基于北斗一号系统无源授时机的研究与实现.pdf

国防科学技术大学硕士学位论文基于北斗一号系统无源授时机的研究与实现姓名：吕洋申请学位级别：硕士专业：电子与通信工程指导教师：王浩20090401国防科学技术大学研究生院工程硕士学位论文摘要北斗一号卫星系统是我国自主研发的卫星导航定位系统，作为国家重要的信息基础设施，在我国国防和国民经济的各个领域发挥了巨大作用然而，北斗卫星授时功能的开发远不如定位及通信功能，很多需要高精度时间同步的领域都被G P S 授时所垄断随着电力、通信、交通等各行业系统规模日益扩大，组网结构和运行方式日趋复杂，其对时间频率的要求也越来越高，为保障时统系统更加安全、可靠的运行，必须增加其它系统进行互备授时结合某电力部门的卫星授时系统项目，作者参与研究开发基于北斗一号系统的无源授时机，主要做了以下三个方面工作：首先，对影响授时的主要因素进行了详细分析，建立了针对北斗超帧信号的数据包到达时间推算模型，将时延从每一超帧固定值精确到每一分帧的具体值；提出了利用秒脉冲时间间隔判断消除漏脉冲及多脉冲的思想，并基于这一思想建立了产生稳定l p p s 输出的秒脉冲同步模型其次，针对在通常无源定位解算过程中接收机钟差、对流层、电离层延迟误差对结果影响较大的情况，设计了一种基于时延差分的无源定位算法，利用信号由控制中心发出经各卫星到接收机取值时刻时间相等的关系，对接收时延值进行差分，较好地克服了误差影响，大大提高了定位及授时精度。

最后，在卫星基带信号处理中，采用了分块更新的策略对导航信息进行采集，对位置信息、速度信息、上行时延信息、时刻信息和传播时延修正信息进行分块更新，保证了信息的正确快速更新在上述研究成果的基础上，项目组成功研制了北斗无源授时机( B D ．T S ) ，该机无源定位精度达到1 0 0 米左右，授时精度达到1 0 0 n s ，促进了北斗授时产品的应用向民用化方向发展主题词：北斗系统无源定位卫星授时时间统一第i 页国防科学技术大学研究生院工程硕士学位论文A B S T R A C TB e i d o us y s t e mi st h ef i r s tg e n e r a t i o ns a t e l l i t en a v i g a t i o na n dp o s i t i o n i n gs y s t e mo fC h i n ai n d e p e n d e n t ．A sa ni m p o r t a n tn a t i o n a li n f o r m a t i o ni n f r a s t r u c t u r e ，i tp l a y sam a j o rr o l ei nn a t i o n a ld e f e n s ea n dt h en a t i o n a le c o n o m yi no u rc o u n t r y ．H o w e v e r ，B e i d o us a t e l l i t et i m i n gs e r v i c ed e v e l o p m e n tf a rl e s st h a nt h ep o s i t i o n i n ga n dc o m m u n i c a t i o n sf u n c t i o n s ，m a n yf i e l d sd e v e l o p m e n tw h i c ho fn e e d sh i g h - p r e c i s i o nt i m es y n c h r o n i z a t i o nh a sb e e nm o n o p o l i z e db yG P S ．W i t ht h ee l e c t r i cs y s t e m s ，t e l e c o m m u n i c a t i o n sa n dt r a n s p o r t a t i o ns y s t e m s ，n e t w o r ks t r u c t u r ea n dt h eo p e r a t i n gm o d ec o m p l e x i t y ，r e q u i r e m e n t so ft h et i m ef r e q u e n c yp r e c i s i o na sg e t t i n gh i g h e ra n dh i g h e r ，f o rt h es e c u r i t ya n dr e l i a b i l i t yo f t i m es y n c h r o n i z a t i o nn e e d st oi n c r e a s eo t h e rt i m es y n c h r o n i z a t i o ns y s t e m st op r e p a r ee a c ho t h e r ．C o m b i n e dw i t l laS a t e l l i t et i m i n gs e r v i c ei t e m ，t h ea u t h o ri n v o l v e di nt h er e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to fB e i d o up a s s i v eS a t e l l i t et i m i n gs e r v i c et e r m i n a l ．