： Sl，星載導航接收機產(chǎn)生秒脈沖； 52, 星載導航接收機在所述秒脈沖上升沿采集導航衛(wèi)星信號中的觀測信息，所述觀測 信息包括衛(wèi)星發(fā)射時刻和觀測載波相位； 53, 根據(jù)所述衛(wèi)星發(fā)射時刻和觀測載波相位計算偽距作為觀測偽距，構建解算方程，并 通過解算獲得所述星載導航接收機的位置、速度、時間、頻差和鐘差； 54, 對所述頻差進行質(zhì)量改善處理，具體包括以下步驟： S41，設定初始化歷元數(shù)巧； 542, 比較當前歷元數(shù)女和所述初始化歷元數(shù)M/ ; 543, 當t<i^時，設定經(jīng)過質(zhì)量改善處理的當前歷元的頻差瓦等于當前歷元的頻差 私，即：44 =私；以及 SM,當時，設定經(jīng)過質(zhì)量改善處理的當前歷元的頻差私=1(2私+ (1-<2)私_1， 其中，a為濾波系數(shù)，且0<￡ySl; 55, 對所述鐘差進行質(zhì)量改善處理，包括以下步驟： S51，設定初始化歷元數(shù)和以及鐘差限定量Amax ; 552, 比較當前歷元數(shù)&和初始化歷元數(shù)坪； 553, 當*<巧時，設定經(jīng)過質(zhì)量改善處理的當前歷元的鐘差^等于當前歷元的鐘差 私.，即：￡3? = < ;以及 554, 當hiVj時,判斷當前歷元的(63?.與44差值是否超出最大范圍[-; 555, 若超過了所述最大范圍,且<-44 >4^成立，則令4 = + ; 556, 若超過了所述最大范圍,且為.-私C-Amffi成立,則令也=私-，以及； 557, 若未超出所述最大范圍，則令5^ = 3% ; 56, 根據(jù)改善后的頻差和鐘差調(diào)整所述秒脈沖的相位和頻率，使所述秒脈沖上升沿與 標準時間整秒起始時刻同步； 57, 星載導航接收機將所述調(diào)整后的秒脈沖廣播給衛(wèi)星上的其它電子系統(tǒng)； 58, 在下一個所述調(diào)整后的秒脈沖到來之前，所述星載導航接收機將所述位置、速度、 時間廣播給衛(wèi)星上的所述其它電子系統(tǒng)；以及 59, 生成和更新與時間相關的遙測量，并在導航衛(wèi)星請求對應遙測量時給出應答。
[0007] -種用于實現(xiàn)上述星載導航接收機授時方法的授時型星載導航接收機，包括： 天線，用于接收衛(wèi)星導航信號； 射頻前端模塊，與所述天線連接，接收并處理所述衛(wèi)星導航信號，所述處理包括濾波、 變頻以及模數(shù)采樣； 捕獲跟蹤模塊，與所述射頻前端模塊連接，接收經(jīng)所述射頻前端處理后的衛(wèi)星導航信 號，并捕獲和跟蹤目標衛(wèi)星的導航信號； 觀測量獲取模塊，接收所述跟蹤后的目標衛(wèi)星的導航信號以及所述秒脈沖，并在所述 秒脈沖的上升沿采集該跟蹤后的目標衛(wèi)星的導航信號，獲得所述觀測信息； 解算模塊，接收所述觀測信息，并根據(jù)所述衛(wèi)星發(fā)射時刻和觀測載波相位計算所述偽 距，構建所述解算方程，并通過解算獲得所述星載導航接收機的位置、速度、時間、頻差和鐘 差； 鐘差和頻差質(zhì)量改善模塊，用對所述解算模塊解算獲得的頻差和鐘差進行質(zhì)量改善處 理； 遙測模塊，用于生成和更新與時間相關的所述遙測量，并在星上計算機請求對應遙測 量時給出應答；以及 秒脈沖模塊，用于產(chǎn)生所述秒脈沖，并根據(jù)所述質(zhì)量改善處理后的頻差和鐘差調(diào)節(jié)所 述秒脈沖的頻率和相位，使所述秒脈沖的上升沿與標準時間整秒起始時刻同步。
[0008] -種星載導航應用系統(tǒng)，包括：星上計算機、測控通信模塊、被授時載荷以及地面 通信系統(tǒng)，該星載導航應用系統(tǒng)進一步包括所述授時型星載導航接收機。
[0009] 與現(xiàn)有技術相比較，本發(fā)明實施例提供的星載導航接收機授時方法與授時型星載 導航接收機通過充分利用軌道動力學獲得高精度的定位結果和原始鐘差；并采用所述質(zhì) 量改善處理方法改善鐘差和頻差，有效地提高了授時精度以及星載導航接收機的系統(tǒng)可靠 性，尤其適用于有精密授時需求的低軌衛(wèi)星。此外，本發(fā)明實施例提供的星載導航接收機 授時方法與授時型星載導航接收機經(jīng)過在軌飛行驗證，72小時授時精度方均根誤差小于 12ns〇
【附圖說明】
[0010] 圖1為本發(fā)明實施例提供的星載導航接收機授時方法的流程圖。
[0011] 圖2為本發(fā)明實施例提供的星載導航接收機授時方法中解算方法的流程圖。
[0012] 圖3為本發(fā)明實施例提供的星載導航接收機授時方法中頻差質(zhì)量改善處理的流 程圖。
[0013] 圖4為本發(fā)明實施例提供的星載導航接收機授時方法中鐘差質(zhì)量改善處理的流 程圖。
[0014] 圖5為本發(fā)明實施例提供的授時型星載導航接收機以及星載導航應用系統(tǒng)的功 能連接框圖。
【主權項】
1. 一種星載導航接收機授時方法，包括以下步驟： Sl，星載導航接收機產(chǎn)生秒脈沖； 52, 星載導航接收機在所述秒脈沖上升沿采集導航衛(wèi)星信號中的觀測信息，所述觀測 信息包括衛(wèi)星發(fā)射時刻和觀測載波相位； 53, 根據(jù)所述衛(wèi)星發(fā)射時刻和觀測載波相位計