一种稳态误差补偿的卫星接收机授时控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于北斗卫星的授时时频处理方法，具体涉及一种稳态误差补偿 的卫星接收机授时控制方法。
【背景技术】
[0002] 北斗卫星导航定位系统是中国自主研发、独立运行的全球卫星导航系统。北斗接 收机的主要任务是接收北斗卫星发射的信号，并进行处理，获取导航电文和观测量，根据获 取的电文和观测量进行定位和授时处理，其中授时要求稳定且准确，授时算法中时频处理 部分为核心内容，其特性决定了授时性能。
[0003] 目前，时频处理大多采用比例积分控制算法，使本地时标和系统时标进行同步处 理，其中，相位控制字采用比例控制进行调整，得到相位控制字;频率控制采用积分控制，得 到频率控制字。然后将相位控制字和频率控制字作为相位累加器的输入，通过DDS技术中的 相位累加器产生1PPS。
[0004]比例控制能迅速反应误差，偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用，从而减小误 差，但比例控制无法消除稳态误差。积分控制主要用于消除稳态误差，但积分作用太强会使 系统超调加大，甚至使系统出现振荡。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决的技术问题是提供一种稳态误差补偿的卫星接收机授时控制方法， 本发明解决了因积分作用太强会使系统超调加大，甚至使系统出现振荡的技术问题。
[0006] 本发明通过以下技术方案实现： 一种稳态误差补偿的卫星接收机授时控制方法，包括如下步骤： 步骤一、设置本地IPPS分频数为N，初始化本地采样脉冲编，
和卫星接收机TIC 计数器
； 步骤二、通过天线捕获和跟踪北斗卫星信号，采集卫星信号中的观测信息，根据本地时 间和观测信息计算本地钟_
步骤三、本地采样脉冲编号
加1模N、卫星接收机TIC计数器值
加1模N，判 断本地采样脉冲编?
盖否等于N-I，若是，转到步骤四；若否，转到步骤二； 步骤四、计算N次本地钟差
的加权平均值
：
其H
为预设的本地钟差加权系数
时计 算得到的1|值； 步骤五、根据本地钟差加权平均值
调整下一次控制字计算时刻及控制字执行时刻， 定义控制字计算时刻TIC计数器
为通过卫星信号计算控制字
时的TIC计数器 值;定义控制字执行时刻TIC计数器彳]为将控制导
写入PPS偏移寄存器时的TIC计 数器值
步骤501)计算本地钟差加权平均彳
的1/N秒整数倍数M:
步骤502)计算下一次控制字执行时刻TIC计数器
：
步骤503)计算下一次控制字计算时刻TIC计数器值：
步骤六、根据本地钟差加权平均
印比例系数疾@计算控制字值，在上述下一次控 制字执行时刻，将控制字驗写入PPS偏移寄存器;在上述下一次控制字计算时刻，将采样脉 冲编，
清零，重复执行步骤二、三、四和六； 步骤七、根据本地控制计数、卫星接收机系统时钟频率和PPS偏移寄存器的值，每秒输 出一个IPPS脉冲信号。
[0007 ] 步骤六中计算控制字is具体包括如下步骤： 步骤6 01)计算控制字
其中INTEGER [.]是对括号内的值 取整数。
[0008] 或者通过如下步骤计算步骤六中的控制字 步骤601)计算控制弓；其中INTEGER[.]是对括号内的值取 整数；
步骤602)检测本地钟差的一次差分的绝对值是否小于等于本地钟差一次差分门限值 _，若是，转到步骤603); 步骤603)把当前控制字_赋给稳态误差_，即 步骤604)重新计算控制字
[0009] 步骤七具体包括如下步骤： 步骤701)若卫星接收机的系统时钟频率为F Hz，设置PPS基准寄存器的值IfF; 步骤702 )每I /F秒本地控制计数C加 1; 步骤703)检测本地控制计数C是否等于PPS基准寄存器的值I和PPS偏移寄存器的值 If的和，若是，输出一个Ipps脉冲信号，同时本地控制计数C值清零，转到步骤702);若否，直 接转到步骤702)。
[0010] 步骤二中计算本地钟差ζ具体包括如下步骤： 步骤201)、通过天线捕获和跟踪北斗卫星信号从而获取以下观测量信息:发射时间知:、 卫星坐标_，.:::;.1|^.:::_|、卫星钟差'S癒、电离层时延S丨細、对流层时延§聯、相对论时延I罐，并 通过卫星接收机定位获取本地坐标计算星地距离传输时延
2. 步骤202)计算本地时间· ;单位为S; 步骤203)通过本地时间和发射时间％计算伪距P :p = ft ? H:;其中c为光速； 步骤204)通过伪距P和时延计算本地钟差％
