專利名稱：北斗無縫高精度授時系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及衛(wèi)星導(dǎo)航授時領(lǐng)域，具體涉及ー種基于偽衛(wèi)星輔助的北斗無縫高精度授時系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
衛(wèi)星導(dǎo)航以其高精度、全天候、實時性強(qiáng)、區(qū)域廣等優(yōu)點已滲透到各個生活領(lǐng)域和現(xiàn)代戰(zhàn)爭的各個環(huán)節(jié)，衛(wèi)星導(dǎo)航定位和授時系統(tǒng)是最關(guān)鍵的國家基礎(chǔ)設(shè)施之一，而且，現(xiàn)代武器實(試)驗、戰(zhàn)爭需要它保障，智能化交通運輸系統(tǒng)的建立和數(shù)字化地球的實現(xiàn)需要它支持?，F(xiàn)代通信網(wǎng)和電力網(wǎng)建設(shè)也越來越增強(qiáng)了對精度時間和頻率的依賴。北斗衛(wèi)星系統(tǒng)是我國自主研制的衛(wèi)星導(dǎo)航定位和通信系統(tǒng)，具有首次定位快、無通訊盲區(qū)、保密性強(qiáng)等特點，并在高精度授時、短報文通信等方面均具有獨特的優(yōu)勢。隨著北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的完善，潛力巨大國內(nèi)衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用產(chǎn)業(yè)將迅速發(fā)展。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)雖然在授時有其獨特的優(yōu)勢，但是，衛(wèi)星導(dǎo)航直接授時也有其弊端，就是衛(wèi)星信號比較弱，ー是很容易收到外界干擾而不能使用，ニ是當(dāng)使用環(huán)境復(fù)雜時候，如周圍有建筑物、高山峽谷、室內(nèi)時，衛(wèi)星信號受遮擋，也不能使用。

實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供ー種北斗無縫高精度授時系統(tǒng)，其能夠在復(fù)雜環(huán)境中仍然能高精度授時。為解決上述問題，本實用新型是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:—種北斗無縫高精度授時系統(tǒng)，其主要由北斗衛(wèi)星、用戶接收終端、偽衛(wèi)星主站和至少3個偽衛(wèi)星副站組成；偽衛(wèi)星主站包括北斗授時接收單元、原子鐘、偽衛(wèi)星主站發(fā)射単元、北斗接收天線、偽衛(wèi)星發(fā)射天線、以及主站通信發(fā)射天線；北斗接收天線連接北斗授時接收單元的輸入端，北斗授時接收單元的輸出端與原子鐘的受控端相連，原子鐘的輸出端連接在偽衛(wèi)星主站發(fā)射単元的時鐘控制端上，偽衛(wèi)星主站發(fā)射単元的輸出端分別與偽衛(wèi)星發(fā)射天線和主站通信發(fā)射天線相連；每個偽衛(wèi)星副站均包括偽衛(wèi)星授時接收單元、本地時鐘、偽衛(wèi)星副站發(fā)射単元、偽衛(wèi)星接收天線、以及副站通信發(fā)射天線；偽衛(wèi)星接收天線連接在偽衛(wèi)星授時接收單元的輸入端上，偽衛(wèi)星授時接收單元的輸出端與本地時鐘的受控端相連，本地時鐘的輸出端連接在偽衛(wèi)星副站發(fā)射単元的時鐘控制端上，偽衛(wèi)星副站發(fā)射単元的輸出端與副站通信發(fā)射天線相連；偽衛(wèi)星主站和至少3個偽衛(wèi)星副站分別固定安裝在空間的不同位置處；偽衛(wèi)星主站的北斗接收天線同時接收至少4顆北斗衛(wèi)星發(fā)來的信號；偽衛(wèi)星副站的偽衛(wèi)星接收天線接收偽衛(wèi)星主站的偽衛(wèi)星發(fā)射天線發(fā)來的信號；用戶接收終端同時接收偽衛(wèi)星主站的主站通信發(fā)射天線和至少3個偽衛(wèi)星副站的副站通信發(fā)射天線發(fā)來的信號。