一种导航模拟器测试的历元对齐方法和伪距测量方法与流程

本发明属于导航测试技术领域，具体涉及一种导航模拟器测试的历元对齐方法和伪距测量方法。

背景技术：

在卫星定位导航系统(GPS，Global Positioning System)和全球导航卫星系统(GNSS，Global Navigation Satellite System)的星座和信号的设计与验证过程和相关监测接收机及用户设备的测试中，导航模拟器都担任着不可或缺的角色，因此导航模拟器本身的性能如何也至关重要，因此需要对导航模拟器进行相关的性能测试。在导航模拟器的测试中，无论使用何种测试方法，如使用高性能的软件GNSS接收机与模拟器形成闭合回路来完成模拟器性能测试的闭环测试法，测试的前提条件是历元的对齐，因此，在导航模拟器的测试中，历元的对齐显得尤为重要。

现有技术中，常用的对齐方式包括1PPS信号对齐和多星状态下PVT解算对齐的方式。1PPS信号对齐方式是指模拟器输出一个1PPS信号，接收机通过这个外部输入的1PPS信号实现同步。但是，1PPS是模拟器设备提供的信号，实际中1PPS信号的上升/下降沿的波动可能会长达几纳秒甚至几十纳秒，历元对齐的精度低，从而影响测试的结果。同时，1PPS信号对齐的方式还需要占用一个单独的通道，增加了导航测试的难度和复杂度。多星状态下PVT解算对齐的方式是指多星状态下在进行PVT解算后，通过内插来实现历元对齐。但是，多星状态下，为避免多星间的互相干扰降低导航信号质量，需要采用单星的测试环境，而此时无法进行PVT解算，所以给模拟器和接收机的时间对齐带来了困难。

技术实现要素：

本发明实施例的目的是提供一种导航模拟器测试中的历元对齐方法和伪距测量方法，通过单星授时，实现在单星环境下模拟器和接收机的历元对齐，提高伪距精度。

根据本发明的一个方面，提供了一种导航模拟器测试中的历元对齐方法，所述方法包括如下步骤：

步骤1，由接收机码环得出粗略信号发射时间t_t0；

步骤2，计算卫星钟差δt_clk；

步骤3，将所述初始信号发射时间t_t0修正为第一修正信号发射时间t_t1＝t_t0-δt_clk；

步骤4，将所述第一修正信号发射时间t_t1进行相对论修正，修正为第二修正信号发射时间t_t＝t_t1-Δt_rel(t_t1)；其中，Δt_rel(t_t1)为相对论修正项；

步骤5，设定信号传播时间的初始估计值Δt₀；

步骤6，通过t_r0＝t_t+Δt₀对接收时间t_r0进行初始化；

步骤7，在ECEF坐标系下计算卫星当前时刻t的位置x_si(t_t)、y_si(t_t)、z_si(t_t)；其中，i为迭代指示变量，且在步骤8至步骤11中具有相同含义；

步骤8，计算信号的理论传播时间：

其中x(t_ri)、y(t_ri)和z(t_ri)为先验的用户位置；

步骤9，计算信号的实际传播时间Δt_i+1＝τ_i+δt_iono+δt_tropo；其中，δt_iono为电离层延迟，δt_tropo为对流层延迟；

步骤10，将所述初始化的接收时间修正为t_r，i+1＝t_t+Δt_i+1；

步骤11，将i变量增加一个计数值，当i小于指定迭代次数N时，重复步骤7至步骤10；当i达到指定迭代次数N时，转入步骤12；

步骤12，输出修正后的接收时间t_r,N为对齐历元。

上述方案中，所述计算卫星钟差δt_clk，进一步为：

通过

δt_clk＝a_f0+a_f1(t_t0-t_oc)+a_f2(t_t0-t_oc)²-T_GD

计算卫星钟差δt_clk，其中，

t_oc为卫星钟的参考时间，T_GD为单频群延迟修正值，a_f0为星钟偏差修正值，a_f1为卫星钟漂修正值，a_f2为卫星钟漂速率的修正值。

上述方案中，所述先验的用户位置由导航模拟器提供；

所述电离层延迟δt_iono、对流层延迟δt_tropo由导航模拟器提供。

上述方案中，所述指定迭代次数N为2。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种导航模拟器测试中的伪距测量方法，所述方法包括权利要求1中所述的步骤1至步骤11，所述方法还包括：

