[發明專利]一種具有高穩定度性能的GNSS馴服時鐘方法

有效

• 申請號: 201810623464.6
• 申請日: 2018-06-15
• 公開（公告）號: CN108646543B
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發明（設計）人: 蒙艷松;雷文英;嚴濤;王國永;邊朗;胡家裕
• 申請（專利權）人: 西安空間無線電技術研究所
• 主分類號: G04R20/02
• 分類號: G04R20/02
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 龐靜

一種具有高穩定度性能的GNSS馴服時鐘方法，通過下述方式實現：對四顆以上的衛星的載波多普勒進行測量，估計本地時鐘與GNSS衛星時鐘的頻偏；對上述得到的頻偏進行濾波；用濾波后的頻偏控制本地時鐘的壓控晶振或數字控制振蕩器以修正本地時鐘的頻偏。本發明相比于GNSS衛星1PPS與接收機1PPS比對的方法，其馴服后的時鐘具有更優的準確度和穩定度。

技術領域

本發明涉及衛星導航時鐘馴服技術，特別涉及一種衛星導航信號載波多普勒時鐘馴服方法。

背景技術

在鴻雁低軌導航增強系統研制過程中，主要的指導思想是導航通信融合，通信以傳輸數據為主要目的，導航以測量為主要目的。鴻雁低軌星座要提供導航服務，其關鍵和核心是建立高精度、高穩定度的時間基準，以便于鴻雁低軌星座中的所有衛星在相同的時刻向地面播發導航增強信號。

如何將鴻雁星座中的每顆衛星的時鐘同步在其被增強的GNSS系統上，是整個星座正常運行的關鍵。

高精度的頻率源，如原子鐘，雖然可以滿足其需求，但其體積大、成本高、價格昂貴、經濟適用性差，難以大面積普及推廣應用在鴻雁低軌星座。

GNSS時間由地面高性能的原子鐘組加權產生，星地雙向傳遞到星載高性能銣鐘或銫鐘。該時間受地面站精確控制，因此其長期特性非常穩定，高于普通銣鐘、銫鐘或氫鐘。從而可利用其長期穩定特性對GNSS接收機的晶振、直接數字頻率合成器(DDS,DirectDigital Synthesizer)等進行校準。

傳統的GNSS時鐘馴服晶振是先用偽碼測距控制其內部晶振產生的1PPS(秒脈沖)，再將偽碼產生的1PPS與GPS衛星產生的1PPS進行實時比對，計算本地秒與GPS秒的相位差，將此相位差進行濾波，然后對接收機內部NCO或DDS進行相位調整校正，使其鎖定到GNSS衛星的原子鐘時間上，從而提高了本地時鐘的頻率穩定性和準確度。然而，衛星信號傳輸距離長，其信號中包含多種誤差成分，如：衛星時鐘誤差、衛星星歷誤差、電離層的附加延時誤差、對流層的附加延時誤差、多路徑誤差及接收機本身熱噪聲的誤差等。其輸出的1PPS具有一定的抖動，由于偽碼的測量精度約為0.3m，其時鐘馴服穩定度和準確度較差。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提供一種具有高穩定度性能的GNSS馴服時鐘方法。

本發明的技術解決方案是：本發明以本地時鐘為參考接收GNSS信號，測量載波多普勒，解算得到本地時鐘與GNSS時的實時鐘速數據，最終將本地時鐘馴服到GNSS時上。

一種具有高穩定度性能的GNSS馴服時鐘方法，通過下述方式實現：

以本地時鐘為參考接收GNSS信號，對四顆以上的衛星的載波多普勒進行測量，估計本地時鐘與GNSS衛星時鐘的頻偏；

對上述得到的頻偏進行濾波；

用濾波后的頻偏控制本地時鐘的壓控晶振或數字控制振蕩器以修正本地時鐘的頻偏。

進一步的，利用載波相位差分的方法對載波多普勒測量值進行處理，得到載波多普勒。

進一步的，載波多普勒具體通過下述雙歷元無電離層組合載波相位差分的方式得到：

進一步的，利用在地面站或車載運動平臺上搭載的GNSS接收機接收四顆以上GNSS衛星的信號，測量雙頻無電離層組合的載波相位觀測值，對無電離層延遲的載波相位測量值中的對流層延遲進行校正，再對校正后得到的載波相位差分得到載波多普勒。

進一步的，載波多普勒具體通過下述單歷元載波多普勒觀測值的方式得到：

利用在低軌衛星上搭載的GNSS接收機，接收四顆以上GNSS衛星的信號，不考慮對流層影響，先提取載波多普勒測量的雙頻頻率控制字，并將其轉換為多普勒速度