一種秒脈沖(pps)的產(chǎn)生方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及衛(wèi)星定位及授時技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種基于定位定時解算所得到的 衛(wèi)星時間和本地時間、接收機狀態(tài)及晶體振蕩器特性等信息產(chǎn)生PPS秒脈沖的方法和裝 置。
【背景技術(shù)】
[0002] 在過去的幾十年中，衛(wèi)星導航技術(shù)無論在軍用領(lǐng)域還是在民用領(lǐng)域都表現(xiàn)出了 極高的精度，它為數(shù)以萬計的海陸空各種設備提供精確的PVT服務。隨著GPS、GLONASS、 Galileo和Compass的逐漸完善，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（Global Navigation Satellite System，GNSS)在各行業(yè)都有廣泛的應用。在航空航天、銀行證券系統(tǒng)、電力系統(tǒng)等國防和 國民經(jīng)濟中，高精度的同步時間基準都是其穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)保障。此外，隨著移動通信的普 及和網(wǎng)絡的廣泛應用，人們對于時間精度的要求也越來越高。眾所周知，對于分立晶體振蕩 器來說，它們都是在其標稱頻率范圍內(nèi)自由震蕩，極易受到周圍環(huán)境的影響。因此對于采用 晶體振蕩器的同步設備來說都需要一個基準脈沖來校準，即所謂的PPS。在導航衛(wèi)星系統(tǒng)中 裝備有精確的原子鐘，且在全球范圍內(nèi)保持嚴格的同步。因此如何將高精度的衛(wèi)星系統(tǒng)時 間同步到分立的晶體振蕩器上成為有效利用衛(wèi)星導航系統(tǒng)精確時間信息的重要環(huán)節(jié)。
[0003] GNSS的基本定位定時原理是根據(jù)四顆或者四顆以上衛(wèi)星的位置，以及各衛(wèi)星到用 戶的距離來計算用戶的位置和鐘差，其基本計算公式如下：
[0004] P1 = V(χι - Xu)2 + Cyi - yu)2 + (? - zu)2 + ^tu (ι)
[0005] p2 = 7(χ2 - Xu)2 + (y-z - yJ2 + (? - zu)2 + stu (2)
[0006] P3 = V(X3 - Xu)2 + (y-i ~ Yu)2 + (z3 _ zu)2 + ^tu (3)
[0007] P4 = V (^4 - Xu)2 + (y4 - yu)2 + (? - zu)2 + Stu (4)
[0008] 其中（X1, Y1, Z1)、（x2, y2, z2)、（x3, y3, z3)、（x4, y4, z4)分別代表四顆衛(wèi)星的位置， P i、P 2、P 3、P 4為各顆衛(wèi)星到接收機的偽距，Au代表接收機鐘差。衛(wèi)星導航系統(tǒng)具有高精 度的頻率基準（l〇_ 12l〇_15s)，用戶可以通過接收機提取衛(wèi)星系統(tǒng)的同步時鐘來獲得本地時 間。然而由于衛(wèi)星信號在傳播過程中會受到電離層、對流層等各種因素的影響使得信號到 達地面時存在較大誤差。此外，接收機在解調(diào)過程中也會注入器件熱噪聲、晶振抖動等各種 隨機噪聲，從而導致恢復出來的本地時間雖然能夠跟蹤衛(wèi)星時間的長期穩(wěn)定度，但是也增 加了短期的相位抖動。對于晶體振蕩器（如0CX0、VCX0、TCX0等）來說，其短期穩(wěn)定度比較 好，但是會隨著時間推移而存在漂移、老化等缺陷。由信號傳播帶來的誤差和接收機本身特 性引入的誤差使得GNSS的高精度時間信息不能被充分利用。
