CN104049528B - 一种北斗授时方法及卫星导航接收机 - Google Patents

Abstract

一种北斗授时方法及卫星导航接收机；所述方法包括：产生采样脉冲；利用采样脉冲采集所接收的卫星信号中的观测信息；所述观测信息包括卫星信号发射时刻、多普勒频移、载波相位；利用所述卫星信号发射时刻和载波相位组成的伪距，构成接收机位置解算方程组；在所述接收机位置解算方程组中添加一个高程方程，解算得到接收机的钟差；利用所述观测信息中的多普勒频移构成接收机速度解算方程组，在所述接收机速度解算方程组中添加一个高程方程，解算得到接收机的钟漂；根据所述钟差和钟漂调节所述采样脉冲的相位和频率，使采样脉冲与标准时间同步。本发明能够提高卫星导航定位系统的授时精度，拓宽授时范围。

Description

一种北斗授时方法及卫星导航接收机

技术领域

本发明涉及卫星导航领域，尤其涉及一种北斗授时方法及卫星导航接收机。

背景技术

高精度时间基准已经成为通信、电力、广播电视、安防监控、工业控制等领域的基础保障平台之一。卫星导航定位系统可提供高精度、全天候的定位和授时服务。授时性能优异；高精度、低成本、安全可靠、覆盖范围广。精确授时不仅在相对论研究、地球动力学研究等基础研究领域有重要的作用，而且在航空航天、深空通讯、信息高速公路、导航通信、电力传输等国防和国民经济建设中也有广泛的应用。卫星导航接收机采用授时算法能够使得接收机的时间与标准时间同步。

但是目前有些区域接收卫星信号的情况并不好，会导致定位系统的DOP(Dilutionof Precision，精度因子)值比较差，而影响授时精度。甚至当只接收3颗卫星时，可能会导致不能进行定位而不能完成授时。

发明内容

本发明要解决的技术问题是如何提高卫星导航定位系统的授时精度，拓宽授时范围。

为了解决上述问题，本发明提供了一种北斗授时方法，包括：

产生采样脉冲；

利用采样脉冲采集所接收的卫星信号中的观测信息；所述观测信息包括卫星信号发射时刻、多普勒频移、载波相位；

利用所述卫星信号发射时刻和载波相位组成的伪距，构成接收机位置解算方程组；在所述接收机位置解算方程组中添加一个高程方程，解算得到接收机的钟差；

利用所述观测信息中的多普勒频移构成接收机速度解算方程组，在所述接收机速度解算方程组中添加一个高程方程，解算得到接收机的钟漂；

根据所述钟差和钟漂调节所述采样脉冲的相位和频率，使采样脉冲与标准时间同步。

可选地，所述利用卫星信号发射时刻和载波相位组成的伪距，构成接收机位置解算方程组的步骤包括：

利用卫星信号接收时刻减去卫星信号发射时刻，得到原始伪距；

通过下式计算平滑后的伪距：

ρ_s,i＝α×ρ_CA,i+(1-α)×(ρ_s,i-1+Δρ_φ,i)

其中，ρ_s,i是平滑后的伪距；α为平滑系数；ρ_CA,i是原始伪距；ρ_s,i-1是前一次平滑后的伪距；Δρ_φ,i是伪距变化量；

所述伪距变化量为：

λ是所接收的卫星信号的波长；φ_i是本次采样得到的载波相位值；φ_i-1是前一次采样得到的载波相位值；f_IF是所接收的卫星信号的载波中频频率；为接收机钟漂；X是采样时刻锁存的载波相位计数值；f_L1是所接收的卫星信号的载波射频频率；

利用平滑后的伪距，构成解算接收机位置的线性方程组如下：

ρ_i为第i颗卫星的平滑后的伪距，i的取值从1到n，n为接收机所能连接的卫星的颗数；(x_u,y_u,z_u)为接收机的位置坐标；(x_i,y_i,z_i)为第i颗卫星的位置坐标；t_u为接收机钟差；r_i为接收机到第i颗卫星的距离；c表示光速；带^标示的表示该变量为系统估计值。

可选地，利用观测信息中的多普勒频移所构成的接收机速度的解算方程组为如下的线性方程组：

其中，

f_d是经过卫星钟漂修正的多普勒频移观测值；f_Tj是经过卫星钟漂修正的卫星发射信号的射频频率；()为接收机的速度；(v_xj,v_yj,v_zj)为卫星速度；为接收机的钟漂。