[0011]作為改進(jìn)，所述用戶接收終端最好還接收至少4顆北斗衛(wèi)星發(fā)來的信號。上述系統(tǒng)中，偽衛(wèi)星主站的北斗授時接收單元主要由主站下變頻模塊、主站信號解碼模塊、以及主站時間信息提取模塊組成；北斗接收天線連接主站下變頻模塊的輸入端，主站下變頻模塊的輸出端經(jīng)由主站信號解碼模塊與主站時間信息提取模塊的輸入端相連，主站時間信息提取模塊的輸出端連接原子鐘的受控端；偽衛(wèi)星主站的偽衛(wèi)星主站發(fā)射單元主要由在主站信息編碼模塊、主站擴(kuò)頻與調(diào)制模塊、主站載波調(diào)制模塊、主站數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、主站功分模塊、以及2個主站上變頻模塊組成；主站信息編碼模塊的輸出端依次經(jīng)由主站擴(kuò)頻與調(diào)制模塊、主站載波調(diào)制模塊和主站數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊與主站功分模塊的輸入端相連，主站功分模塊的2個輸出端各連接I個主站上變頻模塊的輸入端，一個主站上變頻模塊的輸出端連接偽衛(wèi)星發(fā)射天線，另一個主站上變頻模塊的輸出端連接主站通信發(fā)射天線，原子鐘分別連接主站信息編碼模塊、主站擴(kuò)頻與調(diào)制模塊、主站載波調(diào)制模塊、主站數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、主站功分模塊和2個主站上變頻模塊。上述系統(tǒng)中，偽衛(wèi)星副站的偽衛(wèi)星授時接收單元主要由副站下變頻模塊、副站信號解碼模塊、以及副站時間信息提取模塊組成；偽衛(wèi)星接收天線連接副站下變頻模塊的輸入端，副站下變頻模塊的輸出端經(jīng)由副站信號解碼模塊與副站時間信息提取模塊的輸入端相連，副站時間信息提取模塊的輸出端連接本地時鐘的受控端；偽衛(wèi)星副站的偽衛(wèi)星副站發(fā)射單元主要由在副站信息編碼模塊、副站擴(kuò)頻與調(diào)制模塊、副站載波調(diào)制模塊、副站數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、以及副站上變頻模塊組成；副站信息編碼模塊的輸出端依次經(jīng)由副站擴(kuò)頻與調(diào)制模塊、副站載波調(diào)制模塊、副站數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊與副站上變頻模塊的輸入端相連，上變頻模塊的輸出端連接副站通信發(fā)射天線，本地時鐘分別連接副站信息編碼模塊、副站擴(kuò)頻與調(diào)制豐吳塊、副站載波調(diào)制t吳塊、副站數(shù)t吳轉(zhuǎn)換t吳塊和副站上變頻t吳塊。