一種衛星導航接收機時鐘修正方法與裝置製造方法
2023-05-26 22:26:11 2
一種衛星導航接收機時鐘修正方法與裝置製造方法
【專利摘要】本發明提供一種新型的衛星導航接收機時鐘修正方法與裝置。通過計數單元對1PPS秒脈衝進行計數，計數周期可根據時鐘精度情況靈活調整；之後對計數結果進行滑動平均濾波，並計算出晶振的時鐘偏差；AFC控制器將時鐘偏差與晶振AFC調整電壓值進行量化與映射，DAC將調整電壓值轉換成模擬電壓信號後輸送給壓控晶振，通過電壓的變化調整晶振的頻率輸出；每次通過Flash存取，可隨時獲取最新的晶振校準值；當接收機重啟或信號失鎖，先對晶振時鐘進行修正，從而減少信號捕獲時的都卜勒搜索範圍。本發明提供的衛星導航接收機時鐘修正方法與裝置能提高晶振輸出時鐘精度，可加快接收機捕獲信號速度，提高接收機定位精度。
【專利說明】一種衛星導航接收機時鐘修正方法與裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種衛星導航接收機的時鐘修正方法以及裝置。
【背景技術】
[0002]目前全球的衛星系統包括美國的GPS系統、俄羅斯的GL0NASS系統、中國的北鬥系統和歐洲的Galileo系統，日本和印度也提出了各自的導航衛星系統計劃。
[0003]衛星導航接收機中的工作時鐘都源自於接收機上的晶振，晶振的精度決定了接收機整個的時鐘精度。若接收機的時鐘精度偏差大，會導致各種嚴重的不良後果。例如:晶振頻率的偏移在載波環上也引起一個明顯的都卜勒誤差效應，也會導致衛星信號捕獲的都卜勒搜索範圍加大，同時由於時鐘漂移使得捕獲計算的積分周期也會受到限制，從而導致接收機的信號接收靈敏度與接收機的定位精度都會受到影響。
[0004]現在市面上的工業級晶體振蕩器的頻率精度大多在0.5ppnT20ppm，以一個IOMHz的晶振為例，每秒鐘的時鐘誤差為5?200個時鐘周期。若這部分的時鐘誤差不進行很好的修正，將對衛星導航接收機性能帶來嚴重的影響。
[0005]IPPS秒脈衝是衛星導航接收機基於衛星信號解算出來的授時信號，由於衛星上帶有高精度原子鐘，所以衛星信號的精度可以達到非常高的量級。導航接收機產生的IPPS秒脈衝精度一般可達10(T200ns，並且這個精度不隨著時間的累積而減小。所以IPPS秒脈衝是進行本地晶振誤差修正理想的參考源。
[0006]發明人在實現本發明的過程中發現，現有技術至少存在以下缺點:
1.大多衛星導航接收機未對本地晶振進行有效的修正，導致接收機的時鐘誤差大，從而影響到了接收機性能；
2.現有的時鐘校準技術中，也有基於IPPS秒脈衝來進行時鐘校準的方案。但秒脈衝的高精度是統計意義下的，對一個具體的秒脈衝，其偏差可能達到200ns。另外，接收機短期失鎖、衛星試驗、電磁幹擾等因素，都可能造成秒脈衝的失真，如果直接使用秒脈衝信號來校準時鐘，其精度只有10—7秒量級。
【發明內容】
[0007]本發明的目的在於解決現有衛星導航接收機中晶振時鐘輸出頻率誤差較大的問題，以及現有時鐘校準方法的不足，提出了一種新型的衛星導航接收機時鐘修正方法與裝置。克服了傳統接收機由於時鐘精度不夠，導致的衛星信號捕獲時間長、信號接收靈敏度差與定位精度差等問題。
[0008]本發明的目的是通過以下技術方案來實現的:
首先通過計數單元對IPPS秒脈衝進行計數，計數周期可根據時鐘精度情況靈活調整。之後將計數結果送給誤差計算與控制模塊，該模塊對計數結果進行滑動平均濾波，並計算出晶振的時鐘偏差。然後AFC控制器將時鐘偏差ATa與晶振AFC調整電壓值進行量化與映射，不同的時鐘偏差對應不同的AFC調整值。之後將晶振AFC調整值的數位訊號通過AFC控制器發送給DAC，DAC進行數/模轉換，調整電壓值轉換成模擬電壓信號後輸送給壓控晶振，通過電壓的變化調整晶振的頻率輸出，使得載波NCO和碼NCO能夠得到準確的時鐘頻率。另外，每次計算出AFC調整值後，通過Memory IF接口將最新的值存入衛星導航接收機的Flash晶片中，系統中隨時保存最新的晶振校準值，當接收機重啟或信號失鎖需要重新捕獲時，先對晶振進行修正，從而減少信號捕獲時的都卜勒搜索範圍。