单位为s。
[0011] 步骤六中通过如下方法计算比例系·
步骤A)系统上电时，预设比例系数Kp初始值，变化因子b，比例系数趋近值a，其中0〈b
<1; 步骤B)每时间间隔T秒，计算比例系1 。其中比例系獎初始值范围为
[30,100]。比例系数趋近值a的取值范围为[10,20]。
[0012] 优选的，变化因子b=0 · 9;时间间隔T=I秒。
[0013] 本地IPPS分频数N为2的X次方，X为任意一个正整数。
[0014] 本发明的一种基于比例控制稳态误差补偿的卫星接收机授时控制方法，采用实时 监测比例控制的稳态误差，在稳态误差达到设定门限后把稳态误差作为控制分量加入总体 控制字中以消除稳态误差，使控制算法达到稳定可靠的目的，避免了因频率积分控制带来 的超调问题。
【附图说明】
[0015] 图1为稳态误差补偿的卫星接收机授时控制方法的程序流程图。
[0016] 图2为稳态误差补偿的卫星接收机授时控制方法的原理图。
【具体实施方式】
[0017] 如图1、2所示，一种稳态误差补偿的卫星接收机授时控制方法，包括如下步骤： 步骤一、设置本地IPPS分频数为N，初始化本地采样脉冲编号和卫星接收机TIC 计数器值5Hemisa; 步骤二、通过天线捕获和跟踪北斗卫星信号，采集卫星信号中的观测信息，根据本地时 间和观测信息计算本地钟差&; 步骤三、本地采样脉冲编号每自-祕加1模N、卫星接收机TIC计数器值加1模N，判 断本地采样脉冲编号(縱^$是否等于N-I，若是，转到步骤四；若否，转到步骤二； 步骤四、计算N次本地钟差k的加权平均值
其中_、Ι#·._ι为预设的本地钟差加权系数
吋计 算得到的i值； 步骤五、PPS相位概略调整。当初始化系统的TIC频率为NHz时，则每隔1/N秒TIC标志会 置位，在本地生成一个计数器，每当TIC置位则计数器的值加1，并且计数器的模为N，即计数 器的值为[0，N-I ]。当系统接收正常时，在控制字计算时刻获取本地钟差，根据本地钟差重 新调整控制字计算时刻及控制字执行时刻，即改变写PPS寄存器时的TIC计数器值，在控制 字计算时刻对采样脉冲编号清零，使本地IPPS信号与基准信号的偏差减小到1/N秒之内，本 方法采用铯钟的输出信号为基准信号。
[0018] 根据本地钟差加权平均值调整下一次控制字计算时刻及控制字执行时刻，定义 控制字计算时刻Tic计数器值为通过卫星信号计算控制字_时的tic计数器值;定义 控制字执行时刻TIC计数器值TkwW为将控制字_写入PPS偏移寄存器时的TIC计数器值 步骤501)计算本地钟差加权平均值_pl/N秒整数倍数Μ:、\ 。、n ; 步骤502)计算下一次控制字执行时刻TIC计数器值磁： 無 步骤503)计算下一次控制字计算时刻TIC计数器值Tk'a^ = (Tirftwial+ 步骤六、当本地钟差采用改变写控制字执行时刻TIC计数器值的方法消除大的偏差后， 对本地钟差采用比例控制进行调整，然后实时监测比例控制的稳态误差，在稳态误差达到 设定门限后把稳态误差作为控制分量加入总体控制字中以消除稳态误差，使控制算法稳定 可靠，进而使本地IPPS与系统时同步。
[0019] 根据本地钟差加权平均值&和比例系数·计算控制字值1?: 步骤601)计算控制字其中INTEGERL]是对括号内的值取整 数； 步骤602)检测本地钟差的一次差分的绝对值是否小于等于本地钟差一次差分门限值 ，若是，转到步骤603); 步骤603)把当前控制字Fp赋给稳态误差_，即 步骤6〇4)重新计算控制字:?二Fh + IX、TTGEP4 步骤605)在上述下一次控制字执行时刻，将控制字1?写入PPS偏移寄存器;在上述下 一次控制字计算时刻，将采样脉冲编号粉青零，重复执行步骤二、三、四和六； 步骤七、根据本地控制计数、卫星接收机系统时钟频率和PPS偏移寄存器的值，每秒输 出一个IPPS脉冲信号： 步骤701)若卫星接收机的系统时钟频率为F Hz，设置PPS基准寄存器的值|=F; 步骤702 )每I /F秒本地控制计数C加1; 步骤703)检测本地控制计数C是否等于PPS基准寄存器的值和PPS偏移寄存器的值 Il的和，若是，输出一个Ipps脉冲信号，同时本地控制计数C值清零，转到步骤702);若否，直 接转到步骤702)。
[0020] 当卫星接收机的系统时钟频率为IOMHz时，PPS基准寄存器的初始值为10*1000000 =IO7，当系统接收正常时，将控制字F p作为一个偏移量写入PPS偏移寄存器，基准寄存器