基于GNSS接收機的授時終端設備及秒脈沖馴服方法技術

本發明專利技術公開了一種基于GNSS接收機的授時終端設備及秒脈沖馴服方法，該設備包括GNSS接收機、通信模塊、PPP模塊、鑒相器、鐘差合成模塊、環路濾波器、數模轉換模塊和壓控可調晶振。該方法包括：PPP模塊根據GNSS接收機輸出的原始觀測量和通信模塊獲得的改正數據解算鐘差估計值；鑒相器對GNSS接收機和壓控可調晶振產生的秒脈沖進行鑒相，獲得兩路秒脈沖的相位誤差；鐘差合成模塊對鐘差估計值和相位誤差進行合成，合成結果輸出到環路濾波器；數模轉換模塊對濾波結果進行數模轉換獲得模擬電壓信號，壓控可調晶振在模擬電壓信號控制下產生秒脈沖并輸出至鑒相器。本發明專利技術可明顯提高現有GNSS接收機輸出的秒脈沖精度。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于全球導航衛星系統（GlobalNavigationSatelliteSystem，GNSS）領域，特別涉及一種基于GNSS接收機的授時終端設備及秒脈沖馴服方法。
技術介紹
全球導航衛星系統是一種星基無線電定位、導航和授時系統，包括美國的全球定位系統（GlobalPositioningSystem，GPS）、中國北斗系統（BeiDouSystem，BDS）、歐洲伽利略（Galileo）、俄羅斯格洛納斯系統（GLONASS）等。GNSS通過衛星播發導航信號，可實現位置和時間的精準傳遞，在諸多領域都有廣泛的應用。然而，目前常用GNSS接收機的授時精度僅為20ns～50ns，隨著人們對時間精度的要求越來越高，該精度存在明顯的不足，亟待提高。
技術實現思路
針對現有GNSS接收機系統授時精度較低，不能滿足人們日益精準的時間要求的不足，本專利技術提供了一種基于GNSS接收機的授時終端設備及秒脈沖馴服方法。本專利技術思路如下：利用壓控可調晶振產生秒脈沖（1PPS），并將該秒脈沖與GNSS接收機輸出的秒脈沖（1PPS）在鑒相器中進行鑒相，獲得兩路秒脈沖的相位誤差；同時，基于GNSS接收機輸出的偽距和載波相位，利用精密單點定位（PPP）法進行高精度解算，獲得高精度的鐘差估計值，利用鐘差估計值對相位誤差進行修正獲得總相位偏差，對總相位偏差依次進行濾波、數模轉換；利用數模轉換所得模擬電壓信號調整壓控可調晶振的電壓，達到馴服壓控可調晶振和調整壓控可調晶振輸出秒脈沖的頻率和相位的目的。為解決上述技術問題，本專利技術采用如下技術方案：一、一種基于GNSS接收機的授時終端設備，包括：GNSS接收機、通信模塊、PPP模塊、鑒相器、鐘差合成模塊、環路濾波器、數模轉換模塊和壓控可調晶振，其中，GNSS接收機、鑒相器、鐘差合成模塊、環路濾波器、數模轉換模塊、壓控可調晶振依次相連，壓控可調晶振還連接鑒相器；PPP模塊與GNSS接收機、鐘差合成模塊、通信模塊均相連；所述的GNSS接收機具有輸出偽距和載波相位的能力；所述的通信模塊具有獲得偽距和載波相位的改正數據的能力。二、另一種基于GNSS接收機的授時終端設備，包括：GNSS接收機、鑒相器、第一環路濾波器、PPP模塊、通信模塊、第二環路濾波器、鐘差合成模塊、數模轉換模塊和壓控可調晶振，其中，GNSS接收機、鑒相器、第一環路濾波器、鐘差合成模塊、數模轉換模塊、壓控可調晶振依次相連，壓控可調晶振還連接鑒相器；PPP模塊與GNSS接收機、第二環路濾波器、通信模塊均相連，第二環路濾波器輸出端連接鐘差合成模塊；所述的GNSS接收機具有輸出偽距和載波相位的能力；所述的通信模塊具有獲得偽距和載波相位的改正數據的能力。