一种用于GPS接收机对本地晶体振荡器频率进行自校正的方法技术

本发明专利技术公开了一种应用于ＧＰＳ接收机系统中，对本地晶体振荡器的频率偏差进行自校正的方法。包括首先通过冷启动或其它方式获得定位信息，然后选择某个具体的获得跟踪及导航电文下载完毕的ＧＰＳ卫星进行计算，先计算出这颗ＧＰＳ卫星的准确的多普勒频率偏移信息。然后计算出本地晶体振荡器的频率偏差导致射频前端的下变频操作时产生的频率偏差。再计算出本地晶体振荡器的频率偏差导致的在ＧＰＳ接收机基带处理部分数字下变频操作时产生的频率偏差，根据两者的关系，在利用计算出的ＧＰＳ卫星的真实多普勒频偏，从而计算出本地晶体振荡器的频率偏差。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及全球定位系统(GPS)，更明确的说，涉及用于GPS接收机系统中本地的晶体振荡器频率的自校正的方法。
技术介绍
全球定位系统-GPS，是一种可以定时和测距的空间交会定点导航系统，它可以向全球用户提供连续、实时、高精度的三维位置、三维速度和时间信息，满足军事部门和民用部门的需要。 GPS卫星的核心设备是高精度的铯/铷原子钟(稳定度为10-13～10-14)，发射标准的频率信号，为GPS定位提供高精度的时间标准。 GPS接收机利用本地的射频前端系统，接收GPS卫星发射信号，并进行解调，包括对载波信号以及伪噪声随机码的解调，最终利用解调信息进行定位计算。其中对载波信号和伪随机码序列的解调是GPS接收机的核心和关键。由于GPS卫星信号为高精度的标准频率信号，因此为了快速准确的捕获和跟踪GPS卫星，在本地接收机的射频前端及基带处理所用的时钟的要求就相当高。使用偏差较大的晶体振荡器产生GPS接收机系统所用时钟，可能会加大GPS卫星的捕获时间甚至导致GPS卫星的捕获失败。但是选择一个满足GPS接收机系统需要的高精度的晶体振荡器从成本和实际操作上讲，都是不太现实的，首先高精度的晶体振荡器的成本要远高于普通精度的晶体振荡器。其次，由于晶体振荡器的个体差异性，即使采用了高精度的晶体振荡器，在不同的GPS接收机上的实际使用的效果也是不甚理想的。 因此为GPS接收机提供高精度的同时又是低成本的晶体振荡器成为GPS接收机的一个研究方向。一种办法是将所使用的晶体振荡器的温度特性存储在存储器中，同时借助一个外部的温度传感器来匹配参考晶体振荡器。这种方法并不精确，同时还需要外部的存储器和温度传感器支持。另一种解决办法是使用地面的其它具有精确时钟振荡的通讯网络，利用其精确的载波频率，来对本地的GPS接收机的晶体振荡器的频率进行校正。这种办法需要增加硬件系统，同时计算也相当复杂。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供了一种用于GPS接收机中的晶体振荡器频率自校正的方法。该方法的原理是利用GPS卫星信号的射频前端和基带处理系统的相互关系，测量和计算本地GPS接收机的晶体振荡器的精确频率，可以完成快速的准确的GPS卫星的捕获和接收以及接收机位置的精确计算。 下面详细介绍本专利技术的具体技术方案 一种用于GPS接收机中的晶体振荡器频率自校正的方法，该方法包括 GPS接收机系统的设置步骤； GPS接收机对卫星跟踪和定位步骤； 利用GPS接收机中的晶体振荡器对频偏进行自校正步骤； 其特征在于， 所述GPS接收机系统在设置时，对于接收和处理GPS卫星信号的射频前端部分和GPS信号基带处理部分统一使用一个标准的本地晶体振荡器产生的时钟； 所述利用GPS接收机中的晶体振荡器对频偏进行自校正步骤还包括 (1)在GPS接收机完成定位后，利用获得的其中某颗GPS卫星的星历，以及获得的定位信息和时间信息，可以较为精确的计算出这颗GPS卫星真实和准确的多普勒频率偏移； (2)利用射频前端处理部分的下变频器分频比参数，推导出本地晶体振荡器与标准频率的偏差对GPS卫星信号经下变频后获得的数字中频与标准频率的偏差影响的关系式；假设本地晶体振荡器的偏差为CLKS，则下变频后获得的数字中频与标准频率的偏差的dFC为 dFC＝CLKS×MULP (3)再利用GPS基带处理器内部的载波生产电路与控制器的配置关系。推导出本地晶体振荡器与标准频率的偏差对载波恢复时，实际产生的载波频率与目标配置的载波频率的关系式；设NCO为控制器对基带处理器配置的NCO参数值，clk为本地晶体振荡器产生的系统时钟，在这里就等于标准的时钟标称值FCLK加上时钟偏差值CLKS，fc是最终获得信号的载波频率。 (4)结合已经获得正确的GPS卫星的多普勒频率偏移值，晶体振荡器对数字中频的频偏影响关系和对载波恢复产生的频偏影响关系，计算出本地晶体振荡器与标准频率的偏差值，利用此计算的偏差值在以后的GPS接收机工作操作中直接使用，以实现提高GPS接收机捕获和跟踪卫星所需时间和准确度。 上述方法中，所述GPS接收机对卫星跟踪和定位是通过接收机的冷启动或其它方式来捕获GPS卫星来定位，且至少跟踪到三颗及以上GPS卫星，并获得了GPS卫星的星历和历书信息。 本专利技术的优点为 一，本专利技术所述方法计算方式简单易行，计算量较小。 二，本专利技术所述方法实施方便，无需添加和消耗额外的硬件设备。 