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型現(xiàn)有的直接授時方式即用戶接收終端直接接收北斗衛(wèi)星信號實現(xiàn)授時，改為間接授時方式即通過偽衛(wèi)星主站和偽衛(wèi)星副站將北斗衛(wèi)星信號進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)后再送入用戶接收終端來實現(xiàn)授時；首先，由于偽衛(wèi)星主站和偽衛(wèi)星副站發(fā)射的信號相對較強(qiáng)，因此能夠有效避免外界環(huán)境對微弱的衛(wèi)星信號所產(chǎn)生的干擾，提高授時的精度，其次，由于偽衛(wèi)星主站和偽衛(wèi)星副站的架設(shè)位置能夠根據(jù)實際使用需求進(jìn)行安裝，因此能夠有效避開周圍復(fù)雜環(huán)境對衛(wèi)星信號所產(chǎn)生的干擾；再者，由于本實用新型不但可以單獨利用偽衛(wèi)星實現(xiàn)用戶授時，還可以單獨利用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)完成用戶授時，也可以利用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)和偽衛(wèi)星組合授時。因此，本系統(tǒng)不但可以用于北斗衛(wèi)星可見性很好的廣闊室外，還可以用于北斗衛(wèi)星被遮擋情況或北斗衛(wèi)星不可見的室內(nèi)。

圖1為一種北斗無縫高精度授時系統(tǒng)原理示意圖。圖2為偽衛(wèi)星主站的原理框圖。圖3為偽衛(wèi)星副站的原理框圖。圖4為用戶接收終端的原理框圖。
具體實施方式
一種北斗無縫高精度授時系統(tǒng)如圖1所示，其主要由北斗衛(wèi)星、用戶接收終端、偽衛(wèi)星主站和至少3個偽衛(wèi)星副站組成。偽衛(wèi)星主站如圖2所示，包括北斗授時接收單元、原子鐘、偽衛(wèi)星主站發(fā)射単元、北斗接收天線、偽衛(wèi)星發(fā)射天線、以及主站通信發(fā)射天線。北斗接收天線連接北斗授時接收単元的輸入端，北斗授時接收單元的輸出端與原子鐘的受控端相連，原子鐘的輸出端連接在偽衛(wèi)星主站發(fā)射単元的時鐘控制端上，偽衛(wèi)星主站發(fā)射単元的輸出端分別與偽衛(wèi)星發(fā)射天線和主站通信發(fā)射天線相連。偽衛(wèi)星主站的北斗授時接收單元主要由主站下變頻模塊、主站信號解碼模塊、以及主站時間信息提取模塊組成。北斗接收天線連接主站下變頻模塊的輸入端，主站下變頻模塊的輸出端經(jīng)由主站信號解碼模塊與主站時間信息提取模塊的輸入端相連，主站時間信息提取模塊的輸出端連接原子鐘的受控端。偽衛(wèi)星主站的偽衛(wèi)星主站發(fā)射単元主要由在主站信息編碼模塊、主站擴(kuò)頻與調(diào)制模塊、主站載波調(diào)制模塊、主站數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、主站功分模塊、以及2個主站上變頻模塊組成。主站信息編碼模塊的輸出端依次經(jīng)由主站擴(kuò)頻與調(diào)制模塊、主站載波調(diào)制模塊和主站數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊與主站功分模塊的輸入端相連,主站功分模塊的2個輸出端各連接I個主站上變頻模塊的輸入端,ー個主站上變頻模塊的輸出端連接偽衛(wèi)星發(fā)射天線，另ー個主站上變頻模塊的輸出端連接主站通信發(fā)射天線，原子鐘分別連接主站信息編碼模塊、主站擴(kuò)頻與調(diào)制模塊、主站載波調(diào)制模塊、主站數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、主站功分模塊和2個主站上變頻模塊。每個偽衛(wèi)星副站如圖3所示，均包括偽衛(wèi)星授時接收單元、本地時鐘、偽衛(wèi)星副站發(fā)射單元、偽衛(wèi)星接收天線、以及副站通信發(fā)射天線。偽衛(wèi)星接收天線連接在偽衛(wèi)星授時接收單元的輸入端上，偽衛(wèi)星授時接收單元的輸出端與本地時鐘的受控端相連，本地時鐘的輸出端連接在偽衛(wèi)星副站發(fā)射単元的時鐘控制端上，偽衛(wèi)星副站發(fā)射単元的輸出端與副站通信發(fā)射天線相連。