專利名稱：一種高靈敏度北斗輔助授時裝置和授時接收機(jī)及授時方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及衛(wèi)星導(dǎo)航授時技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種高靈敏度北斗輔助授時裝置和內(nèi)嵌有所述高靈敏度輔助授時裝置的高靈敏度北斗導(dǎo)航授時接收機(jī)及授時方法。
背景技術(shù)：
授時的基本含義就是通過標(biāo)準(zhǔn)或者定制的接口和協(xié)議，為其他設(shè)備或系統(tǒng)提供時間信息。最初的授時基本都依靠對太陽和恒星等天體規(guī)則運(yùn)動的觀測來實現(xiàn)，稱為天文授時。天文測時所依賴的是地球自轉(zhuǎn)，而地球自轉(zhuǎn)的不均勻性使得天文方法所得到的時間(世界時)精度無法滿足二十世紀(jì)中葉社會經(jīng)濟(jì)各方面的需求。一種更為精確和穩(wěn)定的時間標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)運(yùn)而生，這就是“原子鐘”。目前世界各國都采用原子鐘來產(chǎn)生和保持標(biāo)準(zhǔn)時間，這就是“時間基準(zhǔn)”，然后，通過各種手段和媒介將時間信號送達(dá)用戶，這些手段包括短波、長波、電話網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星等。這一整個工序，就稱為“授時系統(tǒng)”。短波授時的基本方法是由無線電臺發(fā)播時間信號(簡稱時號)，用戶用無線電接收機(jī)接收時號，然后進(jìn)行本地對時。長波授時利用長波(低頻)進(jìn)行時間頻率傳遞與校準(zhǔn)，是一種覆蓋能力比短波強(qiáng)，校準(zhǔn)的準(zhǔn)確度更高的授時方法。網(wǎng)絡(luò)授時和電話授時，采用用戶詢問方式向用戶提供標(biāo)準(zhǔn)時間信號。衛(wèi)星授時可以實現(xiàn)發(fā)播信號大面積的覆蓋，而且比起前兩種授時方法，它的精度更高。根據(jù)衛(wèi)星在授時中所起的作用衛(wèi)星授時分為主動式和中轉(zhuǎn)式。主動式衛(wèi)星有精密時鐘，可發(fā)播標(biāo)準(zhǔn)時間信號；中轉(zhuǎn)式僅轉(zhuǎn)發(fā)由地面時間基準(zhǔn)通過衛(wèi)星地面站送來的標(biāo)準(zhǔn)時間信號。衛(wèi)星導(dǎo)航定位的基本原理是測量出已知位置的衛(wèi)星到用戶接收機(jī)之間的距離，然后綜合多顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)就可知道接收機(jī)的具體位置。要達(dá)到這一目的，衛(wèi)星的位置可以根據(jù)星載時鐘所記錄的時間在衛(wèi)星星歷中查出，而用戶到衛(wèi)星的距離則通過記錄衛(wèi)星信號傳播到用戶所經(jīng)歷的時間，再將其乘以光速得到。由于衛(wèi)星軌道誤差、大氣層電離層的干擾，星鐘與本地時鐘的不同步等原因，這一距離并不是用戶與衛(wèi)星之間的真實距離，而是偽距。當(dāng)衛(wèi)星正常工作時，會不斷地用I和O二進(jìn)制碼元組成的偽隨機(jī)碼發(fā)射導(dǎo)航電文。導(dǎo)航電文包括衛(wèi)星星歷、工作狀況、時鐘改正、電離層時延修正、大氣折射修正等信息。用戶接受到導(dǎo)航電文，提取出衛(wèi)星時間并將其與自己的時鐘做對比便可得知衛(wèi)星與用戶的距離，再利用導(dǎo)航電文中的衛(wèi)星星歷數(shù)據(jù)推算出衛(wèi)星發(fā)射電文時所處位置，用戶在大地坐標(biāo)系中的位置速度等信息便可得知。導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星部分的作用就是不斷地發(fā)射導(dǎo)航電文，衛(wèi)星導(dǎo)航電文包含有系統(tǒng)時間、時鐘改正參數(shù)、電離層延遲模型參數(shù)、衛(wèi)星星歷及衛(wèi)星健康狀況信息等，這是為了給用戶提供時間、位置坐標(biāo)、速度等結(jié)果數(shù)據(jù)，而用于導(dǎo)航衛(wèi)星信號處理的有關(guān)信息。