[0009] 為了解決上述問題，需要采取多種方法來提高PPS信號精度?？梢圆捎玫姆桨甘?提高本地晶體振蕩器的頻率，減小PPS有效沿相位調(diào)節(jié)誤差。此外還可以用高穩(wěn)定度的原 子鐘替換本地晶體振蕩器，減小時鐘抖動、漂移、老化等誤差，進一步提高PPS信號精度。該 方案的問題在于晶體振蕩器頻率是有限的而不能無限制的增加，原子鐘又具有昂貴的價 格，不適合推廣。因此，對利用衛(wèi)星導航系統(tǒng)產(chǎn)生高精度和高穩(wěn)定度PPS信號的研究具有重 大的現(xiàn)實意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種產(chǎn)生高精度和穩(wěn)定度PPS信號的方法和裝 置，通過跟蹤衛(wèi)星導航信號，利用定位定時后得到的鐘差等信息來預測本地時鐘的頻率偏 差和相位偏差，并通過一定算法消除PPS信號有效沿和UTC時間的偏差，既能保證晶體振蕩 器的長期穩(wěn)定度，也能消除接收機跟蹤的衛(wèi)星導航信號的短期隨機相位抖動，提高PPS信 號精度。
[0011] 為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：
[0012] 本發(fā)明提供了一種秒脈沖產(chǎn)生的方法，所述方法：
[0013] 從衛(wèi)星信號基帶處理通道中讀取各衛(wèi)星測量值，并根據(jù)測量值得到偽距；
[0014] 通過仰角選擇參考衛(wèi)星；
[0015] 根據(jù)所述的各衛(wèi)星的偽距，解算得到本地接收機時鐘的鐘差；
[0016] 通過參考衛(wèi)星測量值和所述的接收機鐘差，得到本地時間；
[0017] 根據(jù)接收機授時環(huán)路模型和所述的本地時間得到接收機參數(shù)；
[0018] 根據(jù)所述的接收機參數(shù)和接收機授時環(huán)路模型，預測未來歷元PPS有效沿時刻， 并確定系統(tǒng)閾值；
[0019] 根據(jù)所述的未來歷元PPS有效沿時刻預測值和系統(tǒng)閾值得到PPS控制器參數(shù)；
[0020] 根據(jù)所述的PPS控制器參數(shù)調(diào)整PPS控制器。
[0021] 優(yōu)選的，所述通過仰角選擇參考衛(wèi)星，具體為：
[0022] 利用衛(wèi)星測量值計算各可見衛(wèi)星仰角，根據(jù)仰角測量結(jié)果選擇仰角最大的衛(wèi)星作 為參考衛(wèi)星。
[0023] 優(yōu)選的，所述接收機授時環(huán)路模型，具體為：
[0024] 首先，接收機在PPS有效沿采樣衛(wèi)星信號基帶處理通道測量值，得到本次中斷對 應的衛(wèi)星時間和本地時間，然后結(jié)合歷史信息記錄值得到PPS有效沿相位誤差，進而通過 調(diào)整PPS控制器修正未來歷元PPS有效沿位置。
[0025] 該PPS控制器可以通過計數(shù)器以及其他定時方法實現(xiàn)PPS輸出，但不限于計數(shù)方 法。
[0026] 優(yōu)選的，預測未來歷元PPS有效沿對應的時刻，具體為：
[0027] 系統(tǒng)中采用數(shù)據(jù)集包括但不局限于：歷史中斷節(jié)點衛(wèi)星時間記錄、本地時間記錄、 PPS控制器參數(shù)記錄、晶體振蕩器參數(shù)記錄等。系統(tǒng)根據(jù)以上歷史數(shù)據(jù)集來預測未來歷元 PPS有效沿最接近的時刻。
[0028] 優(yōu)選的，確定系統(tǒng)閾值，具體為：
[0029] 系統(tǒng)根據(jù)晶體振蕩器和接收機的參數(shù)評判接收機授時環(huán)路當前所處的狀態(tài)，然后 根據(jù)授時環(huán)路的狀態(tài)參量改變PPS有效沿跳變約束閾值。
