[發明專利]基于改進的最小二乘法的衛星導航授時系統及方法

有效

• 申請號: 201410029055.5
• 申請日: 2014-01-22
• 公開（公告）號: CN103777518A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發明（設計）人: 張洪偉;王祥峰;馬俊峰;常亮;李云娜
• 申請（專利權）人: 天津七一二通信廣播有限公司;北京華龍通科技有限公司
• 主分類號: G04R20/04
• 分類號: G04R20/04
• 代理公司: 天津中環專利商標代理有限公司 12105
• 代理人: 莫琪

技術領域

本發明涉及衛星導航領域，具體為涉及一種基于改進的最小二乘法的衛星導航授時系統及方法。

背景技術

近年來，隨著衛星導航系統的發展，衛星導航定位技術的應用領域越來越廣，已經大量應用于通信、電力、交通等許多行業，衛星導航授時服務具有精度高、覆蓋范圍廣、成本低廉等特點，已經成為衛星導航系統一個重要功能，為各個行業提供精準時間服務。

衛星導航系統在實現定位以及定速功能的同時，可以將本地接收機的時鐘誤差信息一并解算出來。一般來說，根據衛星導航定位的原理，同時觀測四顆以上的衛星，就可以實現定位，并可解算出接收機鐘差。同時由授時的定義可知，利用?GPS?接收機來授時主要是獲取當前的時刻，通過接收機進行衛星的搜索捕獲、跟蹤、解調出導航電文，通過計算出的鐘差即可獲得當前的時刻，完成授時。

????但是，以往直接利用鐘差信息對秒信號進行校正誤差較大，而且晶振誤差也會帶來的時鐘誤差，因此需要技術人員從衛星導航授時系統的電路和處理方法上進行創新和改進來解決這些不足。

發明內容

本發明的目的就是針對直接利用鐘差信息對秒信號進行校正誤差較大，以及晶振誤差帶來的時鐘誤差的缺點，提供一種基于改進的最小二乘法的衛星導航授時系統及方法，通過對一段時間連續觀測的系統時與本地時構成的時間序列建立了正交多項式模型，進行最小二乘擬合，從而能夠直接利用模型對本地時進行預報，降低了時鐘的抖動，同時有效解決了一般多項式擬合存在的病態矩陣問題。

本發明的技術方案為：

一種基于最小二乘法的衛星導航授時系統，其特征在于，包括基帶解調模塊、定位解算模塊、最小二乘授時模塊、本地時鐘和秒信號發生器；

基帶解調模塊將接收到的衛星觀測量以及環路積分能量，傳遞給定位解算模塊，定位解算模塊用解算得到的接收機鐘差信息求得系統時間，最小二乘授時模塊對系統時與本地時采用正交多項式模型進行最小二乘擬合，計算出系統時整秒時刻對應的本地時在秒信號發生器中進行輸出，得到秒脈沖信號，本地時鐘一方面為基帶解調模塊工作，一方面控制秒信號發生器在整秒時刻開始清零計數，其中，最小二乘授時模塊由定位解算模塊、最小二乘濾波器、本地時鐘和秒信號發生器連接構成。

?????利用所述一種基于最小二乘法的衛星導航授時系統實現衛星導航授時的方法，其特征在于，由所述的最小二乘授時模塊對系統時與本地時采用正交多項式模型進行最小二乘擬合，實現最小二乘授時，所述方法包括如下步驟：

步驟1：定位解算模塊根據接收到的衛星觀測量以及環路積分能量信息，解算出接收機鐘差信息，從而得到與本地時????????????????????????????????????????????????對應的系統時；

步驟2：對本地時與系統時進行最小二乘擬合，過程如下：

由于時間序列一般都具有多項式的特征，因此可采用多項式擬合模型來對本地時與系統時進行擬合；假設本地時所對應的系統時可以用以下多項式表示：

????????????????????（1）

其中，為多項式系數，k為階數；

假設取一組本地時觀測點對應的系統時為，相應的鐘差為，則方程式可表示為：

?????????????????????

于是有：

????????????????????

上式寫成矩陣形式為：

其中，為鐘差向量，為系統時向量，為系統時與本地時對應的系數向量，為本地時向量，則：

，，，

按照最小二乘法求解可得：

由上式即可求得多項式的系數，再將此多項式的系數帶入多項式模型，即可得到所需要的多項式模型；

????由一系列計算發現所采用的多項式并沒有確定多項式的階數，對于本地時與系統時的多項式擬合，階數越大，對頻漂校正越精確，但計算量較大，而且矩陣接近退化，系數的解也極不穩定；

步驟3：利用得到的系統時與本地時的多項式模型，求得系統時整秒時刻所對應的本地時，秒信號發生器得到本地時信息輸出秒脈沖信號，完成高精度授時；

所述的最小二乘授時模塊對系統時與本地時采用正交多項式模型進行最小二乘擬合，采用正交多項式模型擬合避免了矩陣的求逆過程，運算過程簡單，而且正交多項式比一般多項式更加穩定，并且容易快速確定多項式的階數，過程如下：

對于式（1），用遞推公式表示，即：

（）???????（2）