步骤13，通过ρ＝c(Δt-δt_clk-Δt_rel)计算信号的伪距；其中，C为光速，Δt为实际传播时间。

上述方案中，所述计算卫星钟差δt_clk，进一步为：

通过

δt_clk＝a_f0+a_f1(t_t0-t_oc)+a_f2(t_t0-t_oc)²-T_GD

计算卫星钟差δt_clk，其中，

t_oc为卫星钟的参考时间，T_GD为单频群延迟修正值，a_f0为星钟偏差修正值，a_f1为卫星钟漂修正值，a_f2为卫星钟漂速率的修正值。

上述方案中，所述先验的用户位置由导航模拟器提供；

所述电离层延迟δt_iono、对流层延迟δt_tropo由导航模拟器提供。

上述方案中，所述指定迭代次数N为2。

本发明实施例的一种导航模拟器测试中的历元对齐方法和伪距测量方法，所述方法包括：由接收机码环得出粗略信号发射时间t_t0；对初始信号发射时间的两次修正，分别为利用卫星钟差δt_clk修正和相对论修正；然后设定信号传播时间的初始估计值Δt₀并通过初始估计值对接收时间t_r0进行初始化；而后在计算出卫星当前时刻t的位置x_si(t_t)、y_si(t_t)、z_si(t_t)的基础上，计算信 号的理论传播时间，并利用电离层延迟和对流层延迟进一步计算信号的实际传播时间，进而对所述初始化的接收时间进行修正，并经过适当次数的循环修正后，得到修正后的接收时间t_r,N。其中，计算信号的理论传播时间时用到先验的用户位置信息。所述先验的用户位置信息以及所述的电离层延迟和对流层延迟可以由导航模拟器提供，从而实现了导航模拟器测试中，在单星测试环境下的历元对齐，同时，通过适当次数迭代计算，例如进行两次迭代，从而求得精确的接收时间，提高了对齐精度。在此基础上进行伪距计算，提高了伪距精度。本发明实施例的方案不局限于某个导航系统或信号，可适用于所有的导航系统及导航系统各种类型的信号。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明第一实施例的导航模拟器测试中的历元对齐方法流程示意图；

图2为本发明第二实施例的导航模拟器测试中的伪距测量方法流程示意图。

具体实施方式

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或 者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

为便于对本发明实施例的理解，下面详细描述本发明的实施方式，通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

图1为本发明第一实施例的导航模拟器测试中的历元对齐方法流程示意图。

如图1所示，本实施例的导航模拟器测试中的历元对齐方法，包括如下步骤：

步骤1，由接收机码环得出粗略信号发射时间t_t0。

步骤2，计算卫星钟差δt_clk。

本步骤中计算卫星钟差δt_clk，进一步为：

通过δt_clk＝a_f0+a_f1(t_t0-t_oc)+a_f2(t_t0-t_oc)²-T_GD计算卫星钟差δt_clk，其中，t_oc为卫星钟的参考时间，T_GD为单频群延迟修正值，a_f0为星钟偏差修正值，a_f1为卫星钟漂修正值，a_f2为卫星钟漂速率的修正值。

步骤3，将所述初始信号发射时间t_t0修正为第一修正信号发射时间t_t1＝t_t0-δt_clk。

本步骤是对初始信号发射时间的第一次修正，即通过卫星钟差对所述信号发射时间进行修正。

步骤4，将所述第一修正信号发射时间t_t1进行相对论修正，修正为第二修正信号发射时间t_t＝t_t1-Δt_rel(t_t1)；其中，Δt_rel(t_t1)为相对论修正项。