可选地，解算得到接收机的钟差的步骤包括：

采用最小二乘法通过下式得到接收机的钟差：

ΔX＝(H^TH)^-1H^TΔρ

接收机钟差为

通过最小二乘法得到接收机的钟漂，公式如下：

g＝(H^TH)^-1Hd

其中，

可选地，在所述接收机位置解算方程组中所添加的高程方程为：

Δρ＝a_xΔx_u+a_yΔy_u+a_zΔz_u

其中，

CGS2000_A＝6378137.

e²＝CGS2000_F*(2-CGS2000_F)

CGS2000_F＝(1./298.257222101)

lat为接收机的纬度，在每次迭代过程中由接收机近似位置经过转换获得；

alt为接收机的高度；

增加的H中的一行为[a_x a_y a_z 0]；

在所述接收机速度解算方程组中所添加的高程方程为：

d_j＝0

增加的H中的一行为[a_x a_y a_z 0]。

本发明还提供了一种卫星导航接收机，包括：

脉冲生成模块，用于产生采样脉冲；

采集单元，用于利用所述采样脉冲采集所接收的卫星信号中的观测信息；所述观测信息包括卫星信号发射时刻、多普勒频移、载波相位；

钟差解算单元，用于利用所述卫星信号发射时刻和载波相位组成的伪距，构成接收机位置解算方程组；在所述接收机位置解算方程组中添加一个高程方程，解算得到接收机的钟差；

钟漂解算单元，用于利用所述观测信息中的多普勒频移构成接收机速度解算方程组，在所述接收机速度解算方程组中添加一个高程方程，解算得到接收机的钟漂；

调整单元，用于根据所述钟差和钟漂调节所述采样脉冲的相位和频率，使采样脉冲与标准时间同步。

可选地，所述钟差解算单元利用卫星信号发射时刻和载波相位组成的伪距，构成接收机位置解算方程组是指：

所述钟差解算单元利用卫星信号接收时刻减去卫星信号发射时刻，得到原始伪距；通过下式计算平滑后的伪距：

ρ_s,i＝α×ρ_CA,i+(1-α)×(ρ_s,i-1+Δρ_φ,i)

其中，ρ_s,i是平滑后的伪距；α为平滑系数；ρ_CA,i是原始伪距；ρ_s,i-1是前一次平滑后的伪距；Δρ_φ,i是伪距变化量；

所述伪距变化量为：

λ是所接收的卫星信号的波长；φ_i是本次采样得到的载波相位值；φ_i-1是前一次采样得到的载波相位值；f_IF是所接收的卫星信号的载波中频频率；为接收机钟漂；X是采样时刻锁存的载波相位计数值；f_L1是所接收的卫星信号的载波射频频率；

利用平滑后的伪距，构成解算接收机位置的线性方程组如下：

ρ_i为第i颗卫星的平滑后的伪距，i的取值从1到n，n为接收机所能连接的卫星的颗数；(x_u,y_u,z_u)为接收机的位置坐标；(x_i,y_i,z_i)为第i颗卫星的位置坐标；t_u为接收机钟差；r_i为接收机到第i颗卫星的距离；c表示光速；带^标示的表示该变量为系统估计值。

可选地，所述钟漂解算单元利用观测信息中的多普勒频移所构成的接收机速度的解算方程组为如下的线性方程组：

其中，

f_d是经过卫星钟漂修正的多普勒频移观测值；f_Tj是经过卫星钟漂修正的卫星发射信号的射频频率；()为接收机的速度；(v_xj,v_yj,v_zj)为卫星速度；为接收机的钟漂。

可选地，所述钟差解算单元解算得到接收机的钟差是指：

所述钟差解算单元采用最小二乘法通过下式得到接收机的钟差：

ΔX＝(H^TH)^-1H^TΔρ

接收机钟差为

所述钟漂解算单元通过最小二乘法得到接收机的钟漂，公式如下：

g＝(H^TH)^-1Hd

其中，

可选地，所述钟差解算单元在所述接收机位置解算方程组中所添加的高程方程为：

Δρ＝a_xΔx_u+a_yΔy_u+a_zΔz_u

其中，

CGS2000_A＝6378137.

e²＝CGS2000_F*(2-CGS2000_F)

CGS2000_F＝(1./298.257222101)

lat为接收机的纬度，在每次迭代过程中由接收机近似位置经过转换获得；

alt为接收机的高度；

增加的H中的一行为[a_x a_y a_z 0]；

所述钟漂解算单元在所述接收机速度解算方程组中所添加的高程方程为：d_j＝0

增加的H中的一行为[a_x a_y a_z 0]。

本发明采取基于高程进行授时解算，改善了定位系统的DOP值，在已知接收机高度的时候可以提高授时精度，甚至当只接收3颗卫星时，也可以完成授时，拓宽了授时的范围；其中，接收机的高程可以通过很多途径获取。