偽衛(wèi)星副站的偽衛(wèi)星授時接收単元主要由副站下變頻模塊、副站信號解碼模塊、以及副站時間信息提取模塊組成。偽衛(wèi)星接收天線連接副站下變頻模塊的輸入端，副站下變頻模塊的輸出端經(jīng)由副站信號解碼模塊與副站時間信息提取模塊的輸入端相連，副站時間信息提取模塊的輸出端連接本地時鐘的受控端。偽衛(wèi)星副站的偽衛(wèi)星副站發(fā)射單元主要由在副站信息編碼模塊、副站擴(kuò)頻與調(diào)制模塊、副站載波調(diào)制模塊、副站數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、以及副站上變頻模塊組成。副站信息編碼模塊的輸出端依次經(jīng)由副站擴(kuò)頻與調(diào)制模塊、副站載波調(diào)制模塊、副站數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊與副站上變頻模塊的輸入端相連，上變頻模塊的輸出端連接副站通信發(fā)射天線，本地時鐘分別連接副站信息編碼模塊、副站擴(kuò)頻與調(diào)制豐吳塊、副站載波調(diào)制ホ吳塊、副站數(shù)ホ吳轉(zhuǎn)換ホ吳塊和副站上變頻ホ吳塊。用戶接收終端的結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有技術(shù)相同或相近似。在本實用新型優(yōu)選實施例中，用戶接收終端如圖4所示，其主要由終端晶振、以及與終端晶振相連的終端接收天線、終端下變頻模塊、終端模數(shù)轉(zhuǎn)換、終端捕獲模塊、終端跟蹤模塊、終端信息解碼模塊和終端授時解算模塊組成。終端接收天線連接在終端下變頻模塊的輸入端，終端下變頻模塊的輸出端依次經(jīng)由終端模數(shù)轉(zhuǎn)換、終端捕獲模塊、終端跟蹤模塊和終端信息解碼模塊與終端授時解算模塊的輸入端相連，終端授時解算模塊輸出為最終用戶授時信息。偽衛(wèi)星主站和至少3個偽衛(wèi)星副站分別固定安裝在空間的不同位置處。偽衛(wèi)星主站的北斗接收天線同時接收至少4顆北斗衛(wèi)星發(fā)來的信號。偽衛(wèi)星副站的偽衛(wèi)星接收天線接收偽衛(wèi)星主站的偽衛(wèi)星發(fā)射天線發(fā)來的信號。用戶接收終端同時接收偽衛(wèi)星主站的主站通信發(fā)射天線和至少3個偽衛(wèi)星副站的副站通信發(fā)射天線發(fā)來的信號。為了能夠?qū)崿F(xiàn)利用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)完成用戶授時，也為了能夠利用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)和偽衛(wèi)星組合授時，所述用戶接收終端除了偽衛(wèi)星主站和至少3個偽衛(wèi)星副站發(fā)來的信號以外，還可以接收至少4顆北斗衛(wèi)星發(fā)來的信號。采用上述系統(tǒng)所實現(xiàn)的北斗無縫高精度授時實現(xiàn)方法，包括如下步驟:(I)在空間不同的位置固定安裝I個偽衛(wèi)星主站和至少3個偽衛(wèi)星副站，且上述偽衛(wèi)星主站和偽衛(wèi)星副站的精確位置均預(yù)先測定已知。(2)偽衛(wèi)星主站首先接收至少4顆北斗衛(wèi)星發(fā)射的北斗信號，并經(jīng)下變頻、信息解碼和時間信息提取后得到北斗的授時結(jié)果。然后利用所得授時結(jié)果發(fā)出授時的秒脈沖信號去馴服偽衛(wèi)星主站的原子鐘，使得偽衛(wèi)星主站的時間基準(zhǔn)溯源到北斗時。