[0009]衛星導航接收機時鐘修正方法包括以下步驟:
1.使用晶振時鐘對IPPS秒脈衝進行計數，在每個計數周期的第I個IPPS秒脈衝上升沿，將計數器的值存儲下來，並將計數器清零並重新計數。每個計數周期下計算出的時鐘周期數記為Tc。
[0010]2.計數單元將每個計數周期的時鐘數值T。傳遞給誤差計算與控制模塊，誤差計算與控制模塊對N個計數周期的計數值進行移位累加。
[0011]3.計算晶振的時鐘偏差，假設每個計數周期內理論上的時鐘個數為?；，則晶振的
時鐘偏差ΔTa=Tr-Ag。
[0012]4.根據不同晶振對AFC調整電壓的敏感程度，AFC控制器將時鐘偏差ATa與晶振AFC調整電壓值進行量化與映射，並生成映射表，不同的時鐘偏差對應不同的AFC調整值。
[0013]5.將晶振AFC調整值的數位訊號通過AFC控制器發送給DAC，DAC再進行數/模轉換，調整電壓值轉換成模擬電壓信號後輸送給壓控晶振，通過電壓的變化調整晶振的頻率輸出，從而修正晶振的偏差，輸出頻率更加精確的時鐘。
[0014]6.每次計算出AFC調整值後，通過Memory IF接口將最新的值存入衛星導航接收機的Flash晶片中，接收機每次掉電後，都從Flash中讀出接收機掉電前的晶振最新的AFC
調整值。
[0015]本發明所述的IPPS秒脈衝，是指衛星導航接收機根據衛星上的高精度原子鐘產生的衛星信號計算出來的授時信號。
[0016]本發明所述的計數值移位累加，是指對N個計數值進行相加，同時移入最新的計數值，移出最老的計數值。以保證計算出的平均值為最新數據，即最接近真實值的數據。
[0017]本發明所述的AFC調整值，是指對本地晶振的控制數據，通過調整控制數據可調整晶振的輸出頻率精度。
[0018]本發明的有益效果是:
1.採用IPPS秒脈衝上升沿計數並將上一次的計數結果清零，可以有效控制計數器的位寬，節省硬體資源。同時，計數的小數部分不會被丟棄，而是累積到了下一次的計數結果，以此類推，長時間的累積計數可以大大提高計數精度。
[0019]2.累積計數周期可調整，可進行靈活配置。短時間的計數周期可減少運算時間，提高時鐘修正的速度；長時間的計數周期可減小誤差，提高計算精度。衛星導航接收機可根據自身不同的使用環境與技術要求，採用靈活的配置。
[0020]3.AFC控制器將時鐘偏差ATa與晶振AFC調整電壓值進行量化與映射，生成映射表，每次計算出時鐘偏差後，從表中即可查出AFC調整值，不用每次都去計算AFC調整值。這種方式方便快捷，可以大大減小運算量。
[0021]4.接收機每次掉電後，都從Flash存儲器中讀出接收機掉電前的晶振最新的AFC調整值。這樣可利用掉電前保存的最新時鐘修正值快速修正晶振本地誤差，使得接收機在剛開機時就能獲得較高的時鐘精度。
[0022]5.本發明解決了現有衛星導航接收機中晶振時鐘輸出頻率誤差較大的問題，可使本地晶振的時鐘精度提高I個數量級，克服了傳統接收機由於時鐘精度不夠，導致的衛星信號捕獲時間長、信號接收靈敏度差與定位精度差等問題。
[0023]【專利附圖】
【附圖說明】
為了更清楚地說明本發明實施的技術方案，下面將對實施例描述中的所需要使用的附圖做簡單的介紹。顯而易見地，下面描述的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動力的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0024]圖1為衛星導航接收機時鐘修正裝置的電路結構圖；
圖2為N個計數周期的移位累加原理圖。
【具體實施方式】