然而，由于用戶接收機(jī)使用的時鐘與衛(wèi)星星載時鐘存在時間差，稱為鐘差，所以除了用戶的三維坐標(biāo)x、y、z外，還要引進(jìn)一個At即衛(wèi)星與接收機(jī)之間的時間差作為未知數(shù)，然后用4個方程將這4個未知數(shù)解出來。所以，如果想知道接收機(jī)所處的位置，至少要能接收到4顆衛(wèi)星的信號。利用解算出的本地接收機(jī)時鐘與衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)時的時間差A(yù)t，可以實現(xiàn)衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)本地時鐘與以原子鐘為基礎(chǔ)的導(dǎo)航系統(tǒng)時間的同步。因此，每一個處于定位解算成功狀態(tài)的衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)都是一個高精度的時鐘。當(dāng)前，衛(wèi)星導(dǎo)航授時應(yīng)用已發(fā)展成為全球性的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，并且隨著北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)日趨成熟，基于該系統(tǒng)的授時應(yīng)用也越來越得到人們的關(guān)注。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是中國自行研制的全球衛(wèi)星定位與通信系統(tǒng)，是繼美國的全球定位系統(tǒng)(GPS)和俄羅斯的GL0NASS之后第三個成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，可在全球范圍內(nèi)全天候、全天時為各類用戶提供高精度、高可靠的定位、導(dǎo)航、授時服務(wù)，并兼具短報文通信能力，截止2012年5月在軌衛(wèi)星12顆，已經(jīng)初步具備區(qū)域?qū)Ш?、定位和授時能力。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)將在2020年形成全球覆蓋能力。隨著中國北斗衛(wèi)星系統(tǒng)的發(fā)展，覆蓋范圍的擴(kuò)大，移動終端內(nèi)部的時鐘可以得到北斗衛(wèi)星信號的有力輔助。但是由于目前大量移動終端用戶都居住在城市環(huán)境中，移動終端在嚴(yán)重遮擋的環(huán)境下，可能無法保證對衛(wèi)星連續(xù)的跟蹤，任何一顆衛(wèi)星的信號都可能時斷時續(xù)，以致無法保證接收到完整的4顆衛(wèi)星信號。在衛(wèi)星信號強(qiáng)度較弱和遮擋的情況下，對北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的授時服務(wù)靈敏度提出了更高的要求。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開了一種高靈敏度北斗輔助授時裝置和內(nèi)嵌有所述高靈敏度輔助授時裝置的高靈敏度北斗導(dǎo)航授時接收機(jī)及授時方法，在惡劣的信號遮擋和衰減條件下，即便只跟蹤到一顆衛(wèi)星，在不能完成位置、速度和時間的定位解算情況下，依靠從接收到的導(dǎo)航信號中提取的周內(nèi)時信息，仍然能夠 完成對北斗系統(tǒng)時間的同步，提供高靈敏度的授時服務(wù)。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種高靈敏度北斗輔助授時裝置，其特征在于，包括順次連接的幀頭搜索相關(guān)器、幀頭搜索門限判決模塊、周內(nèi)時提取相關(guān)器以及周內(nèi)時門限判決模塊，所述幀頭搜索門限判決模塊的輸出端和周內(nèi)時門限判決模塊的輸出端還和幀頭搜索相關(guān)器的輸入端連接；所述幀頭搜索相關(guān)器包括相互連接的幀頭相參積累模塊和幀頭非相參積累模塊，將截取接收到的基帶信號片段Sjn+m)和本地復(fù)現(xiàn)信號^化)先進(jìn)行相參積累再進(jìn)行非相參積累，將得到的非相參積累值通過幀頭搜索門限判決模塊進(jìn)行計算和比較，確定北斗導(dǎo)航電文數(shù)據(jù)幀的子幀幀頭所處位置；所述周內(nèi)時提取相關(guān)器包括相互連接的周內(nèi)時相參積累模塊和周內(nèi)時非相參積累模塊，當(dāng)接收到確定的幀頭位置信號后，將截取的固定位置上的一段基帶信號&(!11)和本地復(fù)現(xiàn)信號311(!11)先進(jìn)行相參積累再進(jìn)行非相參積累，將得到的非相參積累值通過周內(nèi)時門限判決模塊進(jìn)行計算和比較，提取導(dǎo)航電文的周內(nèi)時信息，輸出IPPS秒脈沖信號，完成對北斗系統(tǒng)時間的同步。