最后在馴服原子鐘的驅(qū)動下，把偽衛(wèi)星主站的位置、站號和時間信息進(jìn)行信息編碼、信號擴(kuò)頻、信號調(diào)制、載波調(diào)制和數(shù)模轉(zhuǎn)換后由功分模塊分為2路信號，2個上變頻模塊把這2路信號變頻到不同的頻點后通過2套天線發(fā)射出去。發(fā)射出去的2路信號一路由偽衛(wèi)星副站接收，另一路由用戶接收終端接收。偽衛(wèi)星主站配有高精度北斗授時接收設(shè)備和原子鐘，北斗授時結(jié)果對本地原子鐘校頻，這樣既可以提高授時精度，而且還可以減少原子鐘預(yù)熱穩(wěn)定時間。(3)偽衛(wèi)星副站首先接收偽衛(wèi)星主站發(fā)來的信號，并進(jìn)行下變頻、信息解碼和時間信息提取后，計算偽衛(wèi)星主站與副站之間的距離，并獲得偽衛(wèi)星副站的精確時間。接著利用獲得的偽衛(wèi)星副站的精確時間實時校正本地時鐘，使得偽衛(wèi)星副站不但與偽衛(wèi)星主站同步，且偽衛(wèi)星副站和偽衛(wèi)星主站都溯源到北斗時。最后在校正時鐘的驅(qū)動下，將偽衛(wèi)星副站的位置、站號和時間信息進(jìn)行信息編碼、信號擴(kuò)頻、信號調(diào)制、載波調(diào)制和數(shù)模轉(zhuǎn)換后，上變頻到北斗導(dǎo)航信號頻點后經(jīng)過天線發(fā)射出去。(4)用戶接收終端接收偽衛(wèi)星主站和至少3個偽衛(wèi)星副站發(fā)出的信號，并將接收到的信號進(jìn)行下變頻、模數(shù)轉(zhuǎn)換、捕獲、跟蹤、信息解碼和授時解算，最終實現(xiàn)用戶的高精度授時。為了適應(yīng)室內(nèi)和室外環(huán)境的授時，上述用戶接收終端還可以同時接收至少4顆北斗衛(wèi)星發(fā)出的信號。此時，用戶接收終端通過遠(yuǎn)-近效應(yīng)消除方法、多路徑抑制等技術(shù)，實現(xiàn)在同一接收終端內(nèi)北斗衛(wèi)星和偽衛(wèi)星信號的解擴(kuò)、解調(diào)、導(dǎo)航和授時，并基于幾何精度因子最優(yōu)原則研究偽衛(wèi)星和北斗衛(wèi)星的組合方式，實現(xiàn)授時精度優(yōu)于北斗授時精度。為了便于用戶接收終端的處理，偽衛(wèi)星主站和偽衛(wèi)星副站的信息編碼方式均采用北斗的信息編碼方式。同理，偽衛(wèi)星主站和偽衛(wèi)星副站的信號調(diào)制方式均采用北斗的信號調(diào)制方式。為了區(qū)分偽衛(wèi)星副站和用戶接收終端，偽衛(wèi)星主站采用主站功分模塊把信號分為兩路，經(jīng)不同的上變頻和天線發(fā)射出去，其中，一路信號的頻點為北斗的頻點，如北斗BI頻點。偽衛(wèi)星和北斗發(fā)射的導(dǎo)航信號都在同一頻點，僅僅是偽衛(wèi)星的擴(kuò)頻碼碼號跟北斗不一樣，這樣，用戶接收終端就可以采用一套天線接收兩種信號。因此，用戶接收終端既可單獨接收北斗導(dǎo)航信號、單獨接收偽衛(wèi)星導(dǎo)航信號，也可聯(lián)合接收這兩種信號。本實用新型的核心改進(jìn)點在于增設(shè)了偽衛(wèi)星主站和偽衛(wèi)星副站將衛(wèi)星信號進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。其中，衛(wèi)星主站和偽衛(wèi)星副站的安裝位置根據(jù)實際需求安裝在所需的空間位置處，并保證偽衛(wèi)星主站的安裝位置能夠同時接收到至少4顆北斗衛(wèi)星發(fā)出的信號；至少3個偽衛(wèi)星副站的安裝位置能夠同時接收到同一個偽衛(wèi)星主站發(fā)出的信號。用戶接收終端處于偽衛(wèi)星主站和至少3個偽衛(wèi)星副站的信號覆蓋范圍內(nèi)。衛(wèi)星主站和偽衛(wèi)星副站內(nèi)部的授時接收單元的結(jié)構(gòu)以及所實現(xiàn)的授時解算方法與現(xiàn)有技術(shù)相同或相近似；衛(wèi)星主站和偽衛(wèi)星副站內(nèi)部的偽衛(wèi)星發(fā)射單元的結(jié)構(gòu)以及所實現(xiàn)的信號處理和發(fā)射方法與現(xiàn)有技術(shù)相同或相近似。