附图说明

图1为本发明实施例一的一种北斗授时方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本发明的技术方案进行更详细的说明。

需要说明的是，如果不冲突，本发明实施例以及实施例中的各个特征可以相互结合，均在本发明的保护范围之内。另外，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

实施例一，一种北斗授时方法，如图1所示，包括：

产生采样脉冲；

利用采样脉冲采集所接收的卫星信号中的观测信息；所述观测信息包括卫星信号发射时刻、多普勒频移、载波相位；

利用所述卫星信号发射时刻和载波相位组成的伪距，构成接收机位置解算方程组；在所述接收机位置解算方程组中添加一个高程方程，解算得到接收机的钟差；

利用所述观测信息中的多普勒频移构成接收机速度解算方程组，在所述接收机速度解算方程组中添加一个高程方程，解算得到接收机的钟漂；

根据所述钟差和钟漂调节所述采样脉冲的相位和频率，使采样脉冲与标准时间同步。

本实施例的上述步骤是周期性执行的，将不断进行采集、解算和调节；其中解算钟差和钟漂的步骤不分先后，也可以并行执行。

本实施例的一种实施方式中，所述利用卫星信号发射时刻和载波相位组成的伪距，构成接收机位置解算方程组的步骤具体可以包括：

利用卫星信号接收时刻减去卫星信号发射时刻，得到原始伪距；

利用载波相位对原始伪距进行平滑后得到平滑后的伪距；

利用平滑后的伪距，构成解算接收机位置的线性方程组。

本实施方式中，利用载波相位对所述原始伪距进行平滑，得到平滑后的伪距的步骤具体可以包括：

通过下式计算平滑后的伪距：

ρ_s,i＝α×ρ_CA,i+(1-α)×(ρ_s,i-1+Δρ_φ,i)

其中，ρ_s,i是平滑后的伪距；α为平滑系数；ρ_CA,i是原始伪距；ρ_s,i-1是前一次平滑后的伪距；Δρ_φ,i是伪距变化量；

所述伪距变化量为：

λ是所接收的卫星信号的波长；φ_i是本次采样得到的载波相位值；φ_i-1是前一次采样得到的载波相位值；f_IF是所接收的卫星信号的载波中频频率；为接收机钟漂；X是采样时刻锁存的载波相位计数值；f_L1是所接收的卫星信号的载波射频频率。

本实施方式中，所述α可以但不限于为0.05。

本实施方式中，利用平滑后的伪距所构成的解算接收机位置的解算方程组具体可以为如下的线性方程组：

ρ_i为第i颗卫星的平滑后的伪距，i的取值从1到n，n为接收机所能连接的卫星的颗数；(x_u,y_u,z_u)为接收机的位置坐标；(x_i,y_i,z_i)为第i颗卫星的位置坐标；t_u为接收机钟差；r_i为接收机到第i颗卫星的距离；c表示光速；带^标示的表示该变量为系统估计值。

本实施方式中，解算得到接收机的钟差的步骤具体可以包括：

采用最小二乘法通过下式得到接收机的钟差：

ΔX＝(H^TH)^-1H^TΔρ

接收机钟差为

本实施方式中，在所述接收机位置解算方程组中所添加的高程方程具体可以为：

Δρ＝a_xΔx_u+a_yΔy_u+a_zΔz_u

其中，

CGS2000_A＝6378137.

e²＝CGS2000_F*(2-CGS2000_F)

CGS2000_F＝(1./298.257222101)

lat为接收机的纬度，在每次迭代过程中由接收机近似位置经过转换获得。

alt为接收机的高度。

增加的H中的一行为[a_x a_y a_z 0]。

本实施例的一种实施方式中，利用观测信息中的多普勒频移所构成的接收机速度的线性方程组具体可以如下：

其中，

f_d是经过卫星钟漂修正的多普勒频移观测值；f_Tj是经过卫星钟漂修正的卫星发射信号的射频频率；()为接收机的速度；(v_xj,v_yj,v_zj)为卫星速度；为接收机的钟漂。

该线性方程组可以通过最小二乘法得到解，公式如下：

g＝(H^TH)^-1Hd

其中，

系数矩阵H同前文。

本实施方式中，在所述接收机速度解算方程组中所添加的高程方程为：

d_j＝0

增加的H中的一行为[a_x a_y a_z 0]，(a_x,a_y,a_z)同前文。

本实施例中，采样脉冲可以通过DDS(Direct Digital Synthesizer，直接数字式频率合成器)技术中的相位累加器的方式产生。相位累加器的位数取64位。相位累加器位数的选取取决于FPGA系统主时钟频率和接收机晶振的频率精度。如果接收机晶振的频率精确度能达到0.1～1ppm。可见累加器位数取32位的话，系统主时钟是40MHz时,相位累加器的频率分辨率为0.00931322574615478515625Hz，不能满足精度要求。

