[发明专利]基于芯片级原子钟的导航卫星长码信号接收机处理方法

权利要求书

1.一种基于芯片级原子钟的导航卫星长码信号接收方法，其特征在于：包括下述步骤

步骤1、卫星信号捕获

卫星信号捕获从下述三个状态中的任意一个开始：冷启动、热启动、失锁重定位；

步骤2、卫星信号跟踪

(2.1)缩小跟踪环路等效噪声带宽

采用芯片级原子钟，以减小误差，提高精度；

(2.2)增长跟踪环路相干积分时间

采用芯片级原子钟，积分时间从1ms增加到1s；

步骤3、导航定位

(3.1)卫星导航定位过程，除可以确定接收机的位置和速度外，还可以确定本地时钟与卫星上时间系统的钟差，通过修正本地时钟的钟差来到达与卫星上标准时间系统同步的目的，该时间信息可以对外输出用于外部设备时间的同步，也可以在接收机断电时，精确维持时间的更新，

(3.2)接收机定位解算的过程，把本地时间钟差作为一项未知数，采用最小二乘法进行求解，通过判定芯片级原子钟时间与卫星上时间之间的差确定卫星信息是否错误；若时钟差在毫秒级，判定为正常卫星，大于毫秒级判定为故障卫星。

2.如权利要求1所述的一种基于芯片级原子钟的导航卫星长码信号接收方法，其特征在于：所述的步骤1中的冷启动、热启动、失锁重定位分别是指：

(1.1)冷启动，

卫星接收机通电后开始工作，首先进行捕获卫星信号的操作，卫星信号捕获是一个三维搜索过程，即要进行不同卫星号的搜索，也要进行卫星信号载波频率的搜索，同时也要进行伪随机码相位的搜索，

卫星导航信号一般至少有超过10颗卫星分布在太空中，只针对接收机天线视野中的卫星号进行搜索，而不是漫天搜索卫星，可以节省不少搜索时间，芯片级原子钟在接收机通电时提供精确的时间信息t1，利用通电时接收机大致的位置估计，以及t1信息，结合卫星历书按ICD文件提供的卫星位置算法可以估计接收机天线视野内的卫星号，则接收机不用对所有卫星进行搜索，只针对可见卫星搜索即可，

载波频率搜索的步进根据搜索数据的长度来确定，利用1ms数据进行搜索，则频率搜索步进一般设置为1KHz，所以搜索±10KHz的频率范围，需要搜索20次；

伪随机码搜索的步进一般为0.5码片，短码信号周期为1ms，而长码信号码周期为一星期，如果不知道当前确切的时间，则卫星接收机无法捕获时长达一周的信号，即接收机不能工作，一般长码接收机在开机时会有外部授时，授时精度为±1s的时间不确定度，冷启动需要搜索±1s时间长度的码相位，也就是需要搜索40920000次才能搜索到真正的码信号，如果并行搜索每一百次需要1ms，则长码信号的搜索需要很长的时间，需要409.20s，所以如何快速搜索到卫星信号是长码卫星接收机设计的最大难点，目前主要采取技术有频域FFT技术、PMF-FFT技术，

在采用芯片级原子钟后，芯片级原子钟为通电后的接收机提供了精确的时间信息，该时间一般和UTC标准时间系统同步，则卫星接收机就可知道当前精确的时间t1，即可知道当前天空中导航卫星发射出的长码信号的码相位，减去粗略估计的传播时间Δt，就可以计算得到当前接收信号的码相位范围：

t2＝t1-Δt

其中，Δt一般估计范围为60～130ms之间，则整个长码信号捕获范围为60～130ms，是先前±1s捕获范围的3％～6.5％，所以捕获时间也将是原来的3％～6.5％，即捕获速度有了大幅的提高，使得长码接收机1min内定位成为可能，有效解决了长码捕获时间长的难题，降低了接收机设计的难度，

(1.2)热启动

在热启动过程中，芯片级原子钟提供了精确的时间信息t1，一方面该时间用于判断储存于硬件电路FLASH芯片中星历的有效性，一方面用于缩短码相位搜索范围，以提高捕获速度，

一般接收机设计在FLASH芯片中存储实时解析出来的星历，星历中具有标识出星历信息参考时刻的参数t_oe，若t1与t_oe在一定时间范围内，可以认为存储于FLASH芯片的星历在有效内，可以继续使用，即为热启；否则需要重新解析星历，即为冷启动，

芯片级原子钟时间信息用于缩短码相位搜索范围过程与冷启动过程相同，

(1.3)失锁重定位

卫星接收机在工作过程中，由于天线被遮挡，造成卫星信号短暂接收不到，则卫星接收机进入失锁状态，在接收机天线重新可以接收信号时，需要接收机快速定位，若失锁时,芯片级原子钟时间信息为t3，卫星信号码相位为p1，失锁过程持续Δt1，则在重新接收信号时码相位估计为p2＝p1+Δt1×10230000，以p2为基础，在小范围内进行搜索，±10码片，则可以快速搜索到卫星信号，

在搜索到卫星信号后，对卫星信号跟踪通道观测量进行基于t3+Δt1时间的估计，则很快就会得到卫星信号发射时刻的精确估计，此时不需要位同步、帧同步，立即可以参与定位。