[0025]為便於對本發明實施例的理解，下面將結合附圖以幾個實施例為例做進一步的解釋說明，且各個實施例並不構成對本發明實施例的限定。
[0026]實施例一 本發明實施例提出的衛星導航接收機時鐘修正裝置的電路結構如圖1所示，下面結合附圖進一步描述本發明的技術方案:
一種衛星導航接收機時鐘修正方法包括以下步驟:
1.使用晶振時鐘對IPPS秒脈衝進行計數，計數周期可通過誤差計算模塊進行設置，計數周期均為IPPS秒脈衝的整數倍。在每個計數周期的第I個IPPS秒脈衝上升沿，將計數器的值存儲下來，然後將計數器清零並重新計數。每個計數周期下計算出的時鐘周期數記為T。，即計數周期包含了 T。個IPPS秒脈衝。
[0027]2.計數單元將每個計數周期的時鐘數值T。傳遞給誤差計算與控制模塊，誤差計算與控制模塊對N個計數周期的計數值進行移位累加。如附圖2所示，移位的方法是:將最新的計數值放到Te(I)，然後將原T。⑴的值移到T。(2)，原T。(2)的值移到T。(3)，依次移位，最後T。(N)的值被T。(N-1)替換，原Tc (N)的值移出。累加結果Sum=T。(I)+ Tc
(2)+...+ Tc (N-1)+ Tc (N)。
[0028]3.然後計算計數平均值，平均值Ag=Sum/N。每個計數周期都會更新一次平均值，以便得到最準確的晶振校準值。即計數周期都做一次平均濾波計算。
[0029]4.計算晶振的時鐘偏差。設每個計數周期內理論上的時鐘個數為?；，則晶振的時
鍾偏差 ATa=T1^Agt5
[0030]5.AFC調整值映射:根據不同晶振對AFC調整電壓的敏感程度，AFC控制器將時鐘偏差ATa與晶振AFC調整電壓值進行量化與映射，並生成映射表，每次計算出時鐘偏差後，從表中即可查出AFC調整值，不同的時鐘偏差對應不同的AFC調整值。具體對應關係根據各種晶振的不同性能指標確定。映射方法為:1)設晶振需調整的頻率數為Af (Hz)，時鐘標準頻率為F (Hz)，則Af=ATa*F/%;2)根據晶振的數據手冊，映射Af對應的調整AFC調整值。
[0031]6.晶振時鐘的調整:將晶振AFC調整值的數位訊號通過AFC控制器發送給DAC，DAC再進行數/模轉換，調整電壓值轉換成模擬電壓信號後輸送給壓控晶振，通過電壓的變化調整晶振的頻率輸出，從而修正晶振的偏差，輸出頻率更加精確的時鐘。
[0032]7.對Flash晶片進行AFC調整值的存取:每次計算出AFC調整值後，通過MemoryIF接口將最新的值存入衛星導航接收機的Flash晶片中，Flash晶片可以保證在系統掉電後數據不丟失。接收機每次掉電後，都從Flash中讀出接收機掉電前的晶振最新的AFC調整值，這樣接收機每次開機後都能對本地晶振的時鐘偏差進行修正，消除大部分的頻率誤差，這樣接收機從一開始就能修正晶振頻率誤差，從而加快接收機的衛星信號捕獲時間，並提高接收機的首次定位精度。之後系統會按照上面的步驟計算最新頻率修正值，從而修正剩餘的小部分頻率誤差。系統中隨時保存最新的晶振校準值，當接收機重啟或信號失鎖需要重新捕獲時，先對晶振進行修正，從而減少信號捕獲時的都卜勒搜索範圍。
[0033]上述本發明實施例所述方法和裝置適用於中國北鬥2代、美國GPS、俄羅斯GL0NASS以及歐洲Galineo衛星導航系統的接收機。
[0034]綜上所述，本發明實施例實現了一種新型的衛星導航接收機時鐘修正方法，解決了現有衛星導航接收機中晶振時鐘輸出頻率誤差較大的問題，可使本地晶振的時鐘精度提高I個數量級。解決了現有時鐘校準方法的不足，克服了傳統接收機由於時鐘精度不夠，導致的衛星信號捕獲時間長、信號接收靈敏度差與定位精度差等問題。採用本發明實施例的衛星導航接收機在掉電重啟後，仍能利用掉電前保存的最新時鐘修正值快速修正晶振本地誤差，使得接收機在剛開機時就能獲得較高的時鐘精度。