上述GNSS接收機為單模接收機或多模接收機。上述GNSS接收機為單頻接收機或多頻接收機。作為優選，PPP模塊中置入GNSS接收機天線位置信息。上述鑒相器采用模擬門電路或FPGA。上述環路濾波器、第一環路濾波器和第二環路濾波器采用PLL環路濾波器或基于KalmanFilter的自適應數字濾波器。上述壓控可調晶振為溫補晶振、溫控晶振、電壓控制－溫補晶體振蕩器、電壓控制－恒溫晶體振蕩器或原子鐘等。三、一種基于GNSS接收機的秒脈沖馴服方法，基于上述一種授時終端設備實現，包括：GNSS接收機輸出的原始觀測量和秒脈沖分別輸入PPP模塊和鑒相器，所述的原始觀測量包括偽距和載波相位，PPP模塊通過通信模塊獲得原始觀測量的改正數據；根據原始觀測量和改正數據，PPP模塊采用精密單點定位法進行解算獲得鐘差估計值，并輸出至鐘差合成模塊；鑒相器對GNSS接收機和壓控可調晶振產生的秒脈沖進行鑒相，獲得兩路秒脈沖的相位誤差，并輸出至鐘差合成模塊；鐘差合成模塊將鐘差估計值和相位誤差合成獲得總相位偏差，并輸至環路濾波器；環路濾波器對總相位偏差進行濾波，數模轉換模塊對濾波結果進行數模轉換獲得模擬電壓信號，壓控可調晶振在模擬電壓信號控制下產生秒脈沖并輸出至鑒相器。四、一種基于GNSS接收機的秒脈沖馴服方法，基于上述另一種授時終端設備實現，包括：GNSS接收機輸出的原始觀測量和秒脈沖分別輸入PPP模塊和鑒相器，所述的原始觀測量包括偽距和載波相位，PPP模塊通過通信模塊獲得原始觀測量的改正數據；根據原始觀測量和改正數據，PPP模塊采用精密單點定位法進行解算獲得鐘差估計值，并輸出至第二環路濾波器，第二環路濾波器對PPP模塊的輸出進行濾波；鑒相器對GNSS接收機和壓控可調晶振產生的秒脈沖進行鑒相，獲得兩路秒脈沖的相位誤差，相位誤差經第一環路濾波器進行濾波；鐘差合成模塊對第一環路濾波器和第二環路濾波器輸出的濾波后的鐘差估計值和相位誤差進行合成，獲得總相位偏差；數模轉換模塊對總相位偏差進行數模轉換獲得模擬電壓信號，壓控可調晶振在模擬電壓信號控制下產生秒脈沖并輸出至鑒相器。與現有技術相比，本專利技術的主要優點如下：（1）能明顯提高現有GNSS接收機輸出的秒脈沖精度；（2）可利用現有GNSS接收機板卡或芯片進行實施，無須改變現有GNSS接收機結構；（3）能靈活設置調控輸出秒脈沖的頻率。附圖說明圖1是本專利技術第一種具體實施方式的結構示意圖；圖2是本專利技術第二種具體實施方式的結構示意圖。具體實施方式下面將結合附圖詳細說明本專利技術的具體實施方式。見圖1，該高精度授時終端設備包括GNSS接收機、通信模塊、PPP模塊、鑒相器、鐘差合成模塊、環路濾波器、數模轉換模塊和壓控可調晶振。其中，GNSS接收機、鑒相器、鐘差合成模塊、環路濾波器、數模轉換模塊、壓控可調晶振依次相連，壓控可調晶振還連接鑒相器；PPP模塊與GNSS接收機、鐘差合成模塊、通信模塊均相連。GNSS接收機輸出的原始觀測量和秒脈沖分別輸入PPP模塊和鑒相器，所述的原始觀測量包括偽距和載波相位，PPP模塊通過通信模塊獲得改正數據。根據原始觀測量和改正數據，PPP模塊采用精密單點定位法進行解算獲得精確的鐘差估計值，向鐘差合成模塊提供。鑒相器對GNSS接收機和壓控可調晶振產生的秒脈沖進行鑒相，并向鐘差合成模塊提供兩路秒脈沖信號的相位誤差。鐘差合成模塊將鐘差估計值和相位誤差合成獲得總相位偏差，并輸至環路濾波器。環路濾波器對總相位偏差進行濾波，數模轉換模塊對濾波結果進行數模轉換獲得模擬電壓信號，壓控可調晶振在模擬電壓信號控制下產生精確的秒脈沖并輸出至鑒相器，形成閉環。