FPGA中的频率控制字寄存器将接收到的频率控制字送入相位累加器，每次FPGA系统主时钟的上升沿到来时，相位累加器就会在相位初值的基础上对频率控制字进行累加。每当相位累加器的最高位溢出时，就会产生一个采样脉冲。

如图1所示，利用平滑后的伪距，构成接收机位置解算方程组，得到接收机钟差。而采取基于高程的授时算法时，要添加一个基于高程的方程。这样可以在已知接收机高程的情况下，完成3颗卫星授时，还可以改善一定条件下的卫星定位系统的DOP值，得到更加准确的接收机钟差。公式如下：

本实施方式中，在得到接收机的钟差和钟漂后，利用钟差去调节采样脉冲发生器的相位，而利用钟漂去调节采样脉冲发生器的频率。将相位值转化为频率值，频率控制字通过下面公式得到：

f为FPGA的系统时钟频率；

t为采样脉冲的周期；

t_u为接收机的钟差；

在本实施例中，用钟漂去调节采样脉冲的频率，主要通过调节计算频率控制字的FPGA系统时钟频率来达到调节采样脉冲频率的目的，即将上面公式中的f改为

实施例二、一种卫星导航接收机，包括：

脉冲生成模块，用于产生采样脉冲；

采集单元，用于利用所述采样脉冲采集所接收的卫星信号中的观测信息；所述观测信息包括卫星信号发射时刻、多普勒频移、载波相位；

钟差解算单元，用于利用所述卫星信号发射时刻和载波相位组成的伪距，构成接收机位置解算方程组；在所述接收机位置解算方程组中添加一个高程方程，解算得到接收机的钟差；

钟漂解算单元，用于利用所述观测信息中的多普勒频移构成接收机速度解算方程组，在所述接收机速度解算方程组中添加一个高程方程，解算得到接收机的钟漂；

调整单元，用于根据所述钟差和钟漂调节所述采样脉冲的相位和频率，使采样脉冲与标准时间同步。

本实施例的一种实施方式中，所述钟差解算单元利用卫星信号发射时刻和载波相位组成的伪距，构成接收机位置解算方程组具体可以是指：

所述钟差解算单元利用卫星信号接收时刻减去卫星信号发射时刻，得到原始伪距；通过下式计算平滑后的伪距：

ρ_s,i＝α×ρ_CA,i+(1-α)×(ρ_s,i-1+Δρ_φ,i)

其中，ρ_s,i是平滑后的伪距；α为平滑系数；ρ_CA,i是原始伪距；ρ_s,i-1是前一次平滑后的伪距；Δρ_φ,i是伪距变化量；

所述伪距变化量为：

λ是所接收的卫星信号的波长；φ_i是本次采样得到的载波相位值；φ_i-1是前一次采样得到的载波相位值；f_IF是所接收的卫星信号的载波中频频率；为接收机钟漂；X是采样时刻锁存的载波相位计数值；f_L1是所接收的卫星信号的载波射频频率；

利用平滑后的伪距，构成解算接收机位置的线性方程组如下：

ρ_i为第i颗卫星的平滑后的伪距，i的取值从1到n，n为接收机所能连接的卫星的颗数；(x_u,y_u,z_u)为接收机的位置坐标；(x_i,y_i,z_i)为第i颗卫星的位置坐标；t_u为接收机钟差；r_i为接收机到第i颗卫星的距离；c表示光速；带^标示的表示该变量为系统估计值。

本实施方式中，，所述钟漂解算单元利用观测信息中的多普勒频移所构成的接收机速度的解算方程组具体可以为如下的线性方程组：

其中，

f_d是经过卫星钟漂修正的多普勒频移观测值；f_Tj是经过卫星钟漂修正的卫星发射信号的射频频率；()为接收机的速度；(v_xj,v_yj,v_zj)为卫星速度；为接收机的钟漂。

本实施方式的一种备选方案中，所述钟差解算单元解算得到接收机的钟差具体可以是指：

所述钟差解算单元采用最小二乘法通过下式得到接收机的钟差：

ΔX＝(H^TH)^-1H^TΔρ

接收机钟差为

所述钟漂解算单元通过最小二乘法得到接收机的钟漂，公式可以如下：

g＝(H^TH)^-1Hd

其中，

本备选方案中，所述钟差解算单元在所述接收机位置解算方程组中所添加的高程方程具体可以为：

Δρ＝a_xΔx_u+a_yΔy_u+a_zΔz_u

其中，

CGS2000_A＝6378137.