本步骤是对初始信号发射时间的第二次修正。

步骤5，设定信号传播时间的初始估计值Δt₀。

本步骤中，Δt₀根据经验值设定，如GPS信号一般设为0.075秒。

步骤6，通过t_r0＝t_t+Δt₀对接收时间t_r0进行初始化。

本步骤通过所设定的信号传播时间的初始估计值及修正后的信号发射时间，对接收时间进行初始化。其中，t_r0中的下标中的0表示初始，r表示接收。后续进行第一次修正后，则下标标记为r1，进行第i次修正后，则下标标记为ri，相应的，每一次修正，都是一次迭代的计算，因此，这里的i即为迭代指示变量。在步骤7至步骤11中具有相同含义。

步骤7，在ECEF坐标系下计算卫星当前时刻t的位置x_si(t_t)、y_si(t_t)、z_si(t_t)。

本步骤中的ECEF坐标系，即为地心地固坐标系(Earth-Centered Earth-Fixed)。

步骤8，计算信号的理论传播时间：

其中x(t_ri)、y(t_ri)和z(t_ri)为先验的用户位置。

本步骤即是根据先验的用户位置及步骤7中计算的卫星的时刻位置，计算信号的理论传播时间。这里先验的用户位置，可以由导航模拟器提供，也可以根据实际情况进行相应设定。

步骤9，计算信号的实际传播时间Δt_i+1＝τ_i+δt_iono+δt_tropo；其中，δt_iono为电离层延迟，δt_tropo为对流层延迟。

本步骤中的电离层延迟δt_iono、对流层延迟δt_tropo可以由导航模拟器提供。

步骤10，将所述初始化的接收时间修正为t_r，i+1＝t_t+Δt_i+1。

步骤11，将i变量增加一个计数值，当i小于指定迭代次数N时，重复步骤7至步骤10；当i达到指定迭代次数N时，转入步骤12。

本步骤中的N为正整数，通常情况下大于等于2，一般可以为2，也可以根据实际情况进行相应设定。

步骤12，输出修正后的接收时间t_r,N为对齐历元。

可以看到，通过迭代后，最终输出的接收历元t_r与发射历元t_t相对应，若模拟器也输出t_t相对应的接收时间，就可实现历元对齐。另外，普通接收机的伪距是通过接收时间减去发射时间得到的，这里的接收时间中包含了时间解算的误差，发射时间中包含了粗略码相位测量噪声，所以伪距精度较低。而上式中的伪距是通过卫星位置和先验的接收机位置得出的，精度较高。

由此可以看出，本实施例所提供的导航模拟器测试中的历元对齐方法，实现了导航模拟器测试中，在单星测试环境下的历元对齐，同时，通过适当次数迭代计算，例如进行两次迭代，从而求得精确的接收时间，提高了对齐精度。另外，本发明实施例的方案不局限于某个导航系统或信号，可适用于所有的导航系统及导航系统各种类型的信号。

图2为本发明第二实施例的导航模拟器测试中的伪距测量方法流程示意图。

如图2所示，本实施例的导航模拟器测试中的伪距测量方法，包括第一实施例的步骤1至步骤12，还包括：

步骤13，通过ρ＝c(Δt-δt_clk-Δt_rel)计算信号的伪距，其中，C为光速，Δt为实际传播时间。

本实施例所提供的导航模拟器测试中的伪距测量方法，实现了导航模拟器测试中，在单星测试环境下的伪距高精度测量。本实施例通过适当次数迭代计算，例如进行两次迭代，从而求得精确的接收时间，提高了历元对齐精度及伪距测量精度。另外，本发明实施例的方案不局限于某个导航系统或信号，可适用于所有的导航系统及导航系统各种类型的信号。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。