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基于北斗一号系统无源授时机的研究与实现

作　者: 吕洋
导　师: 王浩
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 电子与通信工程
关键词: 北斗系统 无源定位 卫星授时 时间统一
分类号: P228.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 411次
引　用: 2次
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内容摘要


北斗一号卫星系统是我国自主研发的卫星导航定位系统,作为国家重要的信息基础设施,在我国国防和国民经济的各个领域发挥了巨大作用。然而,北斗卫星授时功能的开发远不如定位及通信功能,很多需要高精度时间同步的领域都被GPS授时所垄断。随着电力、通信、交通等各行业系统规模日益扩大,组网结构和运行方式日趋复杂,其对时间频率的要求也越来越高,为保障时统系统更加安全、可靠的运行,必须增加其它系统进行互备授时。结合某电力部门的卫星授时系统项目,作者参与研究开发基于北斗一号系统的无源授时机,主要做了以下三个方面工作:首先,对影响授时的主要因素进行了详细分析,建立了针对北斗超帧信号的数据包到达时间推算模型,将时延从每一超帧固定值精确到每一分帧的具体值;提出了利用秒脉冲时间间隔判断消除漏脉冲及多脉冲的思想,并基于这一思想建立了产生稳定1pps输出的秒脉冲同步模型。其次,针对在通常无源定位解算过程中接收机钟差、对流层、电离层延迟误差对结果影响较大的情况,设计了一种基于时延差分的无源定位算法,利用信号由控制中心发出经各卫星到接收机取值时刻时间相等的关系,对接收时延值进行差分,较好地克服了误差影响,大大提高了定位及授时精度。最后,在卫星基带信号处理中,采用了分块更新的策略对导航信息进行采集,对位置信息、速度信息、上行时延信息、时刻信息和传播时延修正信息进行分块更新,保证了信息的正确快速更新。在上述研究成果的基础上,项目组成功研制了北斗无源授时机(BD-TS),该机无源定位精度达到100米左右,授时精度达到100ns ,促进了北斗授时产品的应用向民用化方向发展。

全文目录


摘要  9-10
ABSTRACT  10-11
第一章 绪论  11-18
  1.1 时间和时间频率标准  11-12
    1.1.1 时间标准  11-12
    1.1.2 时间频率标准  12
  1.2 时间统一技术  12-15
    1.2.1 时间同步和时间统一系统  12-13
    1.2.2 时间统一技术的应用  13-14
    1.2.3 标准时间信号的授时方式  14-15
  1.3 应用北斗系统授时的必要性  15-17
    1.3.1 我国卫星授时应用现状  15-16
    1.3.2 GPS授时存在的弊端  16
    1.3.3 北斗系统授时的优势  16-17
  1.4 本文的研究内容与章节安排  17-18
第二章 北斗系统定位及授时原理  18-27
  2.1 北斗系统概述  18-19
  2.2 北斗系统广播电文格式  19
  2.3 北斗系统定位原理  19-23
    2.3.1 有源定位原理  20-21
    2.3.2 无源定位原理  21-23
    2.3.3 有源及无源定位对比  23
  2.4 北斗系统授时原理  23-26
    2.4.1 北斗单向授时原理  23-24
    2.4.2 北斗双向授时原理  24-25
    2.4.3 单向及双向授时对比  25-26
  2.5 本章小结  26-27
第三章 北斗系统授时终端方案设计  27-40
  3.1 授时终端设计原则  27
  3.2 影响单向授时性能的主要因素  27-28
  3.3 单向授时计算模型设计  28-35
    3.3.1 数据包到达时间推算模型  28-32
    3.3.2 秒脉冲同步模型  32-35
  3.4 无源定位算法改进  35-39
  3.5 本章小结  39-40
第四章 北斗无源授时终端设计与实现  40-57
  4.1 总体设计  40
  4.2 授时机天线  40-41
  4.3 射频模块  41
  4.4 信号处理模块设计  41-51
    4.4.1 硬件体系结构  41-45
    4.4.2 中频信号处理  45-46
    4.4.3 基带信息处理  46-51
  4.5 接口单元模块设计  51-55
    4.5.1 设置串口波特率  52-53
    4.5.2 设置初始化位置  53
    4.5.3 数据包请求设置  53-54
    4.5.4 零值调整  54
    4.5.5 自主定位  54-55
    4.5.6 系统自检  55
  4.6 测试方法与性能评价  55-56
  4.7 本章小结  56-57
结束语  57-59
致谢  59-60
参考文献  60-62
作者在学期间取得的学术成果  62-63
附录A 北斗授时板图  63-64
附录B 北斗授时板电路图  64-67

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中图分类: > 天文学、地球科学 > 测绘学 > 大地测量学 > 卫星大地测量与空间大地测量 > 全球定位系统（GPS）
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