e²＝CGS2000_F*(2-CGS2000_F)

CGS2000_F＝(1./298.257222101)

lat为接收机的纬度，在每次迭代过程中由接收机近似位置经过转换获得；

alt为接收机的高度；

增加的H中的一行为[a_x a_y a_z 0]；

所述钟漂解算单元在所述接收机速度解算方程组中所添加的高程方程为：d_j＝0；

增加的H中的一行为[a_x a_y a_z 0]。

本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种北斗授时方法，包括：

产生采样脉冲；

利用采样脉冲采集所接收的卫星信号中的观测信息；所述观测信息包括卫星信号发射时刻、多普勒频移、载波相位；

利用所述卫星信号发射时刻和载波相位组成的伪距，构成接收机位置解算方程组；在所述接收机位置解算方程组中添加一个高程方程，解算得到接收机的钟差；

利用所述观测信息中的多普勒频移构成接收机速度解算方程组，在所述接收机速度解算方程组中添加一个高程方程，解算得到接收机的钟漂；

根据所述钟差和钟漂调节所述采样脉冲的相位和频率，使采样脉冲与标准时间同步。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用卫星信号发射时刻和载波相位组成的伪距，构成接收机位置解算方程组的步骤包括：

利用卫星信号接收时刻减去卫星信号发射时刻，得到原始伪距；

通过下式计算平滑后的伪距：

ρ_s,i＝α×ρ_CA,i+(1-α)×(ρ_s,i-1+Δρ_φ,i)

其中，ρ_s,i是平滑后的伪距；α为平滑系数；ρ_CA,i是原始伪距；ρ_s,i-1是前一次平滑后的伪距；Δρ_φ,i是伪距变化量；

所述伪距变化量为：

$\begin{array}{c}{\mathrm{\Δ\ρ}}_{\mathrm{\φ},i}=\mathrm{\λ}\left({\mathrm{\φ}}_i-{\mathrm{\φ}}_{i-1}\right)\\ =\[f_{IF}\left(1+{\stackrel{\·}{t}}_u\right)-X-{\stackrel{\·}{t}}_u\·f_{L1}\]\×\mathrm{\λ}\end{array}$

λ是所接收的卫星信号的波长；φ_i是本次采样得到的载波相位值；φ_i-1是前一次采样得到的载波相位值；f_IF是所接收的卫星信号的载波中频频率；为接收机钟漂；X是采样时刻锁存的载波相位计数值；f_L1是所接收的卫星信号的载波射频频率；

利用平滑后的伪距，构成解算接收机位置的线性方程组如下：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\Δ\ρ}}_1=a_{x1}{\mathrm{\Δx}}_u+a_{y1}{\mathrm{\Δy}}_u+a_{z1}{\mathrm{\Δz}}_u-{\mathrm{c\Δt}}_u\\ {\mathrm{\Δ\ρ}}_2=a_{x2}{\mathrm{\Δx}}_u+a_{y2}{\mathrm{\Δy}}_u+a_{z2}{\mathrm{\Δz}}_u-{\mathrm{c\Δt}}_u\\ .\\ .\\ .\\ {\mathrm{\Δ\ρ}}_n=a_{xn}{\mathrm{\Δx}}_u+a_{yn}{\mathrm{\Δy}}_u+a_{zn}{\mathrm{\Δz}}_u-{\mathrm{c\Δt}}_u\end{array}\right.$

${\mathrm{\Δ\ρ}}_i={\widehat{\mathrm{\ρ}}}_i-{\mathrm{\ρ}}_i$

$a_{xi}=\frac{x_i-{\hat{x}}_u}{{\hat{r}}_i},a_{yi}=\frac{y_i-{\hat{y}}_u}{{\hat{r}}_i},a_{zi}=\frac{z_i-{\hat{z}}_u}{{\hat{r}}_i}$

$x_u={\hat{x}}_u+{\mathrm{\Δx}}_u$

$y_u={\hat{y}}_u+{\mathrm{\Δy}}_u$

$z_u={\hat{z}}_u+{\mathrm{\Δz}}_u$

$t_u={\hat{t}}_u+{\mathrm{\Δt}}_u$

${\hat{r}}_i=\sqrt{{(x_i-{\hat{x}}_u)}^2+{(y_i-{\hat{y}}_u)}^2+{(z_i-{\hat{z}}_u)}^2}$

${\widehat{\mathrm{\ρ}}}_i=\sqrt{{(x_i-{\hat{x}}_u)}^2+{(y_i-{\hat{y}}_u)}^2+{(z_i-{\hat{z}}_u)}^2}+c{\hat{t}}_u$

ρ_i为第i颗卫星的平滑后的伪距，i的取值从1到n，n为接收机所能连接的卫星的颗数；(x_u,y_u,z_u)为接收机的位置坐标；(x_i,y_i,z_i)为第i颗卫星的位置坐标；t_u为接收机钟差；r_i为接收机到第i颗卫星的距离；c表示光速；带^标示的表示该变量为系统估计值。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，利用观测信息中的多普勒频移所构成的接收机速度的解算方程组为如下的线性方程组：

$\left\{\begin{array}{c}{d}_1=a_{x1}{\stackrel{\·}{x}}_u+a_{y1}{\stackrel{\·}{y}}_u+a_{z1}{\stackrel{\·}{z}}_u-c{\stackrel{\·}{t}}_u\\ d_2=a_{x2}{\stackrel{\·}{x}}_u+a_{y2}{\stackrel{\·}{y}}_u+a_{z2}{\stackrel{\·}{z}}_u-c{\stackrel{\·}{t}}_u\\ .\\ .\\ .\\ d_n=a_{xn}{\stackrel{\·}{x}}_u+a_{yn}{\stackrel{\·}{y}}_u+a_{zn}{\stackrel{\·}{z}}_u-c{\stackrel{\·}{t}}_u\end{array}\right.$

其中，

$d_i=\frac{{\mathrm{cf}}_d}{f_{Ti}}+v_{xi}{a}_{xi}+v_{yi}{a}_{yi}+v_{zi}{\mathrm{\μ}}_{zi}$

f_d是经过卫星钟漂修正的多普勒频移观测值；f_Tj是经过卫星钟漂修正的卫星发射信号的射频频率；为接收机的速度；(v_xj,v_yj,v_zj)为卫星速度；为接收机的钟漂。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，解算得到接收机的钟差的步骤包括：

采用最小二乘法通过下式得到接收机的钟差：

ΔX＝(H^TH)^-1H^TΔρ

$\begin{array}{ccc}\mathrm{\Δ}X=\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{x}_u\\ {\mathrm{\Δy}}_u\\ {\mathrm{\Δz}}_u\\ {\mathrm{\Δt}}_u\end{array}\right]& H=\left[\begin{array}{cccc}{a}_{x1}& a_{y1}& a_{z1}& 1\\ a_{x2}& a_{y2}& a_{z2}& 1\\ .& & & \\ .& & & \\ .& & & \\ a_{xn}& a_{yn}& a_{zn}& 1\end{array}\right]& \mathrm{\Δ}\mathrm{\ρ}=\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\Δ\ρ}}_1\\ {\mathrm{\Δ\ρ}}_2\\ .\\ .\\ .\\ {\mathrm{\Δ\ρ}}_n\end{array}\right]\end{array}$

接收机钟差为

通过最小二乘法得到接收机的钟漂，公式如下：

g＝(H^TH)^-1Hd

其中，

$\begin{array}{cc}d=\left[\begin{array}{c}{d}_1\\ d_2\\ .\\ .\\ .\\ d_n\end{array}\right]& g=\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{x}}_u\\ {\stackrel{\·}{y}}_u\\ {\stackrel{\·}{z}}_u\\ -c{\stackrel{\·}{t}}_u\end{array}\right]\end{array}.$

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述接收机位置解算方程组中所添加的高程方程为：

Δρ＝a_xΔx_u+a_yΔy_u+a_zΔz_u

其中，

$a_x=\frac{0-{\hat{x}}_u}{\hat{r}},a_y=\frac{0-{\hat{y}}_u}{\hat{r}},$

$a_z=\frac{0-({\hat{z}}_u+N*e^2*sin(lat))}{\hat{r}}*\left(1+\frac{N*e^2}{N*(1-e^2)+alt}\right)$

$\mathrm{\Δ}\mathrm{\ρ}=alt+N-\hat{r}$

$N=\frac{CGS2000\_A}{\sqrt{1-e^2*{\sin }^2\left(lat\right)}}$

$\hat{r}=\sqrt{{{\hat{x}}_u}^2+{{\hat{y}}_u}^2+{({\hat{z}}_u+N*e^2*sin(lat\left)\right)}^2}$

CGS2000_A＝6378137.

e²＝CGS2000_F*(2-CGS2000_F)