[0035]以上所述，僅為本發明較佳的【具體實施方式】，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本【技術領域】的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應包括在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應該以權利要求的保護範圍為準。
【權利要求】
1.一種衛星導航接收機時鐘修正的方法，其特徵在於，包括:
使用晶振時鐘對IPPS秒脈衝進行計數；
對N個計數周期的計數值進行移位累加，並計算計數平均值；
計算晶振的時鐘偏差；
將時鐘偏差與晶振AFC調整值進行量化與映射，並生成映射表；
AFC調整值的數位訊號通過DAC輸送給壓控晶振，從而修正晶振的偏差；
通過Memory IF接口將最新的值存入衛星導航接收機的Flash晶片中，接收機每次掉電後，都從Flash中讀出接收機掉電前的晶振最新的AFC調整值。
2.如權利要求1所述的衛星導航接收機時鐘修正的方法，其特徵在於，晶振時鐘對IPPS秒脈衝進行計數，在每個計數周期的第I個IPPS秒脈衝上升沿，將計數器的值存儲下來，並將計數器清零並重新計數。
3.如權利要求1所述的衛星導航接收機時鐘修正的方法，其特徵在於，誤差計算與控制模塊對N個計數周期的計數值進行移位累加，將最新的計數值移入移位寄存器組，依次類推，最老的數據被移出移位寄存器，每次數據更新後都將對移位寄存器組中的所有數值進行累加。
4.如權利要求1所述的衛星導航接收機時鐘修正的方法，其特徵在於，每個計數周期都會更新一次平均值，以便得到最準確的晶振校準值，即每個計數周期都會做一次平均濾波。
5.如權利要求1所述的衛星導航接收機時鐘修正的方法，其特徵在於，計算晶振的時鐘偏差等於每個計數周期內理論上的時鐘個數減去最新計算出的計數平均值。
6.如權利要求1所述的衛星導航接收機時鐘修正的方法，其特徵在於，根據不同晶振對AFC調整電壓的敏感程度，AFC控制器將時鐘偏差與晶振AFC調整電壓值進行量化與映射，並生成映射表，不同的時鐘偏差對應不同的AFC調整值。
7.如權利要求1所述的衛星導航接收機時鐘修正的方法，其特徵在於，每次計算出AFC調整值後，通過Memory IF接口將最新的值存入衛星導航接收機的Flash晶片中，接收機每次掉電後，都從Flash中讀出接收機掉電前的晶振最新的AFC調整值。
8.—種衛星導航接收機時鐘修正的裝置，其特徵在於，包括: 計數單元，用於對IPPS秒脈衝進行計數； 誤差計算與控制模塊，用於對計數結果進行滑動平均濾波，並計算晶振的時鐘偏差； AFC控制器，用於將時鐘偏差與晶振AFC調整電壓值進行量化與映射，不同的時鐘偏差對應不同的AFC調整值，並將調整值發送給DAC ； Memory IF，用於與Flash存儲器相連，進行數據的存取； DAC，用於進行數/模轉換，將調整值轉換成模擬電壓信號後輸送給壓控晶振； 晶振，用於產生時鐘信號，提供給載波NCO和碼NC0，以及裝置中的計算電路； Flash存儲器，用於存儲AFC調整值，即使掉電情況下，數據也不丟失。
9.如權利要求8所述的衛星導航接收機時鐘修正的裝置，其特徵在於，計數單元的計數周期可靈活調整。
10.如權利要求8所述的衛星導航接收機時鐘修正的裝置，其特徵在於，誤差計算與控制模塊同時與AFC控制 器與Flash相連:系統不掉電時，誤差計算與控制模塊直接傳遞數據給AFC控制器；系統掉電時，誤差計算與控制模塊通過Memory IF從Flash存儲器中獲取AFC調整值，即使掉電的情況下Fl`ash中存儲的數據也不丟失。
【文檔編號】G01S19/23GK103605138SQ201310640080
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年12月4日 優先權日:2013年7月26日
【發明者】不公告發明人 申請人:成都海亨利科技有限公司