CN102830405A - 一种多点定位系统高精度同步授时方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种多点定位系统高精度同步授时方法的技术方案，该方案采用采用3G网络进行组网,高精度恒温驯服钟振作为系统时间基准本,采用多系统卫星接收技术和多通道接收处理技术，能够克服了有线光纤组网工程难度大、系统调试不方便、成本过高的缺陷；降低了由铷原子钟或铯原子钟所造成的室外架设难度；可以有效的避免由于地形影响所带来的覆盖盲区，此外，也可解决任意一系统短时失效的问题；确保系统可靠接收，同时，可减小由仰角不同而造成的同步时钟误差。

Description

一种多点定位系统高精度同步授时方法
技术领域
　　本发明涉及的是一种航管监视技术，尤其是一种多点定位系统高精度同步授时方法。
背景技术
　　在现有技术中，公知的技术是传统的多点定位系统采用恒温钟振、原子钟、GNSS、参考应答机或信标机进行同步。恒温钟振秒稳高，但长稳差，工作时间越长，同步时钟越差，甚至呈量级的下降；原子钟的长稳较高，但成本高、架设难度大，其费用远远超过系统本身的成本；单一GNSS不受地形的限制，但同步时钟精度差、存在短时失效的现象，由其产生的定位精度远达不到机场场面的需求；信标机授时精度高，但架设环境要求苛刻，必须在视距范围内进行架装，总之，上述任何一种同步方式都或多或少存在缺陷，不能在定位精度、成本费用、架装难度取得最佳平衡,这现有技术所存在的不足之处。
发明内容
本发明的目的，就是针对现有技术所存在的不足，而提供一种多点定位系统高精度同步授时方法技术方案，该方案采用采用3G网络进行组网, 高精度恒温驯服钟振作为系统时间基准本, 采用多系统卫星接收技术和多通道接收处理技术，能够克服了有线光纤组网工程难度大、系统调试不方便、成本过高的缺陷；降低了由铷原子钟或铯原子钟所造成的室外架设难度；可以有效的避免由于地形影响所带来的覆盖盲区，此外，也可解决任意一系统短时失效的问题；确保系统可靠接收，同时，可减小由仰角不同而造成的同步时钟误差。
本方案是通过如下技术措施来实现的：一种多点定位系统高精度同步授时方法，包括有内部设有GNSS授时机的GNSS接收单元和内部设有GNSS授时机的GNSS主控中心控制单元，其特征是：
GNSS主控中心单元和GNSS接收单元均连接有3G无线路由器；GNSS主控中心单元与GNSS接收单元之间采用无线3G网络进行数据通信；
    观测技术采用多通道接收技术，可以通过选取仰角的方式，选择一个角度，使多台GNSS授时机在一定观测角度限制下观测相同的几颗卫星，达到共视的效果。
    在系统启动工作及工作期间，GNSS共视同步授时系统通过如下过程实现各远端GNSS接收单元之间时钟同步：
①GNSS主控中心单元向各远端GNSS接收单元发出查询命令，查询各基站上GNSS授时机观测到的卫星伪随机编码号（PRN）、其对应的仰角和观测仰角设置；
②各远端GNSS接收单元将其观测的卫星PRN和仰角设置返回给GNSS主控中心单元；
③GNSS主控中心单元将返回结果和其本身的GNSS授时机观测结果进行比对，确认在一定仰角设置下下共同观测到的卫星，并将该仰角设置命令发送给各GNSS授时机，设置其观测仰角；
④经过几分钟观测后，GNSS主控中心单元再次查询各GNSS授时机观测到的卫星伪距号、其对应的仰角和和观测仰角设置，当观测卫星数目相同时，发出观测命令，设置观测开始的时间；
⑤一个周期观测结束后，各远端GNSS接收单元将观测信息发送给GNSS主控中心单元，GNSS主控中心单元将这些信息作为远端GNSS接收单元时间同步的比对标准；
⑥GNSS主控中心单元将最终比对参数作为各远端GNSS接收单元时钟同步控制参数，周期性的传输给各远端GNSS接收单元进行同步时钟控制。
本方案的有益效果可根据对上述方案的叙述得知，由于在该方案中采用3G网络实现各分站之间共视同步控制数据的快速交换，便于各分站之间的快速同步，减少同步误差，克服了有线光纤组网工程难度大、系统调试不方便、成本过高等缺陷；采用多通道接收技术，利用先验知识所得出的统计特征控制同步参数，显著减少由多径效应、大气折射、电离层或对流层而造成的同步时延误差。
由此可见，本发明与现有技术相比，具有实质性特点和进步，其实施的有益效果也是显而易见的。
附图说明
图1为本发明具体实施方式的结构示意图；
图2为多通道接收共视技术原理框图；
图3为GNSS个单元布站拓扑图。
具体实施方式
　　为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过一个具体实施方式，并结合其附图，对本方案进行阐述。
　　通过图1可看出：本方案的GNSS主控中心单元和GNSS接收单元均连接有3G无线路由器；GNSS主控中心单元与GNSS接收单元之间采用无线3G网络进行数据通信。
    观测技术采用多通道接收技术，可以通过选取仰角的方式，选择一个角度，使多台GNSS授时机在一定观测角度限制下观测相同的几颗卫星，达到共视的效果。
    在系统启动工作及工作期间，GNSS共视同步授时系统通过如下过程实现各远端GNSS接收单元之间时钟同步：
①GNSS主控中心单元向各远端GNSS接收单元发出查询命令，查询各基站上GNSS授时机观测到的卫星伪随机编码号（PRN）、其对应的仰角和观测仰角设置。
②各远端GNSS接收单元将其观测的卫星PRN和仰角设置返回给GNSS主控中心单元。
③GNSS主控中心单元将返回结果和其本身的GNSS授时机观测结果进行比对，确认在一定仰角设置下下共同观测到的卫星，并将该仰角设置命令发送给各GNSS授时机，设置其观测仰角。
④经过几分钟观测后，GNSS主控中心单元再次查询各GNSS授时机观测到的卫星伪距号、其对应的仰角和和观测仰角设置，当观测卫星数目相同时，发出观测命令，设置观测开始的时间。
⑤一个周期观测结束后，各远端GNSS接收单元将观测信息发送给GNSS主控中心单元，GNSS主控中心单元将这些信息作为远端GNSS接收单元时间同步的比对标准。
⑥GNSS主控中心单元将最终比对参数作为各远端GNSS接收单元时钟同步控制参数，周期性的传输给各远端GNSS接收单元进行同步时钟控制。
    通过图2可看出：在一颗全球定位卫星的视角内，地球上任何两个地点的原子钟可以利用同一时间收到的同一颗卫星的时间信号进行时间频率比对。由于GNSS授时机采用多通道接收技术，可以通过选取仰角的方式，选择一个角度，使多台GNSS授时机在一定观测角度限制下观测相同的几颗卫星，达到共视的效果。
设Ａ地点的钟时间为tA，Ｂ地点的钟时间为tB，GNSS时间为tGNSS。
    Ａ、Ｂ两地测量原理（没考虑对时延误差修正）如下：两地的GNSS时间接收机在同一个共视时间表作用下，在同一时刻接收同一颗卫星信号，接收机输出代表GNSS时间的秒脉冲，送至接收机内置的时间间隔计数器，与本地高精度驯服钟（OCXO）输出的秒脉冲比较，得到A地时刻tA与tGNSS差ΔtAGNSS。同时，在B地得到tB与tGNSS的差ΔtBGNSS 。B地的数据可通过通信网传到A地的计算机中，然后两式相减可得两台原子钟之间的时间差。
Δt AGNSS =t A -t GNSS;     Δt BGNSS .=t B  -t GNSS ;         （１）
Δt AGNSS -Δt BGNSS = t A -t GNSS - t B + t GNSS = t A  - t B =Δt AB      （2）
若在某一时刻测得ΔtAB（ti），经过一段时间τ，即ti+τ时刻测的ΔtAB（ti+τ），则用下式可求出两台钟在τ时间内平均相对频率偏差：
Figure 351849DEST_PATH_IMAGE001
         （3）
采用此平均相对频率偏差可对每次多点定位系统中的目标数据的时戳进行修正，以获取高精度的TDOA。
    当两个站点距离不远时，GNSS共视技术可以消除如下误差：
①同一颗卫星星钟误差。
②部分消除卫星的位置误差。
③部分消除了对流层和电离层的误差
    通过图3可看出：在多点定位系统中，至少有四个站才能对目标进行3维定位，每个站的视距决定着多点定位系统的视距，为了获取最大范围的目标覆盖，步站方式采用矩形布站，GNSS主控中心单元位于矩形中心，远端GNSS接收单元位于矩形四角，各远端GNSS接收单元与GNSS中心主控单元相距10KM。 

