CN109143283A - 一种为精密授时提供高精度pps的卫星接收机的设计方法 - Google Patents

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邱烺
杨荣仕
文承淦
崔东旭
王超
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Nanjing Tianchen Li Electronic Technology Co Ltd
Shanghai Huace Navigation Technology Ltd
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Abstract

本发明提供了一种为精密授时提供高精度PPS的卫星接收机的设计方法，包括以下步骤：步骤(1)：捕获并跟踪当前时间段内的所有可见卫星；步骤(2)：计算接收机当前位置和接收机钟差、接收机钟漂；步骤(3)：根据接收机钟差钟漂修正系统时间，并根据修正后的系统时间和真实时间的差值修正PPS秒脉冲误差，本发明使用单个接收机输出的高精度PPS秒脉冲实现用户时钟的精确同步，精度达到纳秒级，使用方便、操作简单且精度高。

Description

一种为精密授时提供高精度PPS的卫星接收机的设计方法
技术领域
本发明涉及卫星导航技术的授时技术领域，具体涉及到一种为精密授时提供高精度PPS的卫星接收机的设计方法。
背景技术
随着科学技术的发展，高精度的时间同步以及频率校准在通信、交通、电力以及全网时间同步系统等领域有着越来越广泛的应用，很多的应用领域对时间的精度要求达到纳秒量级，国内很多设备的精度很难达到要求，不能提供准确可靠、性能稳定的授时信号。
随着卫星导航系统的发展，特别是中国北斗二代卫星的高速发展，使用接收机高精度的PPS秒脉冲进行授时的方法具有高可靠性、精度高的特点，对解决我国的通信及国防建设事业对高精度时间同步的需求有着非常重要的意义。
发明内容
针对现有技术存在上述的不足，本发明提供了一种为精密授时提供高精度PPS的卫星接收机的设计方法，本发明使用单个接收机输出的高精度PPS秒脉冲实现用户时钟的精确同步，精度达到纳秒级，使用方便、操作简单且精度高。
本发明的技术方案为，一种为精密授时提供高精度PPS的卫星接收机的设计方法，包括以下步骤：
步骤(1)：捕获并跟踪当前时间段内的所有可见卫星；
步骤(2)：计算接收机当前位置和接收机钟差、接收机钟漂；
步骤(3)：根据接收机钟差钟漂修正系统时间，并根据修正后的系统时间和真实时间的差值修正PPS秒脉冲误差。
上述的设计方法，其中，所述步骤(1)中包括：卫星捕获跟踪模块捕获并跟踪当前时间段内的所有可见星，并提供定位解算所需要的伪距、载波相位、多普勒观测量信息以及计算卫星位置所需要的卫星星历信息。
上述的设计方法，其中，所述步骤(1)中，所述卫星捕获跟踪模块捕获跟踪的卫星包括GPS(L1、L2频点)和北斗(B1、B2、B3频点)卫星。
上述的设计方法，其中，所述步骤(2)中，通过最小二乘法、加权最小二乘法和卡尔曼滤波来计算接收机当前位置和接收机钟差、接收机钟漂。
上述的设计方法，其中，所述计算接收机钟差包括不同频点之间的钟差。
上述的设计方法，其中，所述步骤(3)具体包括：根据接收机钟差钟漂修正的系统时间以GPS系统时间为基准，根据修正后的系统时间和真实时间之间的偏差修正PPS秒脉冲误差。
上述的设计方法，其中，所述步骤(3)中还包括：PPS输出可通过计算不同频点之间的时差来调整以哪个频点为基准输出，所述修正后的PPS秒脉冲精度为5ns(RMS)。
本发明提供的一种为精密授时提供高精度PPS的卫星接收机的设计方法具有以下有益效果：1、使用单个接收机输出的高精度PPS秒脉冲实现用户时钟的精确同步，精度达到纳秒级，使用方便、操作简单且精度高；以及利用北斗卫星和GPS双系统定位，确保PPS输出的连续性及稳定性，使授时具有可靠性好、性能稳定的特点。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明及其特征、外形和优点将会变得更明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未刻意按照比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。
图1为本发明提供的一种为精密授时提供高精度PPS的卫星接收机的设计方法的流程示意图；
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本发明的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
参照图1所示，本发明提供了一种为精密授时提供高精度PPS的卫星接收机的设计方法，包括以下步骤：
步骤(1)：捕获并跟踪当前时间段内的所有可见卫星，具体包括：卫星捕获跟踪模块捕获并跟踪当前时间段内的所有可见星，并提供定位解算所需要的伪距、载波相位、多普勒观测量信息以及计算卫星位置所需要的卫星星历信息，进一步，所述卫星捕获跟踪模块捕获跟踪的卫星包括GPS(L1、L2频点)和北斗(B1、B2、B3频点)卫星；
步骤(2)：计算接收机当前位置和接收机钟差、接收机钟漂，进一步优选，通过最小二乘法、加权最小二乘法和卡尔曼滤波来计算接收机当前位置和接收机钟差、接收机钟漂；以及计算接收机钟差包括不同频点之间的钟差。
步骤(3)：根据接收机钟差钟漂修正系统时间，并根据修正后的系统时间和真实时间的差值修正PPS秒脉冲误差。具体包括：根据接收机钟差钟漂修正的系统时间以GPS系统时间为基准，根据修正后的系统时间和真实时间之间的偏差修正PPS秒脉冲误差，进一步优选，PPS输出可通过计算不同频点之间的时差来调整以哪个频点为基准输出，所述修正后的PPS秒脉冲精度为5ns(RMS)。
以下提供采用本发明的方法与现有的方法应用情况对比，如表1所示
表1
精度 操作 稳定性 可靠性
本发明的方法 纳秒级 简单、方便 优 优
现有的方法 差 复杂 差 差
如表1所示，采用本发明的方法通过使用单个接收机输出的高精度PPS秒脉冲实现用户时钟的精确同步，精度达到纳秒级，使用方便、操作简单且精度高；以及利用北斗卫星和GPS双系统定位，确保PPS输出的连续性及稳定性，使授时具有可靠性好、性能稳定的特点。
以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (7)