CGS2000_F＝(1./298.257222101)

lat为接收机的纬度，在每次迭代过程中由接收机近似位置经过转换获得；

alt为接收机的高度；

增加的H中的一行为[a_x a_y a_z 0]；

在所述接收机速度解算方程组中所添加的高程方程为：

d_j＝0

增加的H中的一行为[a_x a_y a_z 0]。

6.一种卫星导航接收机，其特征在于，包括：

脉冲生成模块，用于产生采样脉冲；

采集单元，用于利用所述采样脉冲采集所接收的卫星信号中的观测信息；所述观测信息包括卫星信号发射时刻、多普勒频移、载波相位；

钟差解算单元，用于利用所述卫星信号发射时刻和载波相位组成的伪距，构成接收机位置解算方程组；在所述接收机位置解算方程组中添加一个高程方程，解算得到接收机的钟差；

钟漂解算单元，用于利用所述观测信息中的多普勒频移构成接收机速度解算方程组，在所述接收机速度解算方程组中添加一个高程方程，解算得到接收机的钟漂；

调整单元，用于根据所述钟差和钟漂调节所述采样脉冲的相位和频率，使采样脉冲与标准时间同步。

7.如权利要求6所述的卫星导航接收机，其特征在于，所述钟差解算单元利用卫星信号发射时刻和载波相位组成的伪距，构成接收机位置解算方程组是指：

所述钟差解算单元利用卫星信号接收时刻减去卫星信号发射时刻，得到原始伪距；通过下式计算平滑后的伪距：

ρ_s,i＝α×ρ_CA,i+(1-α)×(ρ_s,i-1+Δρ_φ,i)

其中，ρ_s,i是平滑后的伪距；α为平滑系数；ρ_CA,i是原始伪距；ρ_s,i-1是前一次平滑后的伪距；Δρ_φ,i是伪距变化量；

所述伪距变化量为：

$\begin{array}{c}{\mathrm{\Δ\ρ}}_{\mathrm{\φ},i}=\mathrm{\λ}\left({\mathrm{\φ}}_i-{\mathrm{\φ}}_{i-1}\right)\\ =\[f_{IF}\left(1+{\stackrel{\·}{t}}_u\right)-X-{\stackrel{\·}{t}}_u\·f_{L1}\]\×\mathrm{\λ}\end{array}$

λ是所接收的卫星信号的波长；φ_i是本次采样得到的载波相位值；φ_i-1是前一次采样得到的载波相位值；f_IF是所接收的卫星信号的载波中频频率；为接收机钟漂；X是采样时刻锁存的载波相位计数值；f_L1是所接收的卫星信号的载波射频频率；

利用平滑后的伪距，构成解算接收机位置的线性方程组如下：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\Δ\ρ}}_1=a_{x1}{\mathrm{\Δx}}_u+a_{y1}{\mathrm{\Δy}}_u+a_{z1}{\mathrm{\Δz}}_u-{\mathrm{c\Δt}}_u\\ {\mathrm{\Δ\ρ}}_2=a_{x2}{\mathrm{\Δx}}_u+a_{y2}{\mathrm{\Δy}}_u+a_{z2}{\mathrm{\Δz}}_u-{\mathrm{c\Δt}}_u\\ .\\ .\\ .\\ {\mathrm{\Δ\ρ}}_n=a_{xn}{\mathrm{\Δx}}_u+a_{yn}{\mathrm{\Δy}}_u+a_{zn}{\mathrm{\Δz}}_u-{\mathrm{c\Δt}}_u\end{array}\right.$

${\mathrm{\Δ\ρ}}_i={\widehat{\mathrm{\ρ}}}_i-{\mathrm{\ρ}}_i$

$a_{xi}=\frac{x_i-{\hat{x}}_u}{{\hat{r}}_i},a_{yi}=\frac{y_i-{\hat{y}}_u}{{\hat{r}}_i},a_{zi}=\frac{z_i-{\hat{z}}_u}{{\hat{r}}_i}$

$x_u={\hat{x}}_u+{\mathrm{\Δx}}_u$

$y_u={\hat{y}}_u+{\mathrm{\Δy}}_u$

$z_u={\hat{z}}_u+{\mathrm{\Δz}}_u$

$t_u={\hat{t}}_u+{\mathrm{\Δt}}_u$

${\hat{r}}_i=\sqrt{{(x_i-{\hat{x}}_u)}^2+{(y_i-{\hat{y}}_u)}^2+{(z_i-{\hat{z}}_u)}^2}$

${\widehat{\mathrm{\ρ}}}_i=\sqrt{{(x_i-{\hat{x}}_u)}^2+{(y_i-{\hat{y}}_u)}^2+{(z_i-{\hat{z}}_u)}^2}+c{\hat{t}}_u$

ρ_i为第i颗卫星的平滑后的伪距，i的取值从1到n，n为接收机所能连接的卫星的颗数；(x_u,y_u,z_u)为接收机的位置坐标；(x_i,y_i,z_i)为第i颗卫星的位置坐标；t_u为接收机钟差；r_i为接收机到第i颗卫星的距离；c表示光速；带^标示的表示该变量为系统估计值。

