CN110646816B - 一种实时高精度卫星接收机本地时间修正方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于一种卫星导航接收机信息处理方法，具体涉及一种实时高精度卫星接收机本地时间修正方法。它包括如下步骤:第一步：修正50ms以内的部分；第二步：修正整50ms部分。本发明的优点是，利用此方法可以实现在卫星接收机定位过程中实时的，高精度的对本地时间进行修正，从而达到卫星接收机本地授时的功能，提高卫星接收机的应用领域。

Description

一种实时高精度卫星接收机本地时间修正方法

技术领域

本发明属于一种卫星导航接收机信息处理方法，具体涉及一种实时高精度卫星接收机本地时间修正方法。

背景技术

2012年12月北斗二号一期正式提供服务，北斗二号卫星导航系统星座一期由14颗卫星构成，即5颗地球静止同步轨道(GEO)卫星，5颗地球倾斜同步轨道(IGSO)卫星和4颗中圆轨道(MEO)卫星。随着“北斗二号”卫星导航系统的投入使用，BD2卫星接收机逐渐在国内外开始投入使用，同时我军导弹武器的导航制导单元中也开始集成了BD2卫星导航单元。BD2卫星导航单元的集成使我国的精确制导武器摆脱了对GPS、GLONASS等卫星导航系统的依赖，实现了卫星导航的独立自主，提高了在战场环境下系统的可用性与可靠性。

随着科学技术的进步，大范围高精度的同步时间系统的建立与应用越来越广泛，而BD卫星系统可以提供全球范围的时间同步服务。在卫星接收机定位后，得到本地位置坐标与本地钟差，传统的授时方式直接将本地钟差补偿到了本地时间系统，使得二者的时间系统达到同步，但是这种方式精度以及实时性不能保证。

在性能上,包括BD2在内的卫星导航用户产品朝着快速定位、高灵敏度、高精度、小型化、低功耗、组合导航等方向发展。随着BD系统的发展，高精度的卫星接收机本地时修正已经应用于多个领域中，对于卫星接收机本地时间的修正方法要求越来越高，应用领域越来越多。

发明内容

本发明的目的是提供一种实时高精度卫星接收机本地时间修正方法，它能够解决卫星接收机本地时间修正不准确的问题。

本发明是这样实现的，一种实时高精度卫星接收机本地时间修正方法，它包括如下步骤：

第一步：修正50ms以内的部分；

第二步：修正整50ms部分。

所述的第一步为修正50ms以内的部分通过调整FPGA TIC计数完成，具体由以下三个寄存器实现：

1)TAR1 TIC周内秒修正寄存器，修正整秒以上部分；

2)TAR0 TIC秒内段修正寄存器，修正0.1ms～1s部分，单位为0.1ms，范围为1～10000；

3)TMCR TIC模配置寄存器，调整0.1ms以下部分，以FPGA工作时钟62M计算，该值正常为6200，表示FPGA计数从0累加到6200后清0，此时TAR0加1，如果需要使本地时变快，则将该值设置为小于6200的数，否则设置为大于6200的数，设置该寄存器只影响当前0.1ms计数，下一个0.1ms计数恢复为6200，

4)调整FPGA TIC计数步骤为：通过对卫星导航定位装置钟差Dt进行修正，将Dt转换成TAR1、TAR0以及TMCR对应的调整量，将对应的调整量置入相应的寄存器中，从而达到调整秒脉冲的目的，

5)需要补充说明的是，在写入TAR0或TAR1后，FPGA PPS和50ms时刻会严格与TIC整50ms对齐，导致第一次修时间后，再次解算的钟差仍可能在ms量级，在第二次修正后，钟差趋于收敛，在1e-7附近。

所述的第二步为经过第一步处理后，PPS输出时刻对应的UTC时间可能差整50ms，修正整50ms部分的方法，定位解算模块每2个50ms进行一次定位解算，在每次50ms中断服务函数中，读取FPGA RD_PPS_AFTER寄存器值tdOrient，该寄存器表征此次50ms为PPS后第几个50ms，范围为0～19，0表示与PPS同时刻的50ms中断，19表示离PPS已经过去950ms，在判断tdOrient％2等于0时，锁存观测量并进入最小二乘解算，此时表示PPS刚过，锁存的观测量和本地时均为整秒时刻，定位解算后输出的UTC时间也为整秒。

本发明的优点是，利用此方法可以实现在卫星接收机定位过程中实时的，高精度的对本地时间进行修正，从而达到卫星接收机本地授时的功能，提高卫星接收机的应用领域。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细介绍：

观测量处理模块得到了卫星导航定位装置的本地时，但该本地时钟差较大，且不是整秒对齐，为了满足卫星导航定位装置对本地时整秒对齐的要求，需对本地时钟进行修正。针对定位解算模块的时间系统及其修正的原理方法，说明如下：

a)卫星接收机的PPS以及定位解算模块的50ms中断均由FPGA给出，前者输出到卫星接收机外部，后者输出给定位解算模块。两者相互关联，即20个50ms中断时产生一次PPS，两者严格同步。定位解算模块的计算频率为10Hz，即每2个50ms进行一次定位解算。

b)卫星接收机的本地时在FPGA中累加，称为FPGA TIC单元。TIC单元在上电时从0开始累加；接收到定位解算模块预置的本地时后，开始以本地时间起点累加；接收到定位解算模块的时间修正指令(在此之前TIC单元与PPS和50ms中断无关联)后，按照整50ms时间调整PPS和50ms中断起点，并且此时PPS严格为UTC的整秒输出。

c)定位解算模块在获取前两颗卫星发射时刻并比较一致后，将得到的周和周内秒按照TIC格式置入FPGA相关寄存器。完成FPGA TIC预置后，定位解算模块每50ms响应FPGA观测量中断后锁存FPGA TIC寄存器，得到累加后的本地时，此时该本地时包含卫星接收机钟差dt，dt表征此时卫星接收机钟与星上原子钟存在的时间差。

d)定位解算模块获取至少4颗卫星的伪距、伪距率和位置速度后进行最小二乘解算，得到载体x、y、z和卫星接收机钟差dt，使用卫星接收机钟差dt进行本地时钟修正。

e)本地时钟修正分为两步，第一步通过对卫星信号处理模块的TIC单元进行操作，进行50ms以内的小幅修正，当修正之后的本地钟差小于0.1μs开始计数，计数超过3次后启动伪距平滑，超过13次后定位信息输出有效，通过第一步操作，PPS与真实整秒对齐，但与FPGA UTC时间间隔变为整50ms，即存在输出的数据包时间信息为0.05s、0.15s而非0.0s、0.1s(10Hz解算)，进入第二步操作；第二步通过调整50ms周期进入定位解算的节奏，将PPS与真实整秒的间隔对齐的同时，输出的UTC时间为0.0s、0.1s、0.2s…1.0s、1.1s…。

按照上述时间修正的原理及方法，一种实时高精度卫星接收机本地时间修正方法，具体实现分为两步：

第一步：修正50ms以内的部分

修正50ms以内的部分通过调整FPGA TIC计数完成，具体由以下三个寄存器实现：

1)TAR1 TIC周内秒修正寄存器，修正整秒以上部分；

2)TAR0 TIC秒内段修正寄存器，修正0.1ms～1s部分，单位为0.1ms，范围为1～10000；

3)TMCR TIC模配置寄存器，调整0.1ms以下部分，以FPGA工作时钟62M计算，该值正常为6200，表示FPGA计数从0累加到6200后清0，此时TAR0加1。如果需要使本地时变快，则将该值设置为小于6200的数，否则设置为大于6200的数。设置该寄存器只影响当前0.1ms计数，下一个0.1ms计数恢复为6200。

4)调整FPGA TIC计数步骤为：通过对卫星导航定位装置钟差Dt进行修正，将Dt转换成TAR1、TAR0以及TMCR对应的调整量，将对应的调整量置入相应的寄存器中，从而达到调整秒脉冲的目的。

5)需要补充说明的是，在写入TAR0或TAR1后，FPGA PPS和50ms时刻会严格与TIC整50ms对齐，导致第一次修时间后，再次解算的钟差仍可能在ms量级，在第二次修正后，钟差趋于收敛，在1e-7附近。

第二步：修正整50ms部分

经过第一步处理后，PPS输出时刻对应的UTC时间可能差整50ms。下面举例说明修正整50ms部分的方法。定位解算模块每2个50ms进行一次定位解算，在每次50ms中断服务函数中，读取FPGA RD_PPS_AFTER寄存器值tdOrient，该寄存器表征此次50ms为PPS后第几个50ms，范围为0～19，0表示与PPS同时刻的50ms中断，19表示离PPS已经过去950ms。在判断tdOrient％2等于0时，锁存观测量并进入最小二乘解算，此时表示PPS刚过，锁存的观测量和本地时均为整秒时刻，定位解算后输出的UTC时间也为整秒。

本发明基于钟差修正，采用本发明方法，实现实时高精度卫星接收机本地时间修正方法，本地时修正后精度达到1e-7。

Claims (1)

1.一种实时高精度卫星接收机本地时间修正方法，其特征在于：它包括如下步骤：

第一步：修正50ms以内的部分；

第二步：修正整50ms部分；

所述的第一步为修正50ms以内的部分通过调整FPGA TIC计数完成，具体由以下三个寄存器实现：

1)TAR1 TIC周内秒修正寄存器，修正整秒以上部分；

2)TAR0 TIC秒内段修正寄存器，修正0.1ms～1s部分，单位为0.1ms，范围为1～10000；

3)TMCR TIC模配置寄存器，调整0.1ms以下部分，以FPGA工作时钟62M计算，该值正常为6200，表示FPGA计数从0累加到6200后清0，此时TAR0加1，如果需要使本地时变快，则将该值设置为小于6200的数，否则设置为大于6200的数，设置该寄存器只影响当前0.1ms计数，下一个0.1ms计数恢复为6200，

4)调整FPGA TIC计数步骤为：通过对卫星导航定位装置钟差Dt进行修正，将Dt转换成TAR1、TAR0以及TMCR对应的调整量，将对应的调整量置入相应的寄存器中，从而达到调整秒脉冲的目的，

5)需要补充说明的是，在写入TAR0或TAR1后，FPGA PPS和50ms时刻会严格与TIC整50ms对齐，导致第一次修时间后，再次解算的钟差仍可能在ms量级，在第二次修正后，钟差趋于收敛，在1e-7附近；

所述的第二步为经过第一步处理后，PPS输出时刻对应的UTC时间可能差整50ms，修正整50ms部分的方法，定位解算模块每2个50ms进行一次定位解算，在每次50ms中断服务函数中，读取FPGA RD_PPS_AFTER寄存器值tdOrient，该寄存器表征此次50ms为PPS后第几个50ms，范围为0～19，0表示与PPS同时刻的50ms中断，19表示离PPS已经过去950ms，在判断tdOrient％2等于0时，锁存观测量并进入最小二乘解算，此时表示PPS刚过，锁存的观测量和本地时均为整秒时刻，定位解算后输出的UTC时间也为整秒。