專利名稱:偽衛(wèi)星定位系統(tǒng)中的零基線自閉環(huán)星地時(shí)間同步方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及衛(wèi)星導(dǎo)航地基增強(qiáng)技術(shù)領(lǐng)域：
，特別是一種偽衛(wèi)星定位系統(tǒng)中的零基線自閉環(huán)星地時(shí)間同步方法。
背景技術(shù)：
偽衛(wèi)星是一種地面導(dǎo)航信號(hào)發(fā)射設(shè)備，用于支持和增強(qiáng)空間衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的服務(wù)能力。并可與空間導(dǎo)航衛(wèi)星的組合應(yīng)用，即若干偽衛(wèi)星加上不滿足定位條件(小于4顆)的空間GPS、北斗等導(dǎo)航衛(wèi)星，可實(shí)現(xiàn)星地組合定位模式，能夠解決由于地理環(huán)境影響造成的可視導(dǎo)航衛(wèi)星數(shù)不足、幾何構(gòu)成不佳、信號(hào)電平過低等問題而不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)無縫導(dǎo)航定位以及定位精度較低的情況。但為了實(shí)現(xiàn)這種星地同步工作，偽衛(wèi)星系統(tǒng)時(shí)間與北斗/GPS等衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)時(shí)間的高精度同步的是一個(gè)亟待解決的技術(shù)問題。
目前，偽衛(wèi)星與空間導(dǎo)航衛(wèi)星的時(shí)間同步主要采用接收機(jī)單向授時(shí)法，通過輸出與空間導(dǎo)航衛(wèi)星時(shí)間同步的IPPS信號(hào)(精度50ns)對(duì)偽衛(wèi)星信號(hào)產(chǎn)生器進(jìn)行觸發(fā)，最后利用觸發(fā)脈沖的上升沿產(chǎn)生與空間導(dǎo)航衛(wèi)星同步的偽衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)，但它需要接收機(jī)配備脈沖信號(hào)產(chǎn)生與調(diào)相單元，增加了硬件成本和技術(shù)難度，且星地時(shí)間同步精度不高。本專利提供了一種數(shù)字化處理的偽衛(wèi)星與空間導(dǎo)航衛(wèi)星時(shí)間同步的方法，該方法通過計(jì)算得到偽衛(wèi)星系統(tǒng)時(shí)間與衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的星地同步鐘差，把該偏差進(jìn)行精細(xì)化處理，生成電文控制字、偽衛(wèi)星信號(hào)相位控制字和偽衛(wèi)星電文鐘差修正參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)偽衛(wèi)星與空間導(dǎo)航衛(wèi)星的高精度時(shí)間同步。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是:針對(duì)單向授時(shí)接收機(jī)同步方法的硬件成本高、同步精度低缺陷，設(shè)計(jì)了一種零基線自閉環(huán)星地時(shí)間同步方法，有效地解決地面?zhèn)涡l(wèi)星時(shí)間基準(zhǔn)與空間北斗/GPS導(dǎo)航衛(wèi)星時(shí)間基準(zhǔn)之間的高精度時(shí)間同步問題。
為了達(dá)到上述目的，一種偽衛(wèi)星定位系統(tǒng)中的零基線自閉環(huán)星地時(shí)間同步方法包括以下步驟:
①構(gòu)建零基線自閉環(huán)的偽衛(wèi)星測(cè)量架構(gòu)；偽衛(wèi)星測(cè)量架構(gòu)包括偽衛(wèi)星信號(hào)產(chǎn)生器、耦合器、合路器和閉環(huán)導(dǎo)航接收機(jī)；
②偽衛(wèi)星信號(hào)產(chǎn)生器以觸發(fā)脈沖為時(shí)間基準(zhǔn)生成偽衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)，并在零基線條件下發(fā)送給閉環(huán)導(dǎo)航接收機(jī)；
③閉環(huán)導(dǎo)航接收機(jī)同時(shí)接收偽衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)和空間的導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)，根據(jù)接收機(jī)輸出的偽衛(wèi)星測(cè)距值和導(dǎo)航衛(wèi)星測(cè)距值計(jì)算星地同步鐘差；
