CN109856646B - 一种高精度卫星导航信号间相对时延控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高精度卫星导航信号间相对时延控制方法，包括步骤如下：根据两路卫星导航信号生成的时钟频率，确定初步调整阈值；在这两个时钟频率下生成两路伪随机码，根据伪随机码时延差测量结果，通过调整启动信号对生成的伪随机码进行延迟控制；根据调整后时延差测量结果，计算滤波冲激响应以及时延精细调整所需冲激响应参数；将所述滤波冲激响应参数与第一路卫星导航信号卷积，将所述时延精细调整所需冲激响应参数与第二路卫星导航信号卷积；再对所述两路卫星导航信号进行数模转换，即生成所述相对时延精细调整的卫星导航信号。

Description

一种高精度卫星导航信号间相对时延控制方法

技术领域

本发明涉及卫星导航信号生成技术，特别涉及一种高精度卫星导航信号间相对时延同步控制方法。

背景技术

导航信号由多个频点组成，不同频点的基带信号元素不同要求必须在不同时钟域下生成信号，从而导致不同时钟域下信号存在时延差。如何通过相对时延控制缩小该时延差是信号生成必须解决的问题。

当前，一般采用的办法是使用第三方启动信号，但是这样存在亚稳态问题，最多只能将相对时延控制在一个时钟周期之内，不满足同步性要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：本发明结合卫星导航信号生成的特点，提出一种高精度卫星导航信号相对时延控制方法，结合了卫星导航信号特有的性质，以此提高卫星发射端信号质量，保证高精度定位领域应用性能。

本发明采用的技术方案是：一种高精度卫星导航信号间相对时延控制方法，包括步骤如下：

步骤1、根据两路卫星导航信号生成的时钟频率f₁、f₂，确定初步调整阈值；

步骤2、在上述两个时钟频率f₁、f₂下生成两路伪随机码，根据伪随机码时延差测量结果，通过调整启动信号对生成的伪随机码进行延迟控制，获得伪随机码延迟控制量；

步骤3、根据调整后时延差测量结果，计算滤波冲激响应参数以及时延精细调整所需冲激响应参数；

步骤4、将所述滤波冲激响应参数与第一路卫星导航信号卷积，将所述时延精细调整所需冲激响应参数与第二路卫星导航信号卷积；

步骤5、对步骤4中获得的两路卫星导航信号进行数模转换，生成精细同步的卫星导航信号。

所述初步调整阈值是根据两路卫星导航信号生成的时钟频率的最大公约数确定的，方法如下：

两路卫星导航信号生成的两个时钟频率f₁、f₂的最大公约数频率为f_y，其周期为T_y，T_y＝M·T₁＝N·T₂；

其中，M和N为正整数；T₁为时钟频率f₁对应的周期，T₂为时钟频率f₂对应的周期；f₁＜f₂；

计算

[x(1)，ind(1)]＝min{abs[1T₁-[0 1 2 … N]·T₂]}，

[x(2)，ind(2)]＝min{abs[2T₁-[0 1 2 … N]·T₂]}，

[x(M-1)，ind(M-1)]＝min{abs[(M-1)T₁-[0 1 2 … N]·T₂]}；

其中，min{}表示取集合中的绝对值最小值及其索引，abs[]表示取绝对值；x()表示取得的绝对值最小值，ind()表示该绝对值最小值的索引；

计算[y，indy]＝min{x(1)，x(2)，x(3)，...x(M-1)}，则初步调整阈值为y/2。

所述伪随机码或卫星导航信号在监测到启动信号第一个上升沿时开始生成，调整启动信号指延迟一个或者多个时钟周期。

所述步骤2中，延迟控制量的计算方法如下：

(2.1)在f₁、f₂两个时钟域下生成两路伪随机码，以一个第三方钟为测量时刻测量两路伪随机码时延差，通过调整启动信号使f₁时钟域下的伪随机码超前f₂时钟域下的伪随机码；

