多模卫星导航接收机的时延绝对校准方法技术

本发明专利技术提供了一种多模卫星导航接收机的时延绝对校准方法，首先接收机输出的伪距测量值，然后通过接收机复现1PPS信号从生成到实际输出的延迟，最终得到接收机时延。本发明专利技术利用卫星信号模拟器全面校准接收机在不同系统、不同频段、不同伪码下的绝对时延，包括接收通道时延和1PPS链路时延，同时还能够校准接收机在不同参考信号相位差下的时延偏差。这种方法不仅适用于各种类型的接收机，还可应用于导航卫星及综合基带的时延校准。

【技术实现步骤摘要】
多模卫星导航接收机的时延绝对校准方法
本专利技术涉及一种多模卫星导航接收机的高精度时延标定方法，尤其是能精确校准接收机在不同系统、不同频段、不同伪码下的绝对时延。
技术介绍
接收机的时延校准一直是导航领域的一个难点，目前较为普遍的方法有相对时延校准，通过同源零基线比对的手段获取接收机之间的时延偏差。这种方法虽然操作简单，但只能获得待测接收机与参考接收机的相对时延，且校准误差难以从系统差中分离，主要应用于卫星双向、共视比对等时间传递方面。对于多模卫星导航接收机而言，很多场合(如地面站时差监测、卫星通道零值标定等)需要获得接收机的绝对时延，这是相对时延校准所无法做到的。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种多模卫星导航接收机的时延绝对校准方法，利用卫星信号模拟器实现接收机时延的绝对校准，接收机接收卫星信号模拟器发送的导航信号，通过伪距测量和1PPS信号比对综合得到接收机的绝对时延。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：(1)接收机输出的伪距测量值ρu＝ρs+c·τchan+TtC，其中ρs为模拟器输出的伪距参考值，c为电波传播速度，τchan为接收通道时延，TtC为信号到达接收端的发射时延；对于外部有1PPS信号输入的接收机而言，接收通道时延τchan＝(ρu-ρs)/c-TtC；对于外部无1PPS信号输出的接收机而言，接收通道时延τchan＝(ρu-ρs)/c；(2)1PPS链路时延指接收机复现1PPS信号从生成到实际输出的延迟，利用计数器测量模拟器1PPS信号与接收机输出1PPS信号的偏差τTIC；接收机跟踪导航信号，解算的钟差tu-ts为接收机时间与导航信号零值的偏差，得到1PPS链路时延τ1PPS＝τTIC+(tu-ts)-TtC；(3)计算接收机时延τREV＝τchan+τ1PPS。本专利技术的有益效果是：(1)可以精确校准多模卫星导航接收机在不同导航系统信号体制下的绝对时延；(2)并且能够标较接收机在不同参考信号相位差下的时延偏差；(3)这种方法不仅适用于接收机的时延校准，反过来还可应用于卫星端的时延校准。附图说明图1是模拟器自校准的原理图；图2是绝对校准的原理图；图3是GPSL1/L2通道时延示意图；图4是GLONASSL1频间偏差示意图；图5是GPS/GLONASS内部系统偏差示意图；图6是1PPS链路时延示意图；图7是外部参考信号相位差(TtP)的定义示意图；图8是不同TtP下的通道时延偏差示意图；图9是不同TtP下的1PPS链路时延偏差示意图；图10是1PPS信号输出链路时延的校准方法示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明，本专利技术包括但不仅限于下述实施例。绝对校准前需要对模拟器进行自校准，测量模拟器输出信号到达接收机的时延。待接收机定位成功后，接收机与模拟器输出的伪距测量值计算得到接收机的通道时延，而计数器测量接收机与模拟器输出1PPS信号的时差得到1PPS链路时延，通道时延加上1PPS链路时延就是接收机的绝对时延。同时改变接收机外部参考信号的相位关系，标较接收机在不同参考信号相位差下的时延偏差。上述操作每次只能校准接收机在一种信号类型下的时延，对模拟器输出的信号体制进行调整，多次校准即可得到接收机在不同信号类型下的时延。在图1中，模拟器仅开通1颗卫星，将各通道卫星状态设置成GEO，关闭导航电文和大气层模型，导航信号仅调制伪码与一个频段的载波。考虑模拟器输出信号的功率过低导致示波器无法捕获到真实信号，因此在模拟器输出端串联一个放大器，将功率放大后的导航信号和模拟器1PPS信号分别送入示波器的A，B通道。