[發明專利]一種實現地面產生導航信號精密測距的裝置和方法

在審

• 申請號: 202011455815.0
• 申請日: 2020-12-10
• 公開（公告）號: CN112698373A
• 公開（公告）日: 2021-04-23
• 發明（設計）人: 荊文芳;盧曉春;武建鋒;鄒得才;張陽;蘇瑜
• 申請（專利權）人: 中國科學院國家授時中心
• 主分類號: G01S19/43
• 分類號: G01S19/43;G01S19/24;G01S19/29;G01S19/37
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 顧潮琪

1.一種實現地面產生導航信號精密測距的裝置，包括綜合基帶設備、數據管理中心、數據處理中心和時頻統一參考源，其特征在于，所述的綜合基帶設備包括網絡通訊模塊、時頻模塊、信號產生模塊、信號接收模塊和信號控制模塊，網絡通訊模塊接收數據處理中心發送的導航電文信息，并將解調的衛星轉發信號中攜帶的電文信息發送給數據處理中心完成誤碼率校驗；時頻模塊接收時頻統一參考源的標準時間頻率信號，利用鎖相環將標準時間頻率信號鎖定并產生綜合基帶設備內部使用的標準時間頻率源信號；信號產生模塊在內部標準時間頻率信號的控制下，由偽隨機碼序列對網絡通訊模塊提供的電文信息進行擴頻調制，利用中頻載波對擴頻信號進行正交調制，經數模轉換生成中頻模擬信號，然后依次經上變頻、功率放大、濾波、合路處理后通過天線設備實現信號對衛星的上行發射；天線接收衛星下行信號，經低噪聲放大、濾波、下變頻處理后得到模擬中頻信號；信號接收處理模塊將中頻模擬信號為數字中頻信號，進行信號的捕獲與跟蹤，完成導航電文、虛擬鐘信息的解析，獲得載波頻率、碼偽距、載波相位及環路時延測量量，將解析的信息與各類測量量提交給網絡通信模塊，由網絡通信模塊送給數據管理中心；信號控制模塊根據內部標準時間頻率信號、信號接收模塊獲得的載波頻率、偽碼速率、碼偽距、載波相位偽距觀測量，以及解算的星歷、虛擬鐘信息，計算信號產生模塊產生導航信號所需的碼頻率、碼相位、載波頻率參數的調整量，將調整量提供給信號產生模塊，信號產生模塊根據調整量對產生信號的碼頻率、碼相位、載波頻率參數進行調整。

2.一種利用權利要求1所述裝置實現地面產生導航信號精密測距的方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，獲取衛星轉發系統導航信號碼偽距時延觀測量τ_i(n)＝T_Ri(n)-T_Ti(n)，其中，T_Ri(n)表示基于第i顆衛星的地面站基帶接收設備第n歷元相對應的接收時刻，T_Ti(n)表示基于第i顆衛星的第n歷元導航信號地面發射時刻；

步驟2，計算導航信號發射時間偏差

其中，RXⁱ(n)表示對于第i顆衛星的第n歷元導航信號下行空間鏈路傳輸時延，TXⁱ(n)表示對于第i顆衛星的第n歷元導航信號上行空間鏈路傳輸時延，Δτ為UTC(k)時頻源信號到主控地面站參考輸入的溯源量值偏差，分別為地面站上行和下行設備時延，分別為上、下行電離層引起的時延；

在導航信號產生時，通過A對導航信號發射時間的調整預偏，對上行鏈路引起的信號傳輸時延在發射端進行補償，將發射信號虛擬到衛星出口n1處。將地面發射信號調整到衛星轉發載荷發射天線相位中心n1處，則導航信號發射時間預偏量為

步驟3，采用PID控制方法實現對上行信號的精確控制，控制模型為

u(t)＝K_P·e(t)-K_I·e(t-1)+K_D·e(t-2)

其中，為導航信號發射時間預偏量，u(t)預篇控制量，K_P為PID控制算法的比例項系數，K_I為積分項系數，K_D為微分項系數；

步驟4，通過電文信息對導航信號發射時間控制殘差進行補償，上行站基帶對地面產生導航信號的發射時間進行控制后，基帶接收偽距與下行鏈路時延之間的偏差其中，τ_i'(n)表示上行站基帶對地面產生導航信號的發射時間進行控制后，基帶接收設備測量的偽距；分別下行電離層、對流層引起的時延；為衛星轉發器到地面站幾何距離時延；

步驟5，調整上行調制信號的射頻頻率轉換到要求的下行工作頻率

其中，f_code表示上行站接收基帶測量的下行碼頻率，f_normial,code表示系統標稱的下行碼頻率；

調整轉發衛星播發的下行信號碼和載波相位的一致，其中，f_carrier表示上行站接收基帶測量的下行載波頻率，f'_code表示發射碼頻率調整后的下行碼頻率觀測值，f_{normial,carrier}表示系統標稱的下行載波頻率和碼頻率，N表示下行標稱載波頻率和碼頻率的比值；

在地面產生導航信號時，對上行發射頻率的調整量f_carrier,Adj＝f_carrier-N·f_code。