④對(duì)星地同步鐘差進(jìn)行處理，得到粗鐘差控制字和精鐘差參數(shù)，將粗鐘差控制字發(fā)送給偽衛(wèi)星信號(hào)產(chǎn)生器，實(shí)現(xiàn)星地粗同步；將精鐘差參數(shù)寫入偽衛(wèi)星電文，實(shí)現(xiàn)星地精同
止/J/ O
其中，步驟①中構(gòu)建零基線自閉環(huán)的偽衛(wèi)星測(cè)量架構(gòu)包括以下步驟:[0011](101)由同一個(gè)原子鐘給閉環(huán)導(dǎo)航接收機(jī)和偽衛(wèi)星信號(hào)產(chǎn)生器提供IOMHz信號(hào)；
(102)偽衛(wèi)星信號(hào)產(chǎn)生器生成的信號(hào)經(jīng)過耦合器，輸出I路偽衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)；
(103)空間的導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)與偽衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)經(jīng)過合路器，傳輸給閉環(huán)導(dǎo)航接收機(jī)，進(jìn)行偽衛(wèi)星測(cè)距值和導(dǎo)航衛(wèi)星測(cè)距值處理，完成零基線條件的構(gòu)建。
其中，步驟③中星地同步鐘差的計(jì)算方法為:
Adt = [P；其中:Adt為星地同步鐘差為導(dǎo)航衛(wèi)星測(cè)距值為閉環(huán)導(dǎo)航接收機(jī)和導(dǎo)航衛(wèi)星之間的幾何距離；<為電離層誤差，由導(dǎo)航電文參數(shù)計(jì)算獲得7/為對(duì)流層誤差，由通用計(jì)算模型獲得偽衛(wèi)星測(cè)距值；C為光速。
其中，步驟④中粗鐘差控制字包括電文幀控制字、電文字控制字、電文字?jǐn)?shù)據(jù)位、擴(kuò)頻碼控制字和擴(kuò)頻碼片控制字；其中，
電文幀控制字NI =求整數(shù)(Adt/電文幀長度)；
電文字控制字N2 =求整數(shù)[(Adt-Nl*電文幀長度)/電文字長];
電文字?jǐn)?shù)據(jù)位N3 =求整數(shù)[(Adt-Nl*電文幀長度_N2*電文字長)/電文數(shù)據(jù)位長];
鐘差剩余量Λ dtl = Δ dt-Nl*電文幀長度-N2*電文字長-N3*電文數(shù)據(jù)位長；
擴(kuò)頻碼控制字N4 =求整數(shù)(Λ dtl/擴(kuò)頻碼長)；
擴(kuò)頻碼片控制字N5 =求整數(shù)[(Adtl-M*擴(kuò)頻碼長)/碼片長]。
其中，步驟④中精鐘差參數(shù)包括時(shí)鐘偏差a0、時(shí)鐘偏移al和時(shí)鐘偏移率a2 ；
Δ dt2 = aO+al* (t_tO)+a2* (t_tO)2
其中，鐘差小數(shù)部分Adt2 = Δ dtl-N4*擴(kuò)頻碼長-N5*碼片長，t為用戶機(jī)使用偽衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行定位的當(dāng)前時(shí)刻，to為參考時(shí)刻。
本發(fā)明技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn):
(i)本發(fā)明采用星地時(shí)間同步的數(shù)學(xué)處理方法，具有星地時(shí)間同步實(shí)現(xiàn)簡單的優(yōu)點(diǎn)。
(ii)本發(fā)明構(gòu)建零基線處理?xiàng)l件，使得閉環(huán)導(dǎo)航接收機(jī)輸出的偽衛(wèi)星測(cè)距數(shù)據(jù)沒有受到大氣傳輸無誤差影響，具有星地時(shí)間同步精度高的優(yōu)點(diǎn)。
(iii)本發(fā)明提出了粗鐘差控制字和精鐘差數(shù)據(jù)的處理方法，能夠用戶接收機(jī)輸出的偽衛(wèi)星偽距測(cè)量值穩(wěn)定，具有便于用戶機(jī)進(jìn)行粗差檢測(cè)的特點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明偽衛(wèi)星定位系統(tǒng)示意圖；
圖2是偽衛(wèi)星與北斗/GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的時(shí)間偏差計(jì)算示意圖；
圖3是偽衛(wèi)星與北斗/GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的時(shí)間偏差精細(xì)化處理示意圖；