一種低成本型高靈敏度北斗導(dǎo)航授時接收機(jī)，其特征在于，包括與天線連接的射頻模塊、信號捕獲模塊、信號跟蹤模塊以及所述高靈敏度輔助授時裝置，所述射頻模塊分別連接信號捕獲模塊和信號跟蹤模塊的輸入端，信號捕獲模塊的輸出端連接信號跟蹤模塊的輸入端，所述信號跟蹤模塊的輸出端連接所述高靈敏度輔助授時裝置；當(dāng)信號捕獲模塊只捕獲一顆或少于四顆衛(wèi)星信號時，由所述高靈敏度輔助授時裝置從接收到的衛(wèi)星信號中提取導(dǎo)航電文的周內(nèi)時信息，輸出IPPS秒脈沖信號，完成對北斗系統(tǒng)時間的同步。一種標(biāo)準(zhǔn)型高靈敏度北斗導(dǎo)航授時接收機(jī)，其特征在于，包括與天線連接的射頻模塊、信號捕獲模塊、信號跟蹤模塊、定位授時模塊以及所述高靈敏度輔助授時裝置和授時模式選擇模塊，所述射頻模塊分別連接信號捕獲模塊和信號跟蹤模塊的輸入端，信號捕獲模塊的輸出端連接信號跟蹤模塊的輸入端，所述信號跟蹤模塊的輸出端分別連接定位授時模塊和所述高靈敏度輔助授時裝置，定位授時模塊和高靈敏度輔助授時裝置的輸出端分別連接授時模式選擇模塊；當(dāng)信號捕獲模塊捕獲四顆或四顆以上衛(wèi)星信號時，由定位授時模塊完成定位解算，通過授時模式選擇模塊輸出定位結(jié)果及IPPS秒脈沖信號；當(dāng)信號捕獲模塊只捕獲一顆或少于四顆衛(wèi)星信號時，由所述高靈敏度輔助授時裝置從接收到的衛(wèi)星信號中提取導(dǎo)航電文的周內(nèi)時信息，輸出IPPS秒脈沖信號，完成對北斗系統(tǒng)時間的同步。一種基于所述高靈敏度輔助授時裝置的授時方法，其特征在于，包括以下步驟1)在完成對北斗衛(wèi)星信號的捕獲和跟蹤的基礎(chǔ)上，根據(jù)捕獲和跟蹤到的至少一顆的北斗衛(wèi)星信號，得到PRN碼相位和多普勒頻率信息；截取接收到的基帶信號片段Sjn+m)，與本地復(fù)現(xiàn)信號S1(Hi)進(jìn)行點(diǎn)積運(yùn)算，進(jìn)行相參積累，再將所述點(diǎn)積運(yùn)算結(jié)果取絕對值，進(jìn)行非相參積累，所述非相參積累值
權(quán)利要求
1.一種高靈敏度北斗輔助授時裝置，其特征在于，包括順次連接的幀頭搜索相關(guān)器、幀頭搜索門限判決模塊、周內(nèi)時提取相關(guān)器以及周內(nèi)時門限判決模塊，所述幀頭搜索門限判決模塊的輸出端和周內(nèi)時門限判決模塊的輸出端還和幀頭搜索相關(guān)器的輸入端連接；所述幀頭搜索相關(guān)器包括相互連接的幀頭相參積累模塊和幀頭非相參積累模塊，將截取接收到的基帶信號片段&01+!11)和本地復(fù)現(xiàn)信號S1(Hl)先進(jìn)行相參積累再進(jìn)行非相參積累，將得到的非相參積累值通過幀頭搜索門限判決模塊進(jìn)行計算和比較，確定北斗導(dǎo)航電文數(shù)據(jù)幀的子幀幀頭所處位置；所述周內(nèi)時提取相關(guān)器包括相互連接的周內(nèi)時相參積累模塊和周內(nèi)時非相參積累模塊，當(dāng)接收到確定的幀頭位置信號后，將截取的固定位置上的一段基帶信號Sr(m)和本地復(fù)現(xiàn)信號Sn(m)先進(jìn)行相參積累再進(jìn)行非相參積累，將得到的非相參積累值通過周內(nèi)時門限判決模塊進(jìn)行計算和比較，提取導(dǎo)航電文的周內(nèi)時信息，輸出IPPS秒脈沖信號，完成對北斗系統(tǒng)時間的同步。
2.一種低成本型高靈敏度北斗導(dǎo)航授時接收機(jī)，其特征在于，包括與天線連接的射頻模塊、信號捕獲模塊、信號跟蹤模塊以及所述高靈敏度輔助授時裝置，所述射頻模塊分別連接信號捕獲模塊和信號跟蹤模塊的輸入端，信號捕獲模塊的輸出端連接信號跟蹤模塊的輸入端，所述信號跟蹤模塊的輸出端連接所述高靈敏度輔助授時裝置；當(dāng)信號捕獲模塊只捕獲一顆或少于四顆衛(wèi)星信號時，由所述高靈敏度輔助授時裝置從接收到的衛(wèi)星信號中提取導(dǎo)航電文的周內(nèi)時信息，輸出IPPS秒脈沖信號，完成對北斗系統(tǒng)時間的同步。
3.—種標(biāo)準(zhǔn)型高靈敏度北斗導(dǎo)航授時接收機(jī)，其特征在于，包括與天線連接的射頻模塊、信號捕獲模塊、信號跟蹤模塊、定位授時模塊以及所述高靈敏度輔助授時裝置和授時模式選擇模塊，所述射頻模塊分別連接信號捕獲模塊和信號跟蹤模塊的輸入端，信號捕獲模塊的輸出端連接信號跟蹤模塊的輸入端，所述信號跟蹤模塊的輸出端分別連接定位授時模塊和所述高靈敏度輔助授時裝置，定位授時模塊和高靈敏度輔助授時裝置的輸出端分別連接授時模式選擇模塊；當(dāng)信號捕獲模塊捕獲四顆或四顆以上衛(wèi)星信號時，由定位授時模塊完成定位解算，通過授時模式選擇模塊輸出定位結(jié)果及IPPS秒脈沖信號；當(dāng)信號捕獲模塊只捕獲一顆或少于四顆衛(wèi)星信號時，由所述高靈敏度輔助授時裝置從接收到的衛(wèi)星信號中提取導(dǎo)航電文的周內(nèi)時信息，輸出IPPS秒脈沖信號，完成對北斗系統(tǒng)時間的同步。
4.一種基于所述高靈敏度輔助授時裝置的授時方法，其特征在于，包括以下步驟1)在完成對北斗衛(wèi)星信號的捕獲和跟蹤的基礎(chǔ)上，根據(jù)捕獲和跟蹤到的至少一顆的北斗衛(wèi)星信號，得到PRN碼相位和多普勒頻率信息；截取接收到的基帶信號片段S Jn+m)，與本地復(fù)現(xiàn)信號S1On)進(jìn)行點(diǎn)積運(yùn)算，進(jìn)行相參積累，再將所述點(diǎn)積運(yùn)算結(jié)果取絕對值，進(jìn)行非相參積累，所述非相參積累值
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于所述高靈敏度輔助授時裝置的授時方法，其特征在于，所述步驟2)中，對于沒有關(guān)于時間先驗知識的首次提取，求取所有可能的二進(jìn)制序列Sn(m)對應(yīng)的非相參積累值，搜索非相參積累最大值，完成首次周內(nèi)時的提??；對于獲得了先驗知識的非首次提取，先估算非相參積累值的搜索范圍，在估算的非相參積累值的搜索范圍內(nèi)，求取所有可能的二進(jìn)制序列Sn(m)對應(yīng)的非相參積累值，搜索非相參積累最大值，完成周內(nèi)時的提取。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于所述高靈敏度輔助授時裝置的授時方法，其特征在于，所述步驟U中，所述非相參積累值按下式計算
7.根據(jù)權(quán)利要求4或6所述的基于所述高靈敏度輔助授時裝置的授時方法，其特征在于，所述步驟I)中，所述非相參積累值為多個子幀所對應(yīng)的非相參積累值進(jìn)行二次累加得到的最終統(tǒng)計量，Acc2nd (n) =Acc (n) +Acc (n+Psf), Psf是子巾貞長度或周期。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于所述高靈敏度輔助授時裝置的授時方法，其特征在于，所述步驟2)中，所述非相參積累值按下式計算
9.根據(jù)權(quán)利要求4或8所述的基于所述高靈敏度輔助授時裝置的授時方法，其特征在于，所述步驟2)中，所述非相參積累值為多個子幀所對應(yīng)的非相參積累值進(jìn)行二次累加得到的最終統(tǒng)計量，
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高靈敏度北斗輔助授時裝置和授時接收機(jī)及授時方法，在惡劣信號條件下，即便只跟蹤到一顆衛(wèi)星，在不能完成定位解算的情況下，依靠從接收到的導(dǎo)航信號中提取的周內(nèi)時信息，仍然能夠完成對北斗系統(tǒng)時間的同步,提供了高靈敏度的授時服務(wù)。高靈敏度北斗輔助授時裝置包括順次連接的幀頭搜索相關(guān)器、幀頭搜索門限判決模塊、周內(nèi)時提取相關(guān)器以及周內(nèi)時門限判決模塊，幀頭搜索門限判決模塊的輸出端和周內(nèi)時門限判決模塊的輸出端還和幀頭搜索相關(guān)器的輸入端連接；幀頭搜索相關(guān)器包括相互連接的幀頭相參積累模塊和幀頭非相參積累模塊，周內(nèi)時提取相關(guān)器包括相互連接的周內(nèi)時相參積累模塊和周內(nèi)時非相參積累模塊。
文檔編號G01S19/27GK103033828SQ20121054382
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月14日
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