本專利技術中，GNSS接收機用來對接收的GNSS衛星信號進行處理獲得衛星的原始觀測量。GNSS接收機可以為單模接收機或多模接收機，也可以為單頻接收機或多頻接收機，但應具備輸出原始觀測量的能力。應用時，為提高授時精度，GNSS接收機的天線應置于開闊填空處。本專利技術中，通信模塊可以是任意形式的聯網模塊，如無線通信模塊、有線網絡模塊、專用數據線纜等，但應具有獲得衛星軌道、衛星鐘差、電離層等改正數據的能力。本專利技術中，PPP模塊利用原始觀測量和改正數據進行高精度解算，獲得GNSS接收機位置和鐘差信息以及位置和鐘差的標準差信息。實施時，為提高授時精度，PPP模塊可預先置入GNSS接收機天線位置信息。本專利技術中，鑒相器對GNSS接收機和壓控可調晶振的秒脈沖進行鑒相，得到兩路秒脈沖信號的相位誤差。實施時，鑒相器可以利用模擬門電路進行相位比對；也可以在FPGA中對兩路秒本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于GNSS接收機的授時終端設備，其特征是，包括：GNSS接收機、通信模塊、PPP模塊、鑒相器、鐘差合成模塊、環路濾波器、數模轉換模塊和壓控可調晶振，其中，GNSS接收機、鑒相器、鐘差合成模塊、環路濾波器、數模轉換模塊、壓控可調晶振依次相連，壓控可調晶振還連接鑒相器；PPP模塊與GNSS接收機、鐘差合成模塊、通信模塊均相連；所述的GNSS接收機具有輸出偽距和載波相位的能力；所述的通信模塊具有獲得偽距和載波相位的改正數據的能力。

【技術特征摘要】
1.一種基于GNSS接收機的授時終端設備，其特征是，包括：GNSS接收機、通信模塊、PPP模塊、鑒相器、鐘差合成模塊、環路濾波器、數模轉換模塊和壓控可調晶振，其中，GNSS接收機、鑒相器、鐘差合成模塊、環路濾波器、數模轉換模塊、壓控可調晶振依次相連，壓控可調晶振還連接鑒相器；PPP模塊與GNSS接收機、鐘差合成模塊、通信模塊均相連；所述的GNSS接收機具有輸出偽距和載波相位的能力；所述的通信模塊具有獲得偽距和載波相位的改正數據的能力。2.一種基于GNSS接收機的授時終端設備，其特征是，包括：GNSS接收機、鑒相器、第一環路濾波器、PPP模塊、通信模塊、第二環路濾波器、鐘差合成模塊、數模轉換模塊和壓控可調晶振，其中，GNSS接收機、鑒相器、第一環路濾波器、鐘差合成模塊、數模轉換模塊、壓控可調晶振依次相連，壓控可調晶振還連接鑒相器；PPP模塊與GNSS接收機、第二環路濾波器、通信模塊均相連，第二環路濾波器輸出端連接鐘差合成模塊；所述的GNSS接收機具有輸出偽距和載波相位的能力；所述的通信模塊具有獲得偽距和載波相位的改正數據的能力。3.如權利要求1或2所述的基于GNSS接收機的授時終端設備，其特征是：所述的GNSS接收機為單模接收機或多模接收機。4.如權利要求1或2所述的基于GNSS接收機的授時終端設備，其特征是：所述的GNSS接收機為單頻接收機或多頻接收機。5.如權利要求1或2所述的基于GNSS接收機的授時終端設備，其特征是：所述的PPP模塊中置入GNSS接收機天線位置信息。6.如權利要求1或2所述的基于GNSS接收機的授時終端設備，其特征是：所述的鑒相器采用模擬門電路或FPGA。7.如權利要求1或2所述的基于GNSS接收機的授時終端設備，其特征是：所述的環路濾波器、第一環路濾波器和第二環路濾波器采用PLL環路濾波器或基于KalmanFilter的自適應...

【專利技術屬性】
技術研發人員：郭文飛，牛小驥，施闖，樓益棟，江鵬，
申請(專利權)人：武漢納時科技有限公司，
類型：發明
國別省市：湖北;42