基于卫星导航和Kalman滤波的高精度授时方法

摘要

本发明设计了一种基于卫星导航和Kalman滤波的高精度授时系统及方法，该系统包含数据解算与授时滤波两部分。数据解算部分采用传统的最小二乘法解算出北斗二代接收机的位置信息以及钟差信息，之后利用Kalman滤波器对钟差信息进行滤波得到秒信号发生器的相位误差信息以及频率误差信息，最后利用滤波得到秒信号发生器的相位误差信息以及频率误差信息对秒信号发生器的初始相位以及频率计数字进行调整，实现高精度授时的功能。本发明解决了现有技术条件下授时精度不高，以及秒信号发生器易受晶振频率误差影响的问题。

主权项

一种基于卫星导航和Kalman滤波的高精度授时方法，采用以下步骤：步骤1：卫星接收模块接受卫星位置信息与伪距信息，根据卫星位置信息与伪距信息，采用最小二乘法解算卫星接收模块的钟差信息δt_g；步骤2：对卫星接收模块的钟差信息进行Kalman滤波，对于第k次滤波具体步骤如下：步骤2.1：Kalman滤波的时间更新过程：对状态向量X_k‑1＝[δt_k‑1 δf_k‑1]进行估计，得到状态估计值其中δt_k‑1为秒信号发生器的钟差信息、δf_k‑1为秒信号发生器频差信息，估计式为$A=\left[\begin{array}{cc}1& 1\\ 0& 1\end{array}\right],$当k＝1时，X_k‑1取值为[0 0]；根据式得到协方差阵P_k‑1的预测矩阵其中Q为过程噪声协方差阵；步骤2.2：Kalman滤波的量测更新过程：根据式得到增益矩阵K_k，其中C＝[1 0]，R为量测噪声协方差阵；根据式得到滤波后的状态向量矩阵X_k，根据式得到更新后的协方差矩阵P_k，其中I为二维单位矩阵；步骤3：利用每一次滤波得到的秒信号发生器的钟差信息乘以晶振的频率f₀得到秒信号发生器的相位控制字N_p的调整量ΔN_p，用N_p减去调整量ΔN_p得到精确的秒信号发生器的相位控制字；利用每一次滤波得到的秒信号发生器的频差信息乘以晶振的频率f₀得到秒信号发生器的频率控制字N_f的调整量ΔN_f，用N_f减去调整量ΔN_f得到精确的秒信号发生器的频率控制字；根据得到的精确的秒信号发生器的相位控制字和频率控制字，实现高精度授时。