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的描述:
①構(gòu)建零基線自閉環(huán)的偽衛(wèi)星測(cè)量架構(gòu)，偽衛(wèi)星測(cè)量架構(gòu)包括偽衛(wèi)星信號(hào)產(chǎn)生器、耦合器、合路器和閉環(huán)導(dǎo)航接收機(jī)；
其中，步驟①中構(gòu)建零基線自閉環(huán)的偽衛(wèi)星測(cè)量架構(gòu)包括以下步驟:
(101)由同一個(gè)原子鐘給閉環(huán)導(dǎo)航接收機(jī)和偽衛(wèi)星信號(hào)產(chǎn)生器提供IOMHz信號(hào)；
(102)偽衛(wèi)星信號(hào)產(chǎn)生器生成的信號(hào)經(jīng)過耦合器，輸出I路偽衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)；
(103)空間的導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)與偽衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)經(jīng)過合路器，傳輸給閉環(huán)導(dǎo)航接收機(jī)，進(jìn)行偽衛(wèi)星測(cè)距值和導(dǎo)航衛(wèi)星測(cè)距值處理，完成零基線條件的構(gòu)建。
②偽衛(wèi)星信號(hào)產(chǎn)生器以觸發(fā)脈沖為時(shí)間基準(zhǔn)生成偽衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)，并在零基線條件下發(fā)送給閉環(huán)導(dǎo)航接收機(jī)；
③閉環(huán)導(dǎo)航接收機(jī)同時(shí)接收偽衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)和空間的導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)，根據(jù)接收機(jī)輸出的偽衛(wèi)星測(cè)距值和導(dǎo)航衛(wèi)星測(cè)距值計(jì)算星地同步鐘差。圖2是偽衛(wèi)星與北斗/GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的星地同步鐘差計(jì)算示意圖，包括以下步驟:
(201)建立偽衛(wèi)星的偽距測(cè)量方程如下:
權(quán)利要求
1.一種偽衛(wèi)星定位系統(tǒng)中的零基線自閉環(huán)星地時(shí)間同步方法，包括以下步驟: ①構(gòu)建零基線自閉環(huán)的偽衛(wèi)星測(cè)量架構(gòu)；偽衛(wèi)星測(cè)量架構(gòu)包括偽衛(wèi)星信號(hào)產(chǎn)生器、耦合器、合路器和閉環(huán)導(dǎo)航接收機(jī)； ②偽衛(wèi)星信號(hào)產(chǎn)生器以觸發(fā)脈沖為時(shí)間基準(zhǔn)生成偽衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)，并在零基線條件下發(fā)送給閉環(huán)導(dǎo)航接收機(jī)； ③閉環(huán)導(dǎo)航接收機(jī)同時(shí)接收偽衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)和空間的導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)，根據(jù)接收機(jī)輸出的偽衛(wèi)星測(cè)距值和導(dǎo)航衛(wèi)星測(cè)距值計(jì)算星地同步鐘差； ④對(duì)星地同步鐘差進(jìn)行處理，得到粗鐘差控制字和精鐘差參數(shù)，將粗鐘差控制字發(fā)送給偽衛(wèi)星信號(hào)產(chǎn)生器，實(shí)現(xiàn)星地粗同步；將精鐘差參數(shù)寫入偽衛(wèi)星電文，實(shí)現(xiàn)星地精同步。