【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及测量测试，具体涉及一种基于星载gnss高精度实时定轨的授时和守时方法。
技术介绍
1、随着gnss的发展，星载gnss接收机已经成为各类卫星高精度定轨和时频的有效途径，可为卫星提供全天时、全天候、高精度的位置和时间信息，已经得到了广泛应用。随着航天领域对卫星位置和速度精度要求越来越高，对应的各项载荷任务对时间精度也越来越高，不但要具备高精度授时功能，还要在导航信号中断的条件下具备守时能力，以保证在不同场景或者卫星姿态条件下都能完成各项任务。
2、目前，卫星上的高精度授时主要依赖gnss和星载原子钟，通常是独立的单机组合而成，没有深度融合。常用的星载导航接收机仅提供位置、速度、时间及pps信息，并不输出频率基准信号，而普通的温补晶振和恒温晶振均难以满足星上设备或载荷对频率信号稳定度和准确度的要求，通常要专门搭载星载原子钟，而且普通导航接收机输出的pps精度通常约为100ns，已经无法满足当前卫星载荷对高精度探测精度的需求。同时，星载原子钟体积和重量较大、功耗大、成本很高，很大程度上限制了其应用，也相应地限制了低成本小卫星的载荷探测精度。
3、通用的星载导航接收机通常利用伪距观测值进行定位和定轨，解算出的位置和速度精度较低，且钟差和钟漂等信息无法形成反馈回路，用于修正pps时延，导致授时精度较低，而且误差波动较大；同时也不具备高精度锁相功能，即使能够输出频率基准信号，由于晶振本身特性的限制，其频率基准信号的准确度和稳定度较差。
4、为此，需要改进gnss接收机授时和守时方法，将导航和
技术实现思路
1、本专利技术是为了解决授时和守时不能同步的问题，提供一种基于星载gnss高精度实时定轨的授时和守时方法，利用双频载波相位观测值，结合卫星动力学模型和约束策略，经过稳健的卡尔曼滤波器，实现高精度定轨，输出位置、速度、钟差和钟漂信息。在此基础上，利用高精度钟差估计技术和高精度硬件时延修正技术，完成高精度时频修正功能，实现基于gnss高精度实时定轨的授时和守时方法。本专利技术的实现方法具备实时解算接收机钟差和钟漂的功能，并可利用钟差和钟漂进行时间模型修正，最终实现高精度授时和守时功能。其重要特征在于从导航信号的电文中提取粗略时间信息；通过双频载波相位进行高精度定轨，并实时解算钟差和钟漂；利用高精度硬件时延估计技术，计算整个信号链路的硬件时延；利用钟漂和钟差信息进行实时调频和调相，实现高精度授时技术；导航卫星信号中断后，利用轨道外推及钟差和钟漂信息及时间模型，维持本地时间模型并输出pps(秒脉冲)，实现高精度守时功能；实现了恒温晶振和gnss接收机的融合和优势互补，降低了高精度授时的成本。
2、本专利技术提供一种基于星载gnss高精度实时定轨的授时和守时方法，包括以下步骤：
3、s1、星载gnss接收机对接收的射频信号进行滤波、放大、下变频和采样之后输出至授时和守时系统的基带信号处理模块，基带信号处理模块对信号进行捕获、跟踪和电文/观测量解调，从导航信号的电文中提取粗略时间信息；
4、s2、星载gnss接收机定位后，守时系统的导航信息处理模块进行载波相位周跳探测，通过对伪模糊度滤波解算进行实时定轨，并实时反算钟差和钟漂；
5、s3、守时系统的系统控制模块计算整个信号链路的硬件时延并预存在星载gnss接收机的参数中，可实时进行提取和修正；
6、s4、守时系统的频率锁相单元通过频率修正单元的dds芯片对恒温晶振的频率信号进行修正输出频率基准信号，基带信号处理模块根据频率基准信号输出pps信号；
7、系统控制模块利用钟差信息进行整秒调相处理，当并非为外部时钟模式时，利用钟漂信息进行dds调频处理，并提取硬件时延进行补偿消除，使频率基准信号和pps信号同源同相；
8、当钟漂小于设定阈值后，时间模型收敛，停止调相，仅利用钟漂信息进行调频；
9、当钟漂信息超过设定门限值时，先利用钟漂信息进行调频处理，待时间模型收敛后，再利用钟差进行调相处理；
10、当导航卫星信号发生中断时进入步骤s5；
11、s5、利用轨道外推的位置和速度信息、钟差、钟漂、中断时刻的时间信息和恒温晶振的频率信号，维持本地时间模型并输出pps和频率信号，一种基于星载gnss高精度实时定轨的授时和守时方法完成。
12、本专利技术所述的一种基于星载gnss高精度实时定轨的授时和守时方法，作为优选方式，步骤s1中，基带信号处理模块默认参数初始化，判断flash中是否有时间信息，如果是，则进行初始化，如果否，则返回，直至flahsh中有时间信息；
13、初始化后判断是否经过电文修正，如果否，则使用导航电文比特信息进行时间模型粗校准，继续判断是否通过电文核对；如果是，则直接判断是否通过电文核对；
14、如果通过电文核对，则判断是否经过码时修正，如果未通过电文核对，则返回判断是否经过电文修正；
15、如果未经过码时修正，则通过跟踪环路的码相位进行时间模型精校准，然后判断定轨是否收敛；如果经过码时修正，则直接判断定轨是否收敛；
16、如果定轨收敛，则进入步骤s2，利用定轨结果反算钟漂钟差信息；如果定轨未收敛，则判断定位是否成功，定位成功，则进入步骤s2，基于最小二乘原理计算钟差钟漂信息；如果定位不成功，则继续进行时间模型精校准。
17、本专利技术所述的一种基于星载gnss高精度实时定轨的授时和守时方法，作为优选方式，步骤s4包括以下步骤：
18、s41、守时系统的频率锁相单元通过频率修正单元的dds芯片对恒温晶振的频率信号进行修正输出频率基准信号，基带信号处理模块根据频率基准信号输出pps信号；
19、系统控制模块利用定轨信息中的钟差信息对星载gnss接收机内部的时钟计数tic进行调整，使得pps信号产生时刻与导航系统时间整秒时刻对齐，完成调相功能；
20、s42、当并非为外部时钟模式时，系统控制模块利用钟漂信息进行调频处理，对dds芯片的频率控制字进行修正，通过fpga将频率控制字赋值到dds芯片中；
21、s43、判断时钟源准确度调整是否收敛，如果收敛，停止调相操作，利用定轨结果反算钟差钟漂信息；如果未收敛，判断定位是否成功，如果成功，基于最小二乘原理计算钟差钟漂信息，如果未成功，返回步骤s42；
22、s44、在星载gnss接收机运行过程中，时钟稳定在阈值范围内，且外部因素变化时，在不进行调相的前提下，利用钟差信息进行调频处理，维持pps信号输出精度；当时钟源准确度超过设定阈值时，进入步骤s45；
23、s45、钟漂信息超过设定门限值，则先利用钟漂信息进行调频处理，待收敛后，再用钟差信息进行调频处理，反复迭代，直至时钟源准确度本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于星载GNSS高精度实时定轨的授时和守时方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于星载GNSS高精度实时定轨的授时和守时方法，其特征在于：步骤S1中，所述基带信号处理模块(1)默认参数初始化，判断FLASH中是否有时间信息，如果是，则进行初始化，如果否，则返回，直至FLAHSH中有时间信息；
3.根据权利要求1所述的一种基于星载GNSS高精度实时定轨的授时和守时方法，其特征在于：步骤S4包括以下步骤：
4.根据权利要求1所述的一种基于星载GNSS高精度实时定轨的授时和守时方法，其特征在于：步骤S41中，所述导航系统时间为BDT或GPST；
5.根据权利要求4所述的一种基于星载GNSS高精度实时定轨的授时和守时方法，其特征在于：步骤S43中，阈值为0.3m/s或者0.5m/s。
6.根据权利要求1所述的一种基于星载GNSS高精度实时定轨的授时和守时方法，其特征在于：步骤S2中，采用U-D分解滤波算法进行数据处理，利用扩展卡尔曼滤波器结合轨道动力学模型和观测模型对伪模糊度进行滤波解算进行实时
7.根据权利要求1所述的一种基于星载GNSS高精度实时定轨的授时和守时方法，其特征在于：所述授时和守时系统包括依次连接的所述基带信号处理模块(1)、所述导航信息处理模块(2)、所述系统控制模块(3)，依次连接的所述恒温晶振(6)、所述频率修正单元(5)、所述频率锁相单元(4)，所述恒温晶振(6)输出时钟信号至所述频率修正单元(5)，所述系统控制模块(3)与所述频率修正单元(5)的DDS芯片连接，所述频率锁相单元(4)输出端与所述基带信号处理模块(1)连接，所述基带信号处理模块(1)接收所述频率锁相单元(4)10MHz和62MHz信号、输出PPS信号。
8.根据权利要求7所述的一种基于星载GNSS高精度实时定轨的授时和守时方法，其特征在于：所述频率修正单元(5)包括连接的所述DDS芯片和第一滤波器，所述恒温晶振(6)输出10MHz时钟信号至所述DDS芯片；
9.根据权利要求1所述的一种基于星载GNSS高精度实时定轨的授时和守时方法，其特征在于：所述授时和守时系统的评估方法包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的一种基于星载GNSS高精度实时定轨的授时和守时方法，其特征在于：步骤SⅣ中，所述第一预定时间为30分钟；步骤SⅤ中，所述第二预定时间为60分钟。
...【技术特征摘要】
1.一种基于星载gnss高精度实时定轨的授时和守时方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于星载gnss高精度实时定轨的授时和守时方法，其特征在于：步骤s1中，所述基带信号处理模块(1)默认参数初始化，判断flash中是否有时间信息，如果是，则进行初始化，如果否，则返回，直至flahsh中有时间信息；
3.根据权利要求1所述的一种基于星载gnss高精度实时定轨的授时和守时方法，其特征在于：步骤s4包括以下步骤：
4.根据权利要求1所述的一种基于星载gnss高精度实时定轨的授时和守时方法，其特征在于：步骤s41中，所述导航系统时间为bdt或gpst；
5.根据权利要求4所述的一种基于星载gnss高精度实时定轨的授时和守时方法，其特征在于：步骤s43中，阈值为0.3m/s或者0.5m/s。
6.根据权利要求1所述的一种基于星载gnss高精度实时定轨的授时和守时方法，其特征在于：步骤s2中，采用u-d分解滤波算法进行数据处理，利用扩展卡尔曼滤波器结合轨道动力学模型和观测模型对伪模糊度进行滤波解算进行实时定轨。
7.根据权利要求1所述的一种基于星载gnss高...
【专利技术属性】
技术研发人员：张风国，赵天东，钟斌，耿鹏飞，张如伟，
申请(专利权)人：北京遥测技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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