[发明专利]一种基于北斗卫星导航接收机的载波跟踪环路晶体振荡器加速度敏感系数标定方法

说明书

技术领域

本发明属于卫星导航技术领域，特别是涉及一种基于北斗卫星导航接收机的载波跟踪环路晶体振荡器加速度敏感系数标定方法。

背景技术

近年来，在北斗卫星导航技术的发展及超高声速飞行器等一些高动态应用载体的特殊导航需求的推动下，国内外对高动态环境下的接收机信号环路跟踪技术方面进行了大量的研究，重点是如何在高机动情况下保证接收机信号环路的可靠跟踪。公知的卫星导航接收机信号环路一般包括载波环和码环两个主要的信号跟踪环路，且由于载波频率一般远高于码频率，在高机动环境下，载波频率的变化更为快速、变化速度更为复杂，因此，在环路控制难度方面，载波环路的稳定控制难度要远大于码控制环路，且如何在高机动环境下实现载波环路的稳定控制更是国内外研究工作的重中之重。目前，对接收机载波环路控制方法及理论研究，主要集中在接收机动态应力及环路控制方法对环路控制稳定性的影响这两方面，而有关仿真或验证也仅考虑了接收机动态应力对卫星信号接收的影响。

在实际的接收机设计和使用中，接收机中的晶体振荡器作为载波跟踪环路中本地时钟的基准，其自身受运动加速度影响的误差特性与传统研究的运动应力引起的卫星信号多普勒变化对环路跟踪稳定性具有相同性质的影响。因此，研究接收机晶体振荡器在加速情况下的误差特性，并对晶体振荡器频率中的加速度敏感系数进行标定和补偿，是进一步减少运动应力对接收机环路影响的关键性技术途径。但如何在GNSS接收机中准确获取晶体振荡器的加速度敏感参数，是进行晶体振荡器加速度敏感频率补偿的重要前提。传统的晶体振荡器加速度敏感系数标定方法，一般需要一个高精度、高稳定性的频率基准和精确的频率测量设备，其标定设备昂贵，标定过程复杂，难以广泛推广应用。

综上所述，如何克服现有技术的不足已成为当今卫星导航技术领域中亟待解决的重点难题之一。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术的不足而提供一种基于北斗卫星导航接收机的载波跟踪环路晶体振荡器加速度敏感系数标定方法，本发明能够通过利用北斗卫星导航接收机的载波跟踪环路的频率跟随特性，结合卫星位置、速度推算的卫星多普勒频率，获得晶体振荡器随重力加速度变化的频率值，可在卫星导航系统广泛推广应用。

根据本发明提出的一种基于北斗卫星导航接收机的载波跟踪环路晶体振荡器加速度敏感系数标定方法，其特征在于包括如下基本步骤：

步骤1，获取北斗导航卫星星历及信号发射时间：利用卫星导航软件接收机捕获和跟踪同步卫星导航系统的卫星信号，并计算导航卫星的星历、信号发射时间以及接收机的位置；

步骤2，计算北斗导航卫星相对接收机的多普勒频率理论值：利用获得的卫星信号发射时间及星历，计算导航卫星在地心地固坐标系下的位置和速度信息；

步骤3，获取北斗导航卫星载波环路控制多普勒频率值：根据卫星与载体之间的相对位置和速度关系，计算不同通道下的卫星中频多普勒频率偏移量；

步骤4，计算北斗卫星导航接收机跟踪环路频差观测信息：将卫星导航接收机的载波环路输出的导航卫星多普勒跟踪频率与该理论值作差获得晶体振荡器的频差观测信息，选择信噪比最好的m个导航卫星频率差作为观测量，经过自适应EKF滤波器滤波后，计算晶体振荡器的频差信息估计值；

步骤5，设计自适应EKF滤波器估计晶体振荡器的频差信息：根据设计的2g翻转晶体振荡器加速度敏感系数标定方法，计算不同加速度输入情况下晶体振荡器频率偏移量；

步骤6，计算不同轴向上的加速度敏感系数：通过2g翻转标定方法标定晶体振荡器加速度敏感系数，计算得到晶体振荡器在不同轴向上的加速度敏感系数值。

本发明与现有技术相比其显著优点在于：一是本发明基于北斗卫星导航接收机载波环路跟踪控制过程中的高精度频率跟随控制特性，提出了使用基于推算多普勒和跟踪环路控制多普勒之差计算的晶体振荡器频差观测信息的新方法；二是本发明提出了的多通道载噪比自适应EKF滤波方法，可有效减小不同通道的载波多普勒环路输出晶体振荡器频差信息中的噪声量，同时，实现晶体振荡器频差信 息及频差漂移速率信息的分离，可提高晶体振荡器的频差信息的估计精度，为后续标定方法提供准确的频差信息来源；三是在此基础上，晶体振荡器加速度敏感系数标定采用了操作简便的2g翻转晶体振荡器加速度敏感系数标定方法；四是本发明充分利用卫星导航的高精度时间基准以及高稳定性时钟特性；不需要额外购置昂贵的时间参考基准设备；五是本发明相对于传统的晶体振荡器频率直接测量方法，具有参数估计精度高，测试过程简便，以及成本低等优点。本发明适合于在卫星导航系统可广泛推广应用。

附图说明