8.如权利要求7所述的卫星导航接收机，其特征在于，所述钟漂解算单元利用观测信息中的多普勒频移所构成的接收机速度的解算方程组为如下的线性方程组：

$\left\{\begin{array}{c}{d}_1=a_{x1}{\stackrel{\·}{x}}_u+a_{y1}{\stackrel{\·}{y}}_u+a_{z1}{\stackrel{\·}{z}}_u-c{\stackrel{\·}{t}}_u\\ d_2=a_{x2}{\stackrel{\·}{x}}_u+a_{y2}{\stackrel{\·}{y}}_u+a_{z2}{\stackrel{\·}{z}}_u-c{\stackrel{\·}{t}}_u\\ .\\ .\\ .\\ d_n=a_{xn}{\stackrel{\·}{x}}_u+a_{yn}{\stackrel{\·}{y}}_u+a_{zn}{\stackrel{\·}{z}}_u-c{\stackrel{\·}{t}}_u\end{array}\right.$

其中，

$d_i=\frac{{\mathrm{cf}}_d}{f_{Ti}}+v_{xi}{a}_{xi}+v_{yi}{a}_{yi}+v_{zi}{a}_{zi}$

f_d是经过卫星钟漂修正的多普勒频移观测值；f_Tj是经过卫星钟漂修正的卫星发射信号的射频频率；为接收机的速度；(v_xj,v_yj,v_zj)为卫星速度；为接收机的钟漂。

9.如权利要求8所述的卫星导航接收机，其特征在于，所述钟差解算单元解算得到接收机的钟差是指：

所述钟差解算单元采用最小二乘法通过下式得到接收机的钟差：

ΔX＝(H^TH)^-1H^TΔρ

$\begin{array}{ccc}\mathrm{\Δ}X=\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\Δx}}_u\\ {\mathrm{\Δy}}_u\\ {\mathrm{\Δz}}_u\\ {\mathrm{\Δt}}_u\end{array}\right]& H=\left[\begin{array}{cccc}{a}_{x1}& a_{y1}& a_{z1}& 1\\ a_{x2}& a_{y2}& a_{z2}& 1\\ .& & & \\ .& & & \\ .& & & \\ a_{xn}& a_{yn}& a_{zn}& 1\end{array}\right]& \mathrm{\Δ}\mathrm{\ρ}=\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\Δ\ρ}}_1\\ {\mathrm{\Δ\ρ}}_2\\ .\\ .\\ .\\ {\mathrm{\Δ\ρ}}_n\end{array}\right]\end{array}$

接收机钟差为

所述钟漂解算单元通过最小二乘法得到接收机的钟漂，公式如下：

g＝(H^TH)^-1Hd

其中，

$\begin{array}{cc}d=\left[\begin{array}{c}{d}_1\\ d_2\\ .\\ .\\ .\\ d_n\end{array}\right]& g=\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{x}}_u\\ {\stackrel{\·}{y}}_u\\ {\stackrel{\·}{z}}_u\\ -c{\stackrel{\·}{t}}_u\end{array}\right]\end{array}.$

10.如权利要求6所述的卫星导航接收机，其特征在于，所述钟差解算单元在所述接收机位置解算方程组中所添加的高程方程为：

Δρ＝a_xΔx_u+a_yΔy_u+a_zΔz_u

其中，

$a_x=\frac{0-{\hat{x}}_u}{\hat{r}},a_y=\frac{0-{\hat{y}}_u}{\hat{r}},$

$a_z=\frac{0-({\hat{z}}_u+N*e^2*sin(lat))}{\hat{r}}*\left(1+\frac{N*e^2}{N*(1-e^2)+alt}\right)$

$\mathrm{\Δ}\mathrm{\ρ}=alt+N-\hat{r}$

$N=\frac{CGS2000\_A}{\sqrt{1-e^2*{\sin }^2\left(lat\right)}}$

$\hat{r}=\sqrt{{{\hat{x}}_u}^2+{{\hat{y}}_u}^2+{\left({\hat{z}}_u+N*e^2*\sin \left(lat\right)\right)}^2}$

CGS2000_A＝6378137.

e²＝CGS2000_F*(2-CGS2000_F)

CGS2000_F＝(1./298.257222101)

lat为接收机的纬度，在每次迭代过程中由接收机近似位置经过转换获得；

alt为接收机的高度；

增加的H中的一行为[a_x a_y a_z 0]；

所述钟漂解算单元在所述接收机速度解算方程组中所添加的高程方程为：d_j＝0

增加的H中的一行为[a_x a_y a_z 0]。