CN102135622A - 卫星导航接收机速度的计算方法以及接收机 - Google Patents

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CN102135622A CN 201010525033 CN201010525033A CN102135622A CN 102135622 A CN102135622 A CN 102135622A CN 201010525033 CN201010525033 CN 201010525033 CN 201010525033 A CN201010525033 A CN 201010525033A CN 102135622 A CN102135622 A CN 102135622A
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曾毅
夏粮
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Dongguan Techtop Microelectronics Co Ltd
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Abstract

一种卫星导航接收机速度和晶振频率误差计算方法，所述方法包括，第一步,接收机捕获、跟踪卫星，至少跟踪上4颗卫星，并收齐跟踪卫星的星历;第二步,利用卫星星历计算出接收机当前跟踪的卫星在ECEF坐标系中的位置、速度;第三步,利用测量伪距和卫星位置，计算出接收机在ECEF坐标系中的当前位置;第四步,从接收机获取当前跟踪卫星的实际跟踪频率;第五步,将卫星位置、卫星速度、实际跟踪频率，接收机当前位置代入式（6），建立方程组；第六步,解线性方程组，获得接收机速度和晶振频率误差。采用本发明的技术方案后，当接收机具有加速度时（速度大小、方向发生变化），可以比较准确的计算出接收机的速度。此外，其计算出的晶振误差可以应用到一些需要精确确定时间的应用场合，如精确授时。

Description

卫星导航接收机速度的计算方法以及接收机
技术领域
本发明涉及卫星导航技术领域，尤其涉及计算卫星导航接收机速度和晶振频率误差的方法及相应的接收机。
背景技术
全球导航卫星系统（GNSS）已经成为继互联网、移动通信之后发展最快的信息产业之一。世界各国都在大力发展和建设各自的卫星导航系统，如美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧洲的GALILEO、以及中国的北斗2系统等。
在很多应用场合，需要确定卫星导航接收机的速度。在一种估算接收机速度的简易方法中，首先确定接收机的一系列位置，然后利用前后的位置差估算接收机速度。但是，这种方法有明显的缺点：当接收机具有加速度时（速度大小、方向发生变化），这样估算的速度非常不准确。
另一些应用场合（例如精确授时），需要确定接收机晶振的精确频率，所以需要计算出接收机晶振的频率误差。
发明内容
本发明的目的是, 本发明提供了一种用于计算卫星导航接收机准确速度的方法，并且在计算速度的过程中，能计算出接收机晶振的频率误差。
本发明是这样实现的：一种卫星导航接收机速度计算方法，所述方法包括，
第一步,接收机捕获、跟踪卫星，至少跟踪上4颗卫星，并收齐跟踪卫星的星历;
第二步,利用卫星星历计算出接收机当前跟踪的卫星在ECEF坐标系中的位置、速度;
第三步,利用测量伪距和卫星位置，计算出接收机在ECEF坐标系中的当前位置;
第四步,从接收机获取当前跟踪卫星的实际跟踪频率;
第五步,将卫星位置、卫星速度、实际跟踪频率，接收机当前位置代入下式，建立方程组;
Figure DEST_PATH_958150DEST_PATH_IMAGE001
第六步,解线性方程组，获得接收机速度。
本发明还提供一种利用上述方法的卫星导航接收机。
本发明还提供一种卫星导航接收机晶振频率误差计算方法，所述方法包括，
第一步,接收机捕获、跟踪卫星，至少跟踪上4颗卫星，并收齐跟踪卫星的星历;
第二步,利用卫星星历计算出接收机当前跟踪的卫星在ECEF坐标系中的位置、速度;
第三步,利用测量伪距和卫星位置，计算出接收机在ECEF坐标系中的当前位置;
第四步,从接收机获取当前跟踪卫星的实际跟踪频率;
第五步,将卫星位置、卫星速度、实际跟踪频率，接收机当前位置代入下式，建立方程组;
第六步,解线性方程组，获得下变频后的中频频率误差;
第七步,将中频频率误差按下变频关系式，计算出接收机晶振频率误差。
更进一步，所述下变频关系式为:
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE003A
。
本发明还提供一种卫星授时方法,所述方法包括，
第一步，利用所述的卫星导航接收机晶振频率误差计算方法计算出接收机晶振频率误差；
第二步，利用所述计算出的接收机晶振频率误差得到实际晶振频率；
第三步，利用所述实际晶振频率来计算时间。
本发明还提供一种采用所述授时方法的授时装置。
更进一步，本发明的接收机接收并处理北斗二代卫星导航系统信号。
采用本发明的技术方案后，当接收机具有加速度时（速度大小、方向发生变化），可以比较准确的计算出接收机的速度。此外，其计算出的晶振误差可以应用到一些需要精确确定时间的应用场合，如精确授时。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面是本发明的原理。
步骤一，选择ECEF（Earth-centered Earth-fixed，地心地固）坐标系为参考坐标系；
步骤二，设卫星的Doppler频移为
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE004A
，接收机的速度矢量为，卫星的速度矢量为
Figure DEST_PATH_613363DEST_PATH_IMAGE006
，接收机与卫星间的距离矢量为
Figure DEST_PATH_880396DEST_PATH_IMAGE007
，卫星载波波长为
Figure DEST_PATH_16980DEST_PATH_IMAGE008
，将它们代入卫星Doppler频移计算公式，可得：
Figure DEST_PATH_685858DEST_PATH_IMAGE009
   （式1）
步骤三，设接收机位置是
Figure DEST_PATH_616905DEST_PATH_IMAGE010
，速度是
Figure DEST_PATH_308918DEST_PATH_IMAGE011
，卫星i的位置是
Figure DEST_PATH_45930DEST_PATH_IMAGE012
，速度是
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE013A
，代入式1，可得：
Figure DEST_PATH_444681DEST_PATH_IMAGE014
   （式2）
步骤四，令
Figure DEST_PATH_812209DEST_PATH_IMAGE015
，代入式2整理得：
Figure DEST_PATH_53834DEST_PATH_IMAGE016
   （式3）
步骤五，令接收机跟踪的卫星i的实际频率为，下变频后的中频频率误差为，卫星载波标准频率为
Figure DEST_PATH_782548DEST_PATH_IMAGE019
，则
Figure DEST_PATH_55398DEST_PATH_IMAGE020
，代入式3可得：
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE021A
    （式4）
式4整理得：
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE022A
   （式5）
步骤六，将式5写成矩阵形式是：
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE023A
   （式6）
其中下标（1…n）表示接收机当前跟踪上的第1至第n颗卫星。
步骤七，式6中未知数为
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE024
，解线性方程组，即可得接收机速度和下变频后的中频频率误差；
步骤八，将中频频率误差按下变频关系式，即可计算出接收机晶振频率误差。
下面说明本发明的具体实施方法：
第一步：接收机捕获、跟踪卫星，至少跟踪上4颗卫星，并收齐星历。
第二步：利用卫星星历计算出接收机当前跟踪的卫星在ECEF坐标系中的位置、速度。
第三步：利用测量伪距和卫星位置，计算出接收机在ECEF坐标系中的当前位置。
第四步：从接收机获取当前跟踪卫星的实际跟踪频率。
第五步：将卫星位置、速度、实际跟踪频率，接收机位置代入式6，建立方程组。
第六步：解线性方程组，获得接收机速度和下变频后的中频频率误差。
第七步：将中频频率误差按下变频关系式，计算出接收机晶振频率误差。根据射频方案不同，计算关系式是不同的，在本实施例中，晶振频率误差为：
Figure DEST_PATH_DEST_PATH_IMAGE025
。
采用上面的方法计算出晶振频率误差后，就可以利用该晶振频率误差来比较精确地确定实际晶振频率，即：实际晶振频率=晶振标称频率+晶振频率误差，并通过得到的晶振频率来进行计时。在一些应用场合，如精确授时，需要确定接收机晶振的精确频率，通过上述方法计算出的接收机晶振的频率误差后就能确定接收机的精确频率。
此外，本发明适用于美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧洲的GALILEO、以及中国的北斗2系统等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种卫星导航接收机速度计算方法，其特征在于，所述方法包括，
第一步,接收机捕获、跟踪卫星，至少跟踪上4颗卫星，并收齐跟踪卫星的星历;
第二步,利用卫星星历计算出接收机当前跟踪的卫星在ECEF坐标系中的位置、速度;
第三步,利用测量伪距和卫星位置，计算出接收机在ECEF坐标系中的当前位置;
第四步,从接收机获取当前跟踪卫星的实际跟踪频率;
第五步,将卫星位置、卫星速度、实际跟踪频率，接收机当前位置代入下式，建立方程组：
Figure 189388DEST_PATH_IMAGE001
  ；
第六步,解线性方程组，获得接收机速度。
2.一种利用权利要求1所述方法的卫星导航接收机。
3.一种卫星导航接收机晶振频率误差计算方法，其特征在于，所述方法包括，
第一步,接收机捕获、跟踪卫星，至少跟踪上4颗卫星，并收齐跟踪卫星的星历;
第二步,利用卫星星历计算出接收机当前跟踪的卫星在ECEF坐标系中的位置、速度;
第三步,利用测量伪距和卫星位置，计算出接收机在ECEF坐标系中的当前位置;
第四步,从接收机获取当前跟踪卫星的实际跟踪频率;
第五步,将卫星位置、卫星速度、实际跟踪频率，接收机当前位置代入下式，建立方程组：
Figure 542747DEST_PATH_IMAGE002
；
第六步,解线性方程组，获得下变频后的中频频率误差;
第七步,将中频频率误差按下变频关系式，计算出接收机晶振频率误差。
4.如权利要求3所述的频率误差计算方法, 其特征在于，所述下变频关系式为: 。
5.一种卫星授时方法, 其特征在于，所述方法包括，
第一步，利用权利要求3所述的卫星导航接收机晶振频率误差计算方法计算出接收机晶振频率误差；
第二步，利用所述计算出的接收机晶振频率误差得到实际晶振频率；
第三步，利用所述实际晶振频率来计算时间。
6.一种采用权利要求5所述授时方法的授时装置。
7.如权利要求6所述的授时装置，其特征在于，所述装置接收并处理北斗二代卫星导航系统信号。
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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