[发明专利]一种实现地面产生导航信号精密测距的装置和方法

权利要求书

1.一种实现地面产生导航信号精密测距的装置，包括综合基带设备、数据管理中心、数据处理中心和时频统一参考源，其特征在于，所述的综合基带设备包括网络通讯模块、时频模块、信号产生模块、信号接收模块和信号控制模块，网络通讯模块接收数据处理中心发送的导航电文信息，并将解调的卫星转发信号中携带的电文信息发送给数据处理中心完成误码率校验；时频模块接收时频统一参考源的标准时间频率信号，利用锁相环将标准时间频率信号锁定并产生综合基带设备内部使用的标准时间频率源信号；信号产生模块在内部标准时间频率信号的控制下，由伪随机码序列对网络通讯模块提供的电文信息进行扩频调制，利用中频载波对扩频信号进行正交调制，经数模转换生成中频模拟信号，然后依次经上变频、功率放大、滤波、合路处理后通过天线设备实现信号对卫星的上行发射；天线接收卫星下行信号，经低噪声放大、滤波、下变频处理后得到模拟中频信号；信号接收处理模块将中频模拟信号为数字中频信号，进行信号的捕获与跟踪，完成导航电文、虚拟钟信息的解析，获得载波频率、码伪距、载波相位及环路时延测量量，将解析的信息与各类测量量提交给网络通信模块，由网络通信模块送给数据管理中心；信号控制模块根据内部标准时间频率信号、信号接收模块获得的载波频率、伪码速率、码伪距、载波相位伪距观测量，以及解算的星历、虚拟钟信息，计算信号产生模块产生导航信号所需的码频率、码相位、载波频率参数的调整量，将调整量提供给信号产生模块，信号产生模块根据调整量对产生信号的码频率、码相位、载波频率参数进行调整。

2.一种利用权利要求1所述装置实现地面产生导航信号精密测距的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，获取卫星转发系统导航信号码伪距时延观测量τ_i(n)＝T_Ri(n)-T_Ti(n)，其中，T_Ri(n)表示基于第i颗卫星的地面站基带接收设备第n历元相对应的接收时刻，T_Ti(n)表示基于第i颗卫星的第n历元导航信号地面发射时刻；

步骤2，计算导航信号发射时间偏差

其中，RXⁱ(n)表示对于第i颗卫星的第n历元导航信号下行空间链路传输时延，TXⁱ(n)表示对于第i颗卫星的第n历元导航信号上行空间链路传输时延，Δτ为UTC(k)时频源信号到主控地面站参考输入的溯源量值偏差，分别为地面站上行和下行设备时延，分别为上、下行电离层引起的时延；

在导航信号产生时，通过A对导航信号发射时间的调整预偏，对上行链路引起的信号传输时延在发射端进行补偿，将发射信号虚拟到卫星出口n1处。将地面发射信号调整到卫星转发载荷发射天线相位中心n1处，则导航信号发射时间预偏量为

步骤3，采用PID控制方法实现对上行信号的精确控制，控制模型为

u(t)＝K_P·e(t)-K_I·e(t-1)+K_D·e(t-2)

其中，为导航信号发射时间预偏量，u(t)预篇控制量，K_P为PID控制算法的比例项系数，K_I为积分项系数，K_D为微分项系数；

步骤4，通过电文信息对导航信号发射时间控制残差进行补偿，上行站基带对地面产生导航信号的发射时间进行控制后，基带接收伪距与下行链路时延之间的偏差其中，τ_i'(n)表示上行站基带对地面产生导航信号的发射时间进行控制后，基带接收设备测量的伪距；分别下行电离层、对流层引起的时延；为卫星转发器到地面站几何距离时延；

步骤5，调整上行调制信号的射频频率转换到要求的下行工作频率

其中，f_code表示上行站接收基带测量的下行码频率，f_normial,code表示系统标称的下行码频率；

调整转发卫星播发的下行信号码和载波相位的一致，其中，f_carrier表示上行站接收基带测量的下行载波频率，f'_code表示发射码频率调整后的下行码频率观测值，f_{normial,carrier}表示系统标称的下行载波频率和码频率，N表示下行标称载波频率和码频率的比值；

在地面产生导航信号时，对上行发射频率的调整量f_carrier,Adj＝f_carrier-N·f_code。