Claims (2)

1. 一种多点定位系统高精度同步授时方法，包括有内部设有GNSS授时机的GNSS接收单元和内部设有GNSS授时机的GNSS主控中心控制单元，其特征是：
GNSS主控中心单元和GNSS接收单元均连接有3G无线路由器；GNSS主控中心单元与GNSS接收单元之间采用无线3G网络进行数据通信；
观测技术采用多通道接收技术，可以通过选取仰角的方式，选择一个角度，使多台GNSS授时机在一定观测角度限制下观测相同的几颗卫星，达到共视的效果。
2. 根据权利要求1所述的一种多点定位系统高精度同步授时方法，其特征是：
    在系统启动工作及工作期间，GNSS共视同步授时系统通过如下过程实现各远端GNSS接收单元之间时钟同步：
①GNSS主控中心单元向各远端GNSS接收单元发出查询命令，查询各基站上GNSS授时机观测到的卫星伪随机编码号（PRN）、其对应的仰角和观测仰角设置；
②各远端GNSS接收单元将其观测的卫星PRN和仰角设置返回给GNSS主控中心单元；
③GNSS主控中心单元将返回结果和其本身的GNSS授时机观测结果进行比对，确认在一定仰角设置下下共同观测到的卫星，并将该仰角设置命令发送给各GNSS授时机，设置其观测仰角；
④经过几分钟观测后，GNSS主控中心单元再次查询各GNSS授时机观测到的卫星伪距号、其对应的仰角和和观测仰角设置，当观测卫星数目相同时，发出观测命令，设置观测开始的时间；
⑤一个周期观测结束后，各远端GNSS接收单元将观测信息发送给GNSS主控中心单元，GNSS主控中心单元将这些信息作为远端GNSS接收单元时间同步的比对标准；
⑥GNSS主控中心单元将最终比对参数作为各远端GNSS接收单元时钟同步控制参数，周期性的传输给各远端GNSS接收单元进行同步时钟控制。
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