三，本专利技术所述方法的计算结果精确，准确性很高。 四，本专利技术所述方法的适用范围广泛。适用于其他各种的卫星定位系统和时间校正系统。 附图说明 以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本专利技术。 图1为本专利技术所涉及的GPS接收机系统框图。 图2为本专利技术中GPS基带处理器内部的GPS信号基带预处理框图。 图3为本专利技术实施例中采用的载波重现的装置-数字频率振荡器(NCO)的结构框图。 图4为本专利技术的流程图。 具体实施例方式 为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本专利技术。 如图1所示，本专利技术方法基于一个完整的GPS接收机系统，对于接收和处理GPS卫星信号的射频前端部分和GPS信号基带处理部分统一使用一个标准的本地晶体振荡器产生的时钟。这样本地晶体振荡器的频率偏差同时影响了射频接收部分的下变频操作和基带处理部分的数字下变频操作。 另外，在射频前端部分，系统时钟用于GPS载波信号的下变频操作和数字中频采样，在基带处理器部分，系统时钟用于GPS信号的数字中频的载波恢复和伪随机码序列恢复操作，以及量化积分操作和一些时基产生。 同时，对于基带处理器的工作状态操作由控制器完成，包括对基带处理器中的载波频率和码序列频率的配置和产生，积分的工作状态控制，以及获得GPS数据信号的处理等操作。 如图2所示，该过程包括了数字中频IF的输入，载波的重现和剥离，伪随机码的重现和剥离，通过对相关后的信号积分操作，最终获得GPS的数据包络输出。这里的载波和伪随机码的剥离直接影响到GPS基带处理的相关特性，进而影响到GPS卫星的捕获和跟踪。 图3所示，该图为本实施方式采用的载波重现的装置-数字频率振荡器(NCO)的结构框图(NCO是数字控制振荡器的缩写)，用于产生需要的周期特性。 该过程通过改变输入的频率选择数字来改变输出高位的周期。根据公式 上述公式中N为NCO内部累加器宽度，Δ为相位增量，由外部置入。频率误差精度为 也就是说通过相位增量Δ的累加，实现在Tout时间内，完成一次输出高位0和1的包络。 由于系统时钟是由外部晶体振荡器获得，因而外部晶振的精度直接影响到整个系统运行。而外部晶振的偏差若在一定范围内，系统虽不能进行正确的热启动和温启动，但仍能进行冷启动。而系统所能进行冷启动的时钟偏差范围则由冷启动中的搜索范围来决定。 因此在系统时钟有偏差导致系统只能进行冷启动的情况下，在冷启动成功后如何获得正确的时钟偏差并有效保存以备下次系统启动时可以正确的热启动或温启动是个系统的重要功能。 如图4所示，本专利技术方法的步骤依次包括 1.启动GPS接收机，通过冷启动或是其他的方式进行卫星的捕获操作，并捕获到卫星。 2.在捕获了超过3颗本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于ＧＰＳ接收机中的晶体振荡器频率自校正的方法，该方法包括：　　　　ＧＰＳ接收机系统的设置步骤；　　　　ＧＰＳ接收机对卫星跟踪和定位步骤；　　　　利用ＧＰＳ接收机中的晶体振荡器对频偏进行自校正步骤；　　　　其特征在于，　　　　所述ＧＰＳ接收机系统在设置时，对于接收和处理ＧＰＳ卫星信号的射频前端部分和ＧＰＳ信号基带处理部分统一使用一个标准的本地晶体振荡器产生的时钟；　　　　所述利用ＧＰＳ接收机中的晶体振荡器对频偏进行自校正步骤还包括：　　　　（１）在ＧＰＳ接收机完成定位后，利用获得的其中某颗ＧＰＳ卫星的星历，以及获得的定位信息和时间信息，可以较为精确的计算出这颗ＧＰＳ卫星真实和准确的多普勒频率偏移；　　　　（２）利用射频前端处理部分的下变频器分频比参数，推导出本地晶体振荡器与标准频率的偏差对ＧＰＳ卫星信号经下变频后获得的数字中频与标准频率的偏差影响的关系式；假设本地晶体振荡器的偏差为ＣＬＫＳ，则下变频后获得的数字中频与标准频率的偏差的ｄＦＣ为　　　　ｄＦＣ＝ＣＬＫＳ×ＭＵＬＰ　　　　（３）再利用ＧＰＳ基带处理器内部的载波生产电路与控制器的配置关系。推导出本地晶体振荡器与标准频率的偏差对载波恢复时，实际产生的载波频率与目标配置的载波频率的关系式；设ＮＣＯ为控制器对基带处理器配置的ＮＣＯ参数值，ｃｌｋ为本地晶体振荡器产生的系统时钟，在这里就等于标准的时钟标称值ＦＣＬＫ加上时钟偏差值ＣＬＫＳ，ｆｃ是最终获得信号的载波频率。　　　　ｆｃ＝ＮＣＯ／２↑［Ｎ］ｃｌｋ＝ＮＣＯ／２↑［Ｎ］（ＦＣＬＫ＋ＣＬＫＳ）　　　　（４）结合已经获得正确的ＧＰＳ卫星的多普勒频率偏移值，晶体振荡器对数字中频的频偏影响关系和对载波恢复产生的频偏影响关系，计算出本地晶体振荡器与标准频率的偏差值，利用此计算的偏差值在以后的ＧＰＳ接收机工作操作中直接使用，以实现提高ＧＰＳ接收机捕获和跟踪卫星所需时间和准确度。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘春晖，杨一茜，李兴仁，金荣伟，林锦麟，张达文，杨峻，
申请(专利权)人：上海华龙信息技术开发中心，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]