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1中所述的偽衛(wèi)星定位系統(tǒng)中的零基線自閉環(huán)星地時(shí)間同步方法，其特征在于:步驟①中構(gòu)建零基線自閉環(huán)的偽衛(wèi)星測(cè)量架構(gòu)包括以下步驟: (101)由同一個(gè)原子鐘給閉環(huán)導(dǎo)航接收機(jī)和偽衛(wèi)星信號(hào)產(chǎn)生器提供IOMHz信號(hào)； (102)偽衛(wèi)星信號(hào)產(chǎn)生器生成的信號(hào)經(jīng)過耦合器，輸出I路偽衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)； (103)空間的導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)與偽衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)經(jīng)過合路器，傳輸給閉環(huán)導(dǎo)航接收機(jī)，進(jìn)行偽衛(wèi)星測(cè)距值和導(dǎo)航衛(wèi)星測(cè)距值處理，完成零基線條件的構(gòu)建。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1中所述的偽衛(wèi)星定位系統(tǒng)中的零基線自閉環(huán)星地時(shí)間同步方法，其特征在于:步驟③中星地同步鐘差的計(jì)算方法為:
4.根據(jù)權(quán)利要求
1中所述的偽衛(wèi)星定位系統(tǒng)中的零基線自閉環(huán)星地時(shí)間同步方法，其特征在于:步驟④中粗鐘差控制字包括電文幀控制字、電文字控制字、電文字?jǐn)?shù)據(jù)位、擴(kuò)頻碼控制字和擴(kuò)頻碼片控制字；其中， 電文幀控制字NI =求整數(shù)(Adt/電文幀長度)； 電文字控制字N2 =求整數(shù)[(Δ dt-Nl*電文幀長度)/電文字長]; 電文字?jǐn)?shù)據(jù)位N3 =求整數(shù)[(Adt-Nl*電文幀長度-N2*電文字長)/電文數(shù)據(jù)位長]; 鐘差剩余量Adtl = Δ dt-Nl*電文幀長度-N2*電文字長-N3*電文數(shù)據(jù)位長； 擴(kuò)頻碼控制字N4 =求整數(shù)(Λ dtl/擴(kuò)頻碼長); 擴(kuò)頻碼片控制字N5 =求整數(shù)[(Adtl-M*擴(kuò)頻碼長)/碼片長]。
5.根據(jù)權(quán)利要求
4中所述的偽衛(wèi)星定位系統(tǒng)中的零基線自閉環(huán)星地時(shí)間同步方法，其特征在于:步驟④中精鐘差參數(shù)包括時(shí)鐘偏差a0、時(shí)鐘偏移al和時(shí)鐘偏移率a2 ；
Δ dt2 = aO+al*(t_t0)+a2*(t_t0)2 其中，鐘差小數(shù)部分Adt2= Δ dtl-N4*擴(kuò)頻碼長-N5*碼片長，t為用戶機(jī)使用偽衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行定位的當(dāng)前時(shí)刻，to為參考時(shí)刻。
專利摘要
本發(fā)明公開了一種偽衛(wèi)星定位系統(tǒng)中的零基線自閉環(huán)星地時(shí)間同步方法，所述方法包括一、偽衛(wèi)星信號(hào)產(chǎn)生器以觸發(fā)脈沖為時(shí)間基準(zhǔn)生成偽衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)，并在零基線條件下發(fā)送給閉環(huán)導(dǎo)航接收機(jī)；二、閉環(huán)導(dǎo)航接收機(jī)同時(shí)接收偽衛(wèi)星信號(hào)和空間衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)，根據(jù)接收機(jī)輸出的偽衛(wèi)星測(cè)距值和導(dǎo)航衛(wèi)星測(cè)距值計(jì)算星地同步鐘差；三、對(duì)星地同步鐘差進(jìn)行處理，得到粗鐘差控制字和精鐘差參數(shù)，將粗鐘差控制字發(fā)送給信號(hào)產(chǎn)生器，實(shí)現(xiàn)星地粗同步；將精鐘差參數(shù)寫入偽衛(wèi)星電文，實(shí)現(xiàn)星地精同步。通過本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)偽衛(wèi)星定位系統(tǒng)與空間衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的高精度時(shí)間同步，并具有成本低、簡單實(shí)用的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H04J3/06GKCN103199949SQ201310123753
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年4月10日
發(fā)明者甘興利, 蔚保國, 李雋 , 葉紅軍, 魏海濤, 王振華 申請(qǐng)人:中國電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan