CN103472463A - 一种卫星导航接收机设备时延标定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种卫星导航接收机设备时延标定的方法,它涉及基于卫星导航技术的时差监测、授时接收机的全链路设备时延标定的方法,所述方法包括:一、卫星导航接收机测试链路设备时延校准;二、卫星导航接收机测试链路与卫星导航接收机进行无线组合,测量总的设备时延;三、计算卫星导航接收机设备时延。通过本发明可以对卫星导航接收机进行全链路无线的设备时延标定,标定精度高,并具有简单实用的优点。
Description
技术领域
本发明涉及卫星导航接收机的设备时延标定方法,尤其涉及基于卫星导航技术的时差监测、授时接收机的设备时延标定的方法。
背景技术
卫星导航系统能够通过卫星导航接收机提供高性能授时服务,通常可采用两种方法对本地时间与卫星导航系统维持的时间进行测量和监测。
第一种方法,卫星导航接收机与本地时间同步,卫星导航接收机接收卫星导航系统信号,进行授时解算,输出1PPS(脉冲/秒)信号,与本地时间的1PPS信号进行比对,得到卫星导航系统维持的时间与本地时间的时差。
第二种方法,卫星导航接收机与本地时间同步,将本地时间的1PPS信号输入到卫星导航接收机,作为卫星导航接收机测距的参考,卫星导航接收机接收卫星导航系统信号,进行授时解算,输出卫星导航系统维持的时间与本地时间的时差。
无论采用哪种方法进行卫星导航系统维持的时间与本地时间的时差的测量和监测,卫星导航接收机的设备时延均是时差测量和监测过程中的重要误差因素。
卫星导航接收机一般包括天线、射频电缆、接收机主机等部分,对卫星导航接收机的设备时延的标定主要采用分段标定的方法,将卫星导航接收机分为天线、电缆、接收主机等分别进行标定,将各部分的时延进行累加,得到整个卫星导航接收机的设备时延。
现有的卫星导航接收机设备时延标定方法的主要问题是:卫星导航接收机设备时延分段标定,各部分的测试条件难以统一,存在不确定性误差。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的在于避免上述背景技术中的不足而提供一种应用于卫星导航接收机设备时延标定方法。本发明采用全链路卫星导航接收机设备时延标定方法,能够保证测试条件的统一,避免不确定性误差,可以在此基础上形成相应的软件和硬件实现。
本发明的目的是这样实现的,一种卫星导航接收机设备时延标定方法,其特征在于包括步骤:
①采用卫星导航信号模拟设备、N个天线、设备时延测量设备建立卫星导航接收测试链路的设备时延校准环境;N为大于2的自然数;
②对卫星导航接收测试链路中的卫星导航信号模拟设备进行有线设备时延校准;
③从N个天线中取2个天线对卫星导航接收测试链路进行无线测试,获得1组观测方程;
④重复步骤③,当获得观测方程数量满足对进行无线测试中任意一个天线的设备时延进行解算时,解算出该天线的设备时延;
⑤计算卫星导航接收测试链路的设备时延,完成卫星导航接收测试链路的校准;
⑥根据卫星导航接收机设备时延的参考,将卫星导航接收机测试链路与卫星导航接收机进行无线组合,得到无线组合的总设备时延,将总设备时延减去卫星导航接收测试链路的设备时延得到卫星导航接收机的设备时延;
完成卫星导航接收机设备时延的标定。
其中,步骤①中,卫星导航信号模拟设备能够模拟卫星导航系统的空间导航信号,设备时延测量设备能够测量设备时延,N个天线均可作为发射天线也可作为接收天线。
步骤②具体为:采用设备时延测量设备与卫星导航信号模拟设备进行有线连接,设备时延测量设备测量的卫星导航信号模拟设备的设备时延为S0,卫星导航信号模拟设备的设备时延S0为卫星导航信号模拟设备的基准信号到卫星导航信号模拟设备的模拟信号输出之间的时延。
步骤③具体为:
从N个天线中选取2个天线:天线H、天线K,卫星导航信号模拟设备与天线H连接,用于信号的发射,设备时延测量设备与天线K连接,用于信号的接收,组成无线测量环路,得到观测方程为:
S0+AH+AK+L1/C=Em,
其中,AH为天线H的设备时延,AK为天线K的设备时延,S0为卫星导航信号模拟设备的设备时延,Em为设备时延测量设备测量的无线测量环路的设备时延,L1为天线H的相位中心到天线K的相位中心的空间距离,C为电磁波的传播速度,在观测方程中,AH、AK为未知量。
步骤⑤中,卫星导航接收测试链路的设备时延的计算具体为:
T1=S0+AX,
其中,T1为卫星导航接收测试链路的设备时延,S0为卫星导航信号模拟设备的设备时延,AX为天线X的设备时延,卫星导航接收测试链路由卫星导航信号模拟设备和天线X组成,天线X为步骤④中解算出天线设备时延的任意一个天线。
步骤⑥中,当以卫星导航接收机输出的基准信号为卫星导航接收机设备时延的参考时,将卫星导航接收机测试链路与卫星导航接收机进行无线组合,则卫星导航接收机的设备时延为:
D1=W-T1-P1/C,
其中,D1为卫星导航接收机的设备时延,卫星导航接收机测试链路与卫星导航接收机无线组合的总设备时延为W,总设备时延W为卫星导航接收测试链路的基准信号到卫星导航接收机输出基准信号的时延,T1为卫星导航接收测试链路的设备时延,C为电磁波的传播速度,P1为天线X相位中心到卫星导航接收机天线相位中心的空间距离,天线X为步骤⑤中卫星导航接收测试链路中使用的天线。
步骤⑥中,当以卫星导航接收机输入的基准信号为卫星导航接收机设备时延的参考时,将卫星导航接收机测试链路与卫星导航接收机进行无线组合,则卫星导航接收机的设备时延为:
D1=R+D0-P2/C-T1,
其中,D1为卫星导航接收机的设备时延,卫星导航接收机测试链路与卫星导航接收机无线组合的总设备时延为R,总设备时延R为卫星导航接收机的测距观测量,P2为天线X相位中心到卫星导航接收机天线相位中心的空间距离,天线X为步骤⑤中卫星导航接收测试链路中使用的天线,C为电磁波的传播速度,D0为卫星导航接收机测试链路的基准信号到卫星导航接收机输入的基准信号的时延。
本发明相比背景技术具有如下优点:
(i)本发明采用无线全链路统一标定方法,避免了卫星导航接收机分段标定的过程,具有提高卫星导航接收机设备时延标定精度的优点。
(ii)本发明在卫星导航接收机测试链路设备时延校准的过程中采用了统一的设备时延标定方法,避免了不同标定方法间的误差,具有提高设备时延校准精度的优点。
附图说明
图1是本发明卫星导航接收机测试链路示意图。
图2是本发明卫星导航信号模拟设备有线设备时延校准示意图。
图3是本发明卫星导航接收测试链路无线测试示意图。
图4是本发明针对卫星导航接收机输出的基准信号为设备时延参考的设备时延标定示意图。
图5是本发明针对卫星导航接收机输入的基准信号为设备时延参考的设备时延标定示意图。
图6是本发明卫星导航接收机设备时延标定的流程图。
图7是本发明具体实施例的卫星导航接收机设备时延标定的流程图。
图8是本发明具体实施例的卫星导航接收机测试链路设备时延校准示意图。
具体实施方式
下面结合图1至图8对本发明做进一步的描述:
本发明的卫星导航接收机设备时延标定流程图如图6所示,这种星导航接收机设备时延标定的方法具体包括步骤:
其特征在于包括步骤:
步骤101:采用卫星导航信号模拟设备、N个天线、设备时延测量设备建立卫星导航接收测试链路的设备时延校准环境;N为大于2的自然数;
步骤102:对卫星导航接收测试链路中的卫星导航信号模拟设备进行有线设备时延校准;
步骤103:从N个天线中取2个天线对卫星导航接收测试链路进行无线测试,获得1组观测方程;
步骤104:重复步骤103,当获得观测方程数量满足对进行无线测试中任意一个天线的设备时延进行解算时,解算出该天线的设备时延;
步骤105:计算卫星导航接收测试链路的设备时延,完成卫星导航接收测试链路的校准;
步骤106:根据卫星导航接收机设备时延的参考,将卫星导航接收机测试链路与卫星导航接收机进行无线组合,得到无线组合的总设备时延,将总设备时延减去卫星导航接收测试链路的设备时延得到卫星导航接收机的设备时延;
完成卫星导航接收机设备时延的标定。
其中,步骤101中,卫星导航信号模拟设备能够模拟卫星导航系统的空间导航信号,设备时延测量设备能够测量设备时延,N个天线均可作为发射天线也可作为接收天线。
步骤102具体为:采用设备时延测量设备与卫星导航信号模拟设备进行有线连接,设备时延测量设备测量的卫星导航信号模拟设备的设备时延为S0,卫星导航信号模拟设备的设备时延S0为卫星导航信号模拟设备的基准信号到卫星导航信号模拟设备的模拟信号输出之间的时延,如图2所示;
步骤103具体为:
从N个天线中选取2个天线:天线H、天线K,卫星导航信号模拟设备与天线H连接,用于信号的发射,设备时延测量设备与天线K连接,用于信号的接收,组成无线测量环路,如图3所示,得到观测方程为:
S0+AH+AK+L1/C=Em,
其中,AH为天线H的设备时延,AK为天线K的设备时延,S0为卫星导航信号模拟设备的设备时延,Em为设备时延测量设备测量的无线测量环路的设备时延,L1为天线H的相位中心到天线K的相位中心的空间距离,C为电磁波的传播速度,在观测方程中,AH、AK为未知量。
步骤105中,卫星导航接收测试链路的设备时延的计算具体为:
T1=S0+AX,
其中,T1为卫星导航接收测试链路的设备时延,S0为卫星导航信号模拟设备的设备时延,AX为天线X的设备时延,卫星导航接收测试链路由卫星导航信号模拟设备和天线X组成,如图1所示,天线X为步骤104中解算出天线设备时延的任意一个天线。
步骤106中,当以卫星导航接收机输出的基准信号为卫星导航接收机设备时延的参考时,将卫星导航接收机测试链路与卫星导航接收机进行无线组合,如图4所示,则卫星导航接收机的设备时延为:
D1=W-T1-P1/C,
其中,D1为卫星导航接收机的设备时延,卫星导航接收机测试链路与卫星导航接收机无线组合的总设备时延为W,总设备时延W为卫星导航接收测试链路的基准信号到卫星导航接收机输出基准信号的时延,T1为卫星导航接收测试链路的设备时延,C为电磁波的传播速度,P1为天线X相位中心到卫星导航接收机天线相位中心的空间距离,天线X为步骤⑤中卫星导航接收测试链路中使用的天线。
步骤⑥中,当以卫星导航接收机输入的基准信号为卫星导航接收机设备时延的参考时,将卫星导航接收机测试链路与卫星导航接收机进行无线组合,如图5所示,则卫星导航接收机的设备时延为:
D1=R+D0-P0/C-T1,
其中,D1为卫星导航接收机的设备时延,卫星导航接收机测试链路与卫星导航接收机无线组合的总设备时延为R,总设备时延R为卫星导航接收机的测距观测量,P2为天线X相位中心到卫星导航接收机天线相位中心的空间距离,天线X为步骤105中卫星导航接收测试链路中使用的天线,C为电磁波的传播速度,D0为卫星导航接收机测试链路的基准信号到卫星导航接收机输入的基准信号的时延。
图7是具体实施例的卫星导航接收机设备时延标定流程图,图8是具体实施例的卫星导航接收机测试链路设备时延校准示意图,具体实施例的具体步骤包括:
步骤201:采用卫星导航信号模拟源、3个天线、高速存储示波器建立卫星导航接收测试链路设备时延校准环境,3个天线均可作为发射天线也可作为接收天线,具有互易性,分别为:天线1、天线2、天线3;
步骤202:采用高速存储示波器对卫星导航接收测试链路中的卫星导航信号模拟源进行有线设备时延校准,卫星导航信号模拟源与高速存储示波器同步,高速存储示波器测量卫星导航信号模拟源输出的1PPS基准信号到输出的射频信号的时延,卫星导航信号模拟源输出的1PPS基准信号到输出的射频信号的时延为卫星导航模拟源的设备时延S0;
步骤203:从3个天线中选取2个天线:天线H、天线K,取H=1、K=2,卫星导航信号模拟源与天线H连接,用于信号的发射,高速存储示波器与天线K连接,用于信号的接收,卫星导航信号模拟源与高速存储示波器同源,组成无线测量环路,得到观测方程:
S0+AH+AK+L1/C=Em,
其中,天线H的设备时延为AH,天线K的设备时延AK,高速存储示波器测量的无线测量环路的设备时延为Em,天线H的相位中心到天线K的相位中心的空间距离为L1,电磁波的传播速度为C,S0为卫星导航信号模拟设备的设备时延,在观测方程中,AH、AK为未知量。
步骤204:重复步骤203二次,重复第一次取H=2,K=3,重复第二次取H=1,K=3,共获得观测方程3组,满足对天线1的设备时延进行解算,解算出天线1设备时延A1;
步骤205:卫星导航接收测试链路由卫星导航信号模拟设备和天线1组成,卫星导航接收测试链路的设备时延为:
T1=S0+A1,
其中,T1为卫星导航接收测试链路的设备时延,S0为卫星导航信号模拟设备的设备时延,A1为天线1的设备时延;
步骤206:当以卫星导航接收机输出的1PPS基准信号为卫星导航接收机设备时延的参考时,将卫星导航接收机测试链路与卫星导航接收机同步,进行无线组合,卫星导航接收机的设备时延为:
D1=W-T1-P1/C,
其中,D1为卫星导航接收机的设备时延,卫星导航接收机测试链路与卫星导航接收机无线组合的总设备时延为W,总设备时延W为卫星导航接收测试链路的1PPS基准信号到卫星导航接收机输出1PPS基准信号的时延,T1为卫星导航接收测试链路的设备时延,天线1相位中心到卫星导航接收机天线相位中心的空间距离为P1,电磁波的传播速度为C;
当以卫星导航接收机输入的1PPS基准信号为卫星导航接收机设备时延的参考时,将卫星导航接收机测试链路与卫星导航接收机同步,进行无线组合,卫星导航接收机的设备时延为:
D1=R+D0-P2/C-T1,
其中,D1为卫星导航接收机的设备时延,卫星导航接收机测试链路与卫星导航接收机无线组合的总设备时延为R,总设备时延R为卫星导航接收机的测距观测量,天线1相位中心到卫星导航接收机天线相位中心的空间距离为P2,T1为卫星导航接收测试链路的设备时延,电磁波的传播速度为C,卫星导航接收机测试链路的基准信号到卫星导航接收机输入的基准信号的时延为D0。
除上述实施例外,本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形式的技术方案,均落在本发明要求的保护范围。
Claims (7)
1.一种卫星导航接收机设备时延标定方法,其特征在于包括步骤:
①采用卫星导航信号模拟设备、N个天线、设备时延测量设备建立卫星导航接收测试链路的设备时延校准环境;N为大于2的自然数;
②对卫星导航接收测试链路中的卫星导航信号模拟设备进行有线设备时延校准;
③从N个天线中取2个天线对卫星导航接收测试链路进行无线测试,获得1组观测方程;
④重复步骤③,当获得观测方程数量满足对进行无线测试中任意一个天线的设备时延进行解算时,解算出该天线的设备时延;
⑤计算卫星导航接收测试链路的设备时延,完成卫星导航接收测试链路的校准;
⑥根据卫星导航接收机设备时延的参考,将卫星导航接收机测试链路与卫星导航接收机进行无线组合,得到无线组合的总设备时延,将总设备时延减去卫星导航接收测试链路的设备时延得到卫星导航接收机的设备时延;
完成卫星导航接收机设备时延的标定。
2.根据权利要求1所述的一种卫星导航接收机设备时延标定方法,其特征在于:步骤①中,卫星导航信号模拟设备能够模拟卫星导航系统的空间导航信号,设备时延测量设备能够测量设备时延,N个天线均可作为发射天线也可作为接收天线。
3.根据权利要求1所述的一种卫星导航接收机设备时延标定方法,其特征在于步骤②具体为:采用设备时延测量设备与卫星导航信号模拟设备进行有线连接,设备时延测量设备测量的卫星导航信号模拟设备的设备时延为S0,卫星导航信号模拟设备的设备时延S0为卫星导航信号模拟设备的基准信号到卫星导航信号模拟设备的模拟信号输出之间的时延。
4.根据权利要求1所述的一种卫星导航接收机设备时延标定方法,其特征在于步骤③具体为:
从N个天线中选取2个天线:天线H、天线K,卫星导航信号模拟设备与天线H连接,用于信号的发射,设备时延测量设备与天线K连接,用于信号的接收,组成无线测量环路,得到观测方程为:
S0+AH+AK+L1/C=Em,
其中,AH为天线H的设备时延,AK为天线K的设备时延,S0为卫星导航信号模拟设备的设备时延,Em为设备时延测量设备测量的无线测量环路的设备时延,L1为天线H的相位中心到天线K的相位中心的空间距离,C为电磁波的传播速度,在观测方程中,AH、AK为未知量。
5.根据权利要求4所述的一种卫星导航接收机设备时延标定方法,其特征在于步骤⑤中,卫星导航接收测试链路的设备时延的计算具体为:
T1=S0+AX,
其中,T1为卫星导航接收测试链路的设备时延,S0为卫星导航信号模拟设备的设备时延,AX为天线X的设备时延,卫星导航接收测试链路由卫星导航信号模拟设备和天线X组成,天线X为步骤④中解算出天线设备时延的任意一个天线。
6.根据权利要求5所述的一种卫星导航接收机设备时延标定方法,其特征在于步骤⑥中,当以卫星导航接收机输出的基准信号为卫星导航接收机设备时延的参考时,将卫星导航接收机测试链路与卫星导航接收机进行无线组合,则卫星导航接收机的设备时延为:
D1=W-T1-P1/C,
其中,D1为卫星导航接收机的设备时延,卫星导航接收机测试链路与卫星导航接收机无线组合的总设备时延为W,总设备时延W为卫星导航接收测试链路的基准信号到卫星导航接收机输出基准信号的时延,T1为卫星导航接收测试链路的设备时延,C为电磁波的传播速度,P1为天线X相位中心到卫星导航接收机天线相位中心的空间距离,天线X为步骤⑤中卫星导航接收测试链路中使用的天线。
7.根据权利要求5所述的一种卫星导航接收机设备时延标定方法,其特征在于步骤⑥中,当以卫星导航接收机输入的基准信号为卫星导航接收机设备时延的参考时,将卫星导航接收机测试链路与卫星导航接收机进行无线组合,则卫星导航接收机的设备时延为:
D1=R+D0-P2/C-T1,
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