通过示波器测量模拟器输出信号码相位翻转点相对1PPS信号上升沿的时延(又称TtC：Time-to-Code)，得到模拟器输出信号到达接收机的发射时延TtC，从而完成模拟器的自校准。在图2中，铷钟为模拟器和接收机提供外部10MHz时钟参考，其中延迟器对输入到接收机的10MHz外部参考信号进行延迟。模拟器将导航信号和1PSS信号输出给接收机，接收机开机前先用示波器完成模拟器自校准，待接收机运行稳定后采集接收机器输出的伪距测量值，并用计数器测量模拟器与接收机输出1PPS信号的时差值。图3至图6分别为某款接收机测试得到的GPSL1/L2通道时延、GLONASSL1频间偏差，GPS/GLONASS内部系统偏差和1PPS链路时延。某些接收机需要接收外部参考1PPS时间信号与10MHz频率信号，由于参考可能不同源、传输电缆延迟等原因的影响，二者会存在相位差，称之为TtP(Time-to-Phase)，TtP会对接收机时延产生影响，如图7所示。在图7中，通过延迟器改变10MHz外部参考信号的相位，标记出到达接收机端的10MHz与1PPS信号相位差(又称TtP：Time-to-Phase)，随后分别记录不同TtP值(0～100ns)状态下接收机的绝对时延，换算得到时延偏差。图8和图9为某款接收机在不同TtP下的通道时延偏差和1PPS链路时延偏差。本专利技术的具体步骤如下：(1)接收机输出的伪距测量值用公式可以表达为：ρu＝ρs+c·τsim+TtC(1)；其中ρs为模拟器输出的伪距参考值，τchan为接收通道时延，TtC为信号到达接收端的发射时延；(2)对于外部有1PPS信号输入的接收机而言，接收机通道时延τchan为：τchan＝(ρu-ρs)/c-TtC(2)；(3)对于外部无1PPS信号输出的接收机而言，接收机时间驾驭至导航系统时间，与发射时延无关，则接收通道时延为：τchan＝(ρu-ρs)/c(3)；(4)1PPS链路时延指接收机复现1PPS信号从生成到实际输出的延迟，利用计数器测量模拟器1PPS信号与接收机输出1PPS信号的偏差τTIC，计算方法如图10所示。接收机跟踪导航信号，解算的钟差(tu-ts)实际为接收机时间与导航信号零值的偏差，如果接收机输出的1PPS信号不存在延迟，则τTIC+(tu-ts)＝TtC，但链路时延τ1PPS的影响，导致τTIC+(tu-ts)＞TtC，因此1PPS链路时延为：τ1PPS＝τTIC+(tu-ts)-TtC(4)；(5)将两部分结果相加得到接收机时延τREV：τREV＝τchan+τ1PPS(5)。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多模卫星导航接收机的时延绝对校准方法，其特征在于包括下述步骤：(1)接收机输出的伪距测量值ρu＝ρs+c·τchan+TtC，其中ρs为模拟器输出的伪距参考值，c为电波传播速度，τchan为接收通道时延，TtC为信号到达接收端的发射时延；对于外部有1PPS信号输入的接收机而言，接收通道时延τchan＝(ρu‑ρs)/c‑TtC；对于外部无1PPS信号输出的接收机而言，接收通道时延τchan＝(ρu‑ρs)/c；(2)1PPS链路时延指接收机复现1PPS信号从生成到实际输出的延迟，利用计数器测量模拟器1PPS信号与接收机输出1PPS信号的偏差τTIC；接收机跟踪导航信号，解算的钟差tu‑ts为接收机时间与导航信号零值的偏差，得到1PPS链路时延τ1PPS＝τTIC+(tu‑ts)‑TtC；(3)计算接收机时延τREV＝τchan+τ1PPS。

【技术特征摘要】
1.一种多模卫星导航接收机的时延绝对校准方法，其特征在于包括下述步骤：(1)接收机输出的伪距测量值ρu＝ρs+c·τchan+TtC，其中ρs为模拟器输出的伪距参考值，c为电波传播速度，τchan为接收通道时延，TtC为信号到达接收端的发射时延；对于外部有1PPS信号输入的接收机而言，接收通道时延τchan＝(ρu-ρs)/c-TtC；对于外部无1PPS信号输出的接收机而言，...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱峰，张慧君，李孝辉，黄璐希，许龙霞，
申请(专利权)人：中国科学院国家授时中心，
类型：发明
国别省市：陕西,61