[0030] 本發(fā)明還提供了一種秒脈沖產(chǎn)生的裝置，所述裝置包括：衛(wèi)星信號基帶處理通道、 預測計算模塊和PPS控制器。其中，
[0031] 所述衛(wèi)星信號基帶處理通道，用于捕獲、跟蹤和測量衛(wèi)星信號并獲取各衛(wèi)星的測 量值；
[0032] 所述預測計算模塊，用于從衛(wèi)星信號基帶處理通道讀取各個衛(wèi)星的測量值，并根 據(jù)測量值得到各個衛(wèi)星的偽距和仰角，通過仰角選擇參考衛(wèi)星，根據(jù)各衛(wèi)星的初始偽距，利 用最小二乘法得到本地接收機鐘差，并根據(jù)參考衛(wèi)星得到本地時間，計算接收機各項參數(shù) 并記錄，根據(jù)所述的歷史記錄和接收機授時環(huán)路模型預測未來歷元PPS有效沿對應的時刻 并確定系統(tǒng)閾值，進而得到PPS控制器參數(shù)。
[0033] 所述PPS控制器，用于根據(jù)所述的PPS控制器參數(shù)調(diào)整PPS有效沿輸出。
[0034] 優(yōu)選的，所述裝置還包括：用戶位置確定模塊，用于根據(jù)各個衛(wèi)星的偽距確定接收 機的位置，并不斷優(yōu)化接收機的位置，并最終確定接收機的位置。
[0035] 優(yōu)選的，授時過程包含當前歷元接收機鐘差求解、未來歷元脈沖沿相位差預測和 閾值動態(tài)調(diào)整、脈沖調(diào)整三個階段。
[0036] 優(yōu)選的，采用衛(wèi)星時間、本地時間、PPS控制器參數(shù)、晶體振蕩器參數(shù)等信息進行 PPS有效沿時刻的無偏估計，以解決信號傳播、接收機熱噪聲帶來的授時精度差問題。
[0037] 優(yōu)選的，采用晶體振蕩器參數(shù)和接收機參數(shù)等信息判定接收機環(huán)路當前所處狀 態(tài)，提供PPS有效沿跳變約束閾值，以降低晶體振蕩器頻率限制。
[0038] 本發(fā)明所提供的秒脈沖產(chǎn)生的方法和裝置，從衛(wèi)星信號基帶處理通道中讀取各衛(wèi) 星的測量值，并根據(jù)測量值得到偽距；通過衛(wèi)星仰角選擇參考衛(wèi)星；利用最小二乘法得到 本地接收機鐘差；根據(jù)參考衛(wèi)星和接收機鐘差得到本地時間；根據(jù)接收機授時環(huán)路模型計 算接收機各項參數(shù)并預測未來歷元PPS有效沿對應時刻，確定系統(tǒng)閾值，得到PPS控制器參 數(shù)，調(diào)整PPS控制器。本發(fā)明采用時間相位差預測方法能夠?qū)ξ磥須v元PPS有效沿相位差 進行精確預測，從而可以減小調(diào)整誤差。并且采用動態(tài)閾值調(diào)整的方法，這樣可以減小PPS 有效沿抖動的標準差，從而提高授時精度，因此本發(fā)明具有較高的商用價值。
【附圖說明】
[0039] 圖IPPS產(chǎn)生方法流程示意圖。
[0040] 圖2接收機授時環(huán)路模型。
[0041] 圖3本發(fā)明實施例的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0042] 下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進一步詳細闡述。
[0043] 圖1為本發(fā)明的一種秒脈沖產(chǎn)生方法流程示意圖，所述方法包括以下步驟：
[0044] 步驟101，從衛(wèi)星信號基帶處理通道讀取各衛(wèi)星的測量值，并根據(jù)測量值得到偽 距；
[0045] 具體的，系統(tǒng)啟動，衛(wèi)星信號基帶處理通道捕獲并跟蹤衛(wèi)星信號，