T h em a j o rw o r kC a l lb ec o n c l u d e di nt h r e ea s p e c t sa sf o l l o w s ：F i r s t l y ，d e t a i l e da n a l y s i st h em a i nf a c t o r so fi m p a i rs a t e l l i t et i m i n gs e r v i c eq u a l i t y ，b u i l dap a c k e ta r r i v a lt i m ep r o j e c t i o nm o d e lb a s e do nB e i d o us u p e r —f r a m es i g n a l ，m a k et h et i m ed e l a yf r o mt h ef i x e dv a l u eo fs u p e r —f r a m ea c c u r a t et ot h es p e c i f i cv a l u eo f e a c hs u b - f r a m e ；p r o p o s e dt h et h o u g h to fu s ep u l s et i m ei n t e r v a l sd e t e r m i n et oe l i m i n a t i o nt h el e a k a g e - p u l s ea n dt h ．em u l t i —p u l s e ，a n db a s e do nt h i si d e ah a v ee s t a b l i s h e ds t a b l elp p ss y n cp u l s eo u t p u tm o d e l ．S e c o n d l y ，b e c a u s et h ec l o c kd i f f e r e n t i a lo fr e c e i v e r ，a t m o s p h e r i cd e l a ye r r o r sh a v es i g n i f i c a n ti m p a c to nt h er e s u l t so ft h ep r o c e s so fp a s s i v ep o s i t i o n i n g ，d e s i g no fal o c a t i o na l g o r i t h mb a s e do nt h ep a s s i v ed e l a yd i f f e r e n t i a l ，u s i n gt h ee q u a lt i m eo ft h es i g n a ls e n tb yt h ec o n t r o lc e n t e rt h r o u t ha l lo fs a t e l l i t e st Ot h er e c e i v e r ，d i f f e r e n t i a lt h er e c e i v e rd e l a y ，b e t t e rt oo v e r c o m et h ei m p a c to ft h ee r r o r ，g r e a t l yi m p r o v i n gt h ea c c u r a c yo fp o s i t i o n i n ga n dt i m i n g ．F i n a l l y ，b yu s i n gt h es t r a t e g yo fs u b - b l o c k st oc o l l e c t ，u p d a t e ss a t e l l i t en a v i g a t i o n i n f o r m a t i o na n du p d a t e st h el o c a t i o ni n f o r m a t i o n ,s p e e di n f o r m a t i o n , t h et i m ei n f o r m a t i o no fu p l i n kd e l a ya n dc o m m u n i c a t i o nt i m ed e l a y ，t oe n s u r et h a tt h ec o r r e c ti n f o r m a t i o nq u i c k l yu p d a t e ．B a s e do nt h er e s u l t so ft h e s es t u d i e s ，t h ep r o j e c tt e a mh a Sd e v e l o p e dap a s s i v eB e i d o uS y s t e mT i m i n gS e r v i c eT e r m i n a l ( B D —T S ) ，i tp a s s i v e st h ep o s i t i o n i n ga c c u r a c yt o10 0m e t e r s ，a n dt h et i m i n gs e r v i c ep r e c i s i o ni na b o u t10 0n s ，s ot h a ti tp r o m o t e st h eB e i d o ut i m i n gs e r v i c ep r o d u c t st od e v e l o pi nt h ed i r e c t i o no fc i v i l i a n ．K e yW o r d s ：B e i D o us a t e l l i t en a v i g a t i o n ，P a s s i v el o c a t i o n ，S a t e l l i t et i m i n gs e r v i c e ， T i m es y n c h r o n i z a t i o n第i i 页国防科学技术大学研究生。