1.一种为精密授时提供高精度PPS的卫星接收机的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(1)：捕获并跟踪当前时间段内的所有可见卫星；
步骤(2)：计算接收机当前位置和接收机钟差、接收机钟漂；
步骤(3)：根据接收机钟差钟漂修正系统时间，并根据修正后的系统时间和真实时间的差值修正PPS秒脉冲误差。
2.如权利要求1所述的一种为精密授时提供高精度PPS的卫星接收机的设计方法，其特征在于，所述步骤(1)中包括：卫星捕获跟踪模块捕获并跟踪当前时间段内的所有可见星，并提供定位解算所需要的伪距、载波相位、多普勒观测量信息以及计算卫星位置所需要的卫星星历信息。
3.如权利要求2所述的一种为精密授时提供高精度PPS的卫星接收机的设计方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述卫星捕获跟踪模块捕获跟踪的卫星包括GPS(L1、L2频点)和北斗(B1、B2、B3频点)卫星。
4.如权利要求3所述的一种为精密授时提供高精度PPS的卫星接收机的设计方法，其特征在于，所述步骤(2)中，通过最小二乘法、加权最小二乘法和卡尔曼滤波来计算接收机当前位置和接收机钟差、接收机钟漂。
5.如权利要求4所述的一种为精密授时提供高精度PPS的卫星接收机的设计方法，其特征在于，所述计算接收机钟差包括不同频点之间的钟差。
6.如权利要求5所述的一种为精密授时提供高精度PPS的卫星接收机的设计方法，其特征在于，所述步骤(3)具体包括：根据接收机钟差钟漂修正的系统时间以GPS系统时间为基准，根据修正后的系统时间和真实时间之间的偏差修正PPS秒脉冲误差。
7.如权利要求6所述的一种为精密授时提供高精度PPS的卫星接收机的设计方法，其特征在于，所述步骤(3)中还包括：PPS输出可通过计算不同频点之间的时差来调整以哪个频点为基准输出，所述修正后的PPS秒脉冲精度为5ns(RMS)。
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