[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

说明书

本发明属于数据处理方法，具体涉及一种基于芯片级原子钟的导航卫星长码信号接收机处理方法。它包括：步骤1、卫星信号捕获，卫星信号捕获可能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。本发明的有益效果是：在卫星接收机设计中采用芯片级原子钟代替传统晶振，如温补晶振或者恒温晶振，芯片级原子钟具有体积小、功耗低的特性，可作为板级时钟为便携设备配备高精度时钟。

技术领域

本发明属于数据处理方法，具体涉及一种基于芯片级原子钟的导航卫星长码信号接收机处理方法。

背景技术

我国“北斗二号”卫星导航系统(简称BD2)已投入使用，BD2卫星接收机在国内民用市场广泛应用是大势所趋。同时由于BD2信号某些频段伪随机码设计为长码，并且加密，这为军方提供了另一种高精度导航定位手段，摆脱了对GPS、GLONASS等卫星导航系统的依赖，实现了卫星导航的独立自主，提高了在战场环境下系统的可用性与可靠性。

由于BD2卫星导航系统的军码信号相比民码信号在抗干扰能力和保密性方面的优势，武器系统需要优先使用军码信号。考虑在战时民码信号不可用的情况下，在提供本地时间±1s的精度下对军码进行直接捕获，以BD2B3频点为例，码速率为10.23MHz，需要搜索40920000个半码片，大大多于民码20460的码周期。这为军码信号的应用上带来困难，尤其是捕获时间长、定位时间长、失锁重定位慢、捕获灵敏度不高等诸多不便。

以原子振动频率为基础的时间(或频率)已经进入10^-18量级，1967年召开的第13届国际计量大会标志着时间计量逐步进入原子时(AT)时代。近几年来,原子钟的发展迅速,稳定度在不断的提高。根据不同领域的要求,目前原子钟的稳定度可以分为几个级别,用于人类生活的原子钟稳定度为10^-5量级,用于实验室电子仪器的原子钟稳定度为10^-8量级,用于精密科学领域的原子钟稳定度为10^-11量级,用于潜艇导航、精密观测的原子钟稳定度为10^-13量级。原子钟自出现以来,以其极高的时间准确度和频率稳定度在国际基准时间发布、全球定位与导航、高速数字通信、保密通信、精密计量等方面获得了成功的应用。氢钟、铯钟和铷钟等传统原子钟由于体积、功耗偏大，价格昂贵等因素大大限制了它的应用范围，其应用形式为单独设备或内置于设备的部件，应用范围也基本上局限在高端设备或系统。原子钟的微型化和低成本化将极大拓展原子钟的应用,是原子钟技术发展的趋势之一。

美国国家标准局NIST采用MEMS工艺于2002年研制出了体积仅lcm³的CPT钟量子物理部分，并将这种制造工艺与体积、功耗与芯片相似的CPT钟命名为芯片原子钟(ChipScaleAtomicClock，CSAC)。芯片级原子钟的发展目标是保持较高频率长期稳定度的条件下实现微型化和极低功耗,用于需要高精度频标的便携式设备,如高精度GPS定位和导航接收机、带宽保密通信系统等。基于微电子机械系统(MEMS)批量制造工艺的CPTCSAC技术,具有体积小、功耗低、可批量化制造等优点,是目前原子钟技术研究的热点方向。美国国家标准与技术研究所(NIST)于2004年研制出了CSAC样机,其物理系统体积仅为9.5mm³,秒级频率稳定度为2.5×10^-10,总功耗小于75mW；美国Symmetricom、DraperLab和Sandia国家实验室于2005年联合研制出的CSAC,包含外围电路总体积10cm³,总功耗小于200mW,短期频率稳定度为4×10^-10；美国Honeywell公司2007年研制出总体积1.7cm³,总功率预算57mW,1h阿伦偏差为5×10^-12的CSAC。