[发明专利]基于微惯性、芯片原子钟辅助北斗接收机的重定位方法

权利要求书

1.一种基于微惯性、芯片原子钟辅助北斗接收机的重定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、北斗接收机中芯片原子钟驯服后输出的1pps秒脉冲，经过中断的方式被DSP读取；将芯片原子钟提供的10MHz的HCMOS电平信号，接入到射频前端处理模块和基带信号数字处理模块提供频率，采用CSAC/INS提供的辅助信息，结合北斗卫星的历数或星历、本地时间信息实时预报下一个时刻的多普勒频移，预判北斗卫星信号的频率范围；

步骤2、北斗接收机进行信号捕获并进入跟踪状态，然后通过卫星的星历读取卫星信号失锁后当前卫星的位置和速度信息，结合INS输出的载体当前的位置和速度信息，计算载体的伪距，芯片原子钟读取本地时间，通过载体的伪距和本地时间信息，计算出卫星信号的发射时间，然后计算出位计数、字计数、子帧计数及Z计数，从而实现帧同步；

步骤3、确定当前帧计数的准确性，并解调北斗卫星的导航电文，解算出当前用户的位置信息。

2.根据权利要求1所述的基于微惯性、芯片原子钟辅助北斗接收机的重定位方法，其特征在于，步骤1中所述的采用CSAC/INS提供的辅助信息，结合北斗卫星的历数或星历、本地时间信息实时预报下一个时刻的多普勒频移，预判北斗卫星信号的频率范围，具体如下：

(1.1)北斗卫星接收机采用温补型石英晶体振荡器作为时间、频率信息的基准，温补型石英晶体振荡器的基准频率信息存在误差，其准确度即频率偏差率F为：

其中，f_BD1是北斗卫星的中频频率，f是温补型石英晶体振荡器的实际工作频率；Δf＝f-f_BD1；温补型石英晶体振荡器的频率偏差率F范围为0.25ppm—200ppm；产生B1频率的温补型石英晶体振荡器，1ppm的频率偏差率会造成1561Hz的频率偏差；

芯片原子钟模块，提供1pps秒脉冲和10MHz晶振信号，驯服后独立提供1pps秒脉冲供给数据处理模块使用；

北斗射频配置：设置NDIV值为2491，RDIV值为16，北斗射频信号分频f₀'通过下式计算：

其中，f_CSAC表示芯片原子钟频率；

B1频点载波频率f_B1：f_B1＝1561.098MHz

BO频率f_LO：f_LO＝NDIV×f₀'＝2491f₀'

故中心频率f_bdcen为：f_bdcen＝1561.098MHz-2491f₀'＝4.223MHz

(1.2)获取当前北斗卫星的历书或者星历信息，结合北斗卫星接收机及芯片原子钟提供的当地时间，解算出第n颗北斗卫星在地心地固坐标下的位置信息(x_sⁿ,y_sⁿ,z_sⁿ)，根据微惯性系统测量出的数据实时解算得到载体当前时刻的经度λ、纬度L和高度h信息，经过坐标转化得到载体在地心地固坐标系下的位置信息(x_u,y_u,z_u)；

(1.3)结合北斗卫星与载体的位置坐标，得当前第n颗北斗卫星与载体的位置观测向量：

上式中[Δe,Δn,Δu]^T是载体坐标系下的卫星观测向量，[Δx,Δy,Δz]^T是ECEF坐标系下载体到卫星的观测向量；

(1.4)计算第n颗北斗卫星相对于载体的高度角θⁿ：

根据解算得到北斗卫星相对于载体的高度角，剔除不可见卫星，对剩余可见卫星进行伪码、频率的二维搜索；

(1.5)信号从北斗卫星传到北斗接收机的过程中，北斗卫星与载体产生的载波频率频移Δf_carrier为：

Δf_carrier＝f_dopp+Δf_{BD_rec}+Δf_s

其中，f_dopp是北斗卫星和载体之间的相对运动产生的多普勒频移，Δf_{BD_rec}为北斗接收机时钟频率漂移带来的频率误差，Δf_s是北斗卫星时钟频率漂移带来的频率误差，Δf_{BD_rec}和Δf_s忽略不计，载波频率偏移近似写成：

Δf_carrier＝f_dopp

(1.6)微惯性系统经过坐标系变换，输出载体的位置信息(x_u,y_u,z_u)和速度信息依据北斗卫星的星历或者历书信息，推算出当前第n颗北斗卫星在地心地固坐标系下位置信息得第n颗北斗卫星与当前载体之间在视线矢量上的相对速度

其中，为第n颗北斗卫星与当前载体之间在视距方向的单位方向矢量，r为第n颗北斗卫星与当前载体之间的几何距离；

(1.7)第n颗北斗卫星与当前载体两者相对运动产生的多普勒频移为：

其中，f_B1为北斗卫星B1波段的载波频率，取值为1561.098MHz，c为光在真空中的传播速度，取值为299792458.0m/s；

(1.8)第n颗北斗卫星信号的载波频率为：

其中，f_IF为经过射频模块处理后的中频数据，为北斗卫星接收机晶振漂移带来的频率误差估计值，的值忽略；因此第n颗北斗卫星信号的载波频率为：

北斗卫星接收机根据当前实时解算出的北斗卫星载波频率，不断调整本地复制信号的载波频率，并且根据当前北斗卫星载波频率与码速率之间的关系维持码相位的同步。