權(quán)利要求1.斗無縫高精度授時系統(tǒng)，包括北斗衛(wèi)星和用戶接收終端，其特征是:還進(jìn)一步包括偽衛(wèi)星主站和至少3個偽衛(wèi)星副站； 偽衛(wèi)星主站包括北斗授時接收單元、原子鐘、偽衛(wèi)星主站發(fā)射單元、北斗接收天線、偽衛(wèi)星發(fā)射天線、以及主站通信發(fā)射天線；北斗接收天線連接北斗授時接收單元的輸入端，北斗授時接收單元的輸出端與原子鐘的受控端相連，原子鐘的輸出端連接在偽衛(wèi)星主站發(fā)射單元的時鐘控制端上，偽衛(wèi)星主站發(fā)射單元的輸出端分別與偽衛(wèi)星發(fā)射天線和主站通信發(fā)射天線相連； 每個偽衛(wèi)星副站均包括偽衛(wèi)星授時接收單元、本地時鐘、偽衛(wèi)星副站發(fā)射單元、偽衛(wèi)星接收天線、以及副站通信發(fā)射天線；偽衛(wèi)星接收天線連接在偽衛(wèi)星授時接收單元的輸入端上，偽衛(wèi)星授時接收單元的輸出端與本地時鐘的受控端相連，本地時鐘的輸出端連接在偽衛(wèi)星副站發(fā)射單元的時鐘控制端上，偽衛(wèi)星副站發(fā)射單元的輸出端與副站通信發(fā)射天線相連； 偽衛(wèi)星主站和至少3個偽衛(wèi)星副站分別固定安裝在空間的不同位置處；偽衛(wèi)星主站的北斗接收天線同時連接至少4顆北斗衛(wèi)星發(fā)來；偽衛(wèi)星副站的偽衛(wèi)星接收天線連接偽衛(wèi)星主站的偽衛(wèi)星發(fā)射天線；用戶接收終端同時連接偽衛(wèi)星主站的主站通信發(fā)射天線和至少3個偽衛(wèi)星副站的副站通信發(fā)射天線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述北斗無縫高精度授時系統(tǒng)，其特征是:所述用戶接收終端還連接至少4顆北斗衛(wèi)星發(fā)來的信號。
專利摘要本實用新型公開一種北斗無縫高精度授時系統(tǒng)，其主要由北斗衛(wèi)星、用戶接收終端、偽衛(wèi)星主站和至少3個偽衛(wèi)星副站組成；偽衛(wèi)星主站和至少3個偽衛(wèi)星副站分別固定安裝在空間的不同位置處；偽衛(wèi)星主站同時接收至少4顆北斗衛(wèi)星發(fā)來的信號；偽衛(wèi)星副站接收偽衛(wèi)星主站發(fā)來的信號；用戶接收終端同時接收偽衛(wèi)星主站和至少3個偽衛(wèi)星副站、以及北斗衛(wèi)星發(fā)來的信號。本實用新型不但可以單獨利用偽衛(wèi)星實現(xiàn)用戶授時，還可以單獨利用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)完成用戶授時，也可以利用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)和偽衛(wèi)星組合授時，具有精度高、抗干擾能力強(qiáng)的特點。
文檔編號G01S19/25GK202929373SQ20122049792
公開日2013年5月8日 申請日期2012年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月26日
發(fā)明者紀(jì)元法, 孫希延, 符強(qiáng), 王守華, 吳孫勇, 嚴(yán)肅清 申請人:桂林電子科技大學(xué)