(2.2)记录f₁时钟域下的伪随机码与f₂时钟域下的伪随机码的时延值t₁，判断t₁，是否小于y/2，小于则调整结束，不小于则进入下一步；

(2.3)延迟f₂时钟域下的伪随机码一个时钟周期，记录f₁时钟域下的伪随机码与f₂时钟域下的伪随机码的时延值t₂，判断t₂是否小于y/2，小于则调整结束，不小于则进入下一步；

(2.4)重复(2.3)，直至f₂时钟域下的伪随机码延迟了N次；

(2.5)延迟f₁时钟域下伪随机码一个时钟周期，重复步骤(2.2)～步骤(2.4)；

(2.6)重复步骤(2.5)，直至f₁时钟域下的伪随机码延迟了M次；

(2.7)记录最终小于y/2的f₁时钟域下的伪随机码与f₂时钟域下的伪随机码的时延值τ，得到延迟控制量。

所述步骤3中，滤波冲激响应参数以及时延精细调整所需冲激响应参数的计算方法如下：

f1时钟域下进行时延调整的冲激响应，得到滤波冲激响应参数h₁(n)：

其中，K≥50，K＝kM，k为正整数，n∈{0，1，2，...，2K}，f_c1≤f₁/2；f_c1为第一路卫星导航信号的单边带宽；

f₂时钟域下进行时延精确调整的冲激响应，得到时延精细调整所需冲激响应参数h₂(n-τ)：

其中，f_c2为第二路卫星导航信号的单边带宽。

所述步骤4中的卷积所用结构为FIR结构，在各自时钟域实现。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

通过采用本发明的技术方案，通过进行在线精细测量，可实时获取两路导航信号精确时延；通过延迟控制和时延精确调整，结合闭环和开环环节，将两个时钟域调制信号相对时延可以控制在较小范围，可小于0.1ns。这在高精度双频精密单点定位中，可以有效提升定位精度和收敛时间，使信号可直接应用于无人驾驶等实时应用领域。

附图说明

图1是根据本发明的卫星导航信号间相对时延控制方法的示意图。

图2是根据本发明的实施例计算得到的冲激响应以及时延精细调整所需冲激响应参数。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：

如图1所示，是根据本发明的实施例的方法实施框图。一种高精度卫星导航信号间相对时延控制方法，包括步骤如下：

步骤1、根据所要生成的两个时钟频率f₁、f₂确定初步调整阈值；

初步调整阈值是根据两路卫星导航信号生成的时钟频率的最大公约数确定的，其中，

两路卫星导航信号生成的时钟频率为

f₁，其周期为T₁，

f₂，其周期为T₂，且f₁＜f₂

两个频率的最大公约数频率为f_y，其周期为T_y。因此，T_y＝M·T₁＝N·T₂，其中，M和N为正整数。

计算

[x(1)，ind(1)]＝min{abs[1T₁-[0 1 2 … N]·T₂]}

[x(2)，ind(2)]＝min{abs[2T₁-[0 1 2 … N]·T₂]}

……

[x(M-1)，ind(M-1)]＝min{abs[(M-1)T₁-[0 1 2 … N]·T₂]}其中，min{}表示取集合中的绝对值最小值及其索引，abs[]表示取绝对值。x()表示取得的绝对值最小值，ind()表示该绝对值最小值的索引；

计算

[y，indy]＝min{x(1)，x(2)，x(3)，...x(M-1)}

y/2即为初步调整阈值阈值。

步骤2、在这两个时钟频率下生成两路伪随机码，使用第三方时钟对两路伪随机码进行相位测量以确定时延差；

步骤3、调整启动信号使f₁域下伪码超前f₂域下伪码；

所述启动信号就是一个该时钟域下的高电平脉冲，持续一个时钟周期，其中，伪随机码或卫星导航信号在监测到启动信号第一个上升沿时开始生成，调整启动信号即是延迟一个或者多个时钟周期。

步骤4、记录f₁域下伪码-f₂域下伪随机码时延差值为t₁，判断是否小于y/2，小于则调整结束，不小于则进入下一步；

步骤5、延迟f₂时钟域下伪随机码一个时钟周期，记录f₁域下伪码-f₂域下伪码时延值为t₂，判断是否小于y/2，小于则调整结束，不小于则进入下一步；

步骤6、返回步骤5，直至f₂时钟域下伪随机码延迟了N次；

步骤7、延迟f₁时钟域下伪随机码一个时钟周期，重复步骤4～步骤6；

步骤8、返回步骤7，直至f₁时钟域下伪随机码延迟了M次；

步骤9、记录最终小于y/2的f₁域下伪码-f₂域下伪随机码时延值为τ；

步骤10、在启动信号后进行两路卫星导航信号生成；

步骤11、实时计算滤波冲激响应参数以及时延精细调整所需冲激响应参数，按照数字计算有效位数进行量化和截断；

滤波冲激响应参数以及时延精细调整所需冲激响应参数是通过实时计算得到的，其中，

f₁时钟域下进行时延调整的冲激响应，得到滤波冲激响应参数h₁(n)：

其中，K≥50，K＝kM，k为正整数，n∈{0，1，2，...，2K}，f_c1≤f₁/2，f_c1为第一路卫星导航信号的单边带宽；

f₂时钟域下进行时延精确调整的冲激响应，得到时延精细调整所需冲激响应参数h₂(n-τ)：

其中，f_c2≤f₂/2，f_c2为第二路卫星导航信号的单边带宽。

应用时需要按照数字计算有效位数进行量化和截断使用。

步骤12、将所述滤波冲激响应参数与第一路卫星导航信号卷积，将所述时延精细调整所需冲激响应参数与第二路卫星导航信号卷积；

卷积所用结构为FIR(Finite Impulse Response有限冲激响应)结构，在各自时钟域实现。

步骤13、将卫星导航信号数模转换输出。

实施例：

本发明提供了一种卫星导航信号间相对时延控制方法，包括步骤如下：

设两个信号生成时钟频率为122.76MHz(周期约为T₁＝8.146ns)和163.68MHz(周期约为T₂＝6.109ns)，则其最大公约数频率为40.92MHz，则T_y＝M·T₁＝N·T₂＝3·T₁＝4·T₂＝24.44ns。

计算

[x(1)，ind(1)]＝min{abs[1T₁-[0 1 2 … N]·T₂]}

[x(2)，ind(2)]＝min{abs[2T₁-[0 1 2 … N]·T₂]}

……

[x(M-1)，ind(M-1)]＝min{abs[(M-1)T₁-[0 1 2 … N]·T₂]}

有表：

其中第一行绝对值最小值为2.037，第二行绝对值最小值为-2.035，因此该步调整的阈值为2.035/2＝1.017ns，即最大精度为1.017ns。

在这两个时钟频率下生成两路伪随机码，使用第三方时钟对两路伪随机码进行相位测量以确定时延差；

调整启动信号使两路伪随机码时延差小于所算阈值；

实时计算滤波冲激响应以及时延精细调整所需冲激响应参数，按照数字计算有效位数进行量化和截断；

将所述滤波冲激响应参数与第一路卫星导航信号卷积，将所述时延精细调整所需冲激响应参数与第二路卫星导航信号卷积；

最后将卫星导航信号数模转换输出。

图2是根据本发明的实施例计算得到的冲激响应以及时延精细调整所需冲激响应参数。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域技术人员的公知技术。

Claims (6)

1.一种高精度卫星导航信号间相对时延控制方法，其特征在于，包括步骤如下：

步骤1、根据两路卫星导航信号生成的时钟频率f₁、f₂，确定初步调整阈值；

步骤2、在上述两个时钟频率f₁、f₂下生成两路伪随机码，根据伪随机码时延差测量结果，通过调整启动信号对生成的伪随机码进行延迟控制，获得伪随机码延迟控制量；

步骤3、根据调整后时延差测量结果，计算滤波冲激响应参数以及时延精细调整所需冲激响应参数；

步骤4、将所述滤波冲激响应参数与第一路卫星导航信号卷积，将所述时延精细调整所需冲激响应参数与第二路卫星导航信号卷积；

步骤5、对步骤4中获得的两路卫星导航信号进行数模转换，生成精细同步的卫星导航信号。

2.根据权利要求1所述的一种高精度卫星导航信号间相对时延控制方法，其特征在于，所述初步调整阈值是根据两路卫星导航信号生成的时钟频率的最大公约数确定的，方法如下：

两路卫星导航信号生成的两个时钟频率f1、f2的最大公约数频率为f_y，其周期为T_y，T_y＝M·T₁＝N·T₂；

其中，M和N为正整数；T₁为时钟频率f₁对应的周期，T₂为时钟频率f₂对应的周期；f₁＜f₂；

计算

[x(1)，ind(1)]＝min{abs[1T₁-[012…N]·T₂]}，

[x(2)，ind(2)]＝min{abs[2T₁-[012…N]·T₂]}，

[x(M-1)，ind(M-1)]＝min{abs[(M-1)T₁-[012…N]·T₂]}；

其中，min{ }表示取集合中的绝对值最小值及其索引，abs[]表示取绝对值；x()表示取得的绝对值最小值，ind()表示该绝对值最小值的索引；

计算[y，indy]＝min{x(1)，x(2)，x(3)，...x(M-1)}，则初步调整阈值为y/2。

3.根据权利要求1或2所述的一种高精度卫星导航信号间相对时延控制方法，其特征在于，所述伪随机码或卫星导航信号在监测到启动信号第一个上升沿时开始生成，调整启动信号指延迟一个或者多个时钟周期。

4.根据权利要求3所述的一种高精度卫星导航信号间相对时延控制方法，其特征在于，所述步骤2中，延迟控制量的计算方法如下：

(2.1)在f1、f2两个时钟域下生成两路伪随机码，以一个第三方钟为测量时刻测量两路伪随机码时延差，通过调整启动信号使f₁时钟域下的伪随机码超前f₂时钟域下的伪随机码；

(2.2)记录f₁时钟域下的伪随机码与f2时钟域下的伪随机码的时延值t₁，判断t₁，是否小于y/2，小于则调整结束，不小于则进入下一步；

(2.3)延迟f2时钟域下的伪随机码一个时钟周期，记录f₁时钟域下的伪随机码与f₂时钟域下的伪随机码的时延值t₂，判断t₂是否小于y/2，小于则调整结束，不小于则进入下一步；

(2.4)重复(2.3)，直至f₂时钟域下的伪随机码延迟了N次；

(2.5)延迟f₁时钟域下伪随机码一个时钟周期，重复步骤(2.2)～步骤(2.4)；

(2.6)重复步骤(2.5)，直至f1时钟域下的伪随机码延迟了M次；

(2.7)记录最终小于y/2的f₁时钟域下的伪随机码与f2时钟域下的伪随机码的时延值τ，得到延迟控制量。

5.根据权利要求4所述的一种高精度卫星导航信号间相对时延控制方法，其特征在于：所述步骤3中，滤波冲激响应参数以及时延精细调整所需冲激响应参数的计算方法如下：

f₁时钟域下进行时延调整的冲激响应，得到滤波冲激响应参数h₁(n)：

其中，K≥50，K＝kM，k为正整数，n∈{0，1，2，...，2K}，f_c1≤f₁/2；f_c1为第一路卫星导航信号的单边带宽；

f₂时钟域下进行时延精确调整的冲激响应，得到时延精细调整所需冲激响应参数h₂(n-τ)：

其中，f_c2为第二路卫星导航信号的单边带宽。

6.根据权利要求5所述的一种高精度卫星导航信号间相对时延控制方法，其特征在于，所述步骤4中的卷积所用结构为FIR结构，在各自时钟域实现。

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