CN103645631A - 一种远距离时频实验室之间时间频率校准方法及服务系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种远距离时频实验室之间的时间频率校准方法，该方法包括：测量并存储中心站标准时间源与GNSS卫星钟的至少一种数据类型的时间差；实时采集并存储由中心站观测的所述至少一种数据类型的GNSS卫星数据；测量并存储客户站时间源与GNSS卫星钟的至少一种类型的时间差，客户站数据类型与中心站数据类型对应；响应来自客户站的校准请求，校准系统基于所述卫星数据将来自客户站的比对数据与中心站比对数据进行共视比对或载波相位比对并返回比对结果；客户站根据返回的比对结果校准其时间源。本发明所述技术方案有利于时频实验室频率标准的有效利用，同时确保了量值传递的准确性及可靠性，提高时间频率计量检定质量。

Description

一种远距离时频实验室之间时间频率校准方法及服务系统

技术领域

本发明涉及一种时间频率校准方法，特别是一种远距离时频实验室之间的时间频率校准方法及服务系统。

背景技术

国防军工系统的计量站，特别是各企业集团公司，各省、市直辖市的国防校准实验室所建立的频率计量标准源：铷原子频标、铯原子频标或氢原子频标按照国家计量检定规程规定，一年需检定一次，全国各地的原子频标都要送到上级计量技术机构检定。目前，大多数计量站采用搬运钟的方式送检，所用时间少者20天，多者1个多月。这种量值传递或溯源方式的缺点是费时费力，无论从使用寿命角度看，还是从经济合理的角度看，计量标准用户都迫切地希望寻找既经济又有效的技术途径。

对于部分有GPS接收机的计量站采用的是电子邮件的方式与国防计量中心进行数据交换，然后进行数据比对。实现数据处理的过程往往需要几天或几个星期才能完成，这是GNSS（Global NavigationSatellite System，全球导航卫星系统）时间传递的明显不足之处。这种做法虽然在一定程度上满足需求，但需要两观测站提前进行相应的沟通工作，并且在与其他站进行比对处理时，又需要进行重复的人工作业。在一些需要实时的时间同步，或者近实时时间同步的应用场合中，事后交换观测数据和及时处理成为一道障碍。目前GNSS时间传递的主要技术包括GPS共视(GPS CV)技术、部分采用卫星双向时间比对(TWSTT)技术，但由于卫星双向设备价格昂贵，只有少数实验室具备这种设备。而GPS载波相位时间传递技术(GPS CPTT)是近年来发展很快的一种远距离时间传递方法，指标比共视法高。GPS载波相位法是通过采集GPS载波相位信息，利用IGS（International GNSSService，国际全球卫星定位导航服务）发布的精密星历等信息对数据进行后处理，分别得到各站时间与IGST（International GNSS ServiceTime，国际全球卫星定位导航服务时间）的时差，最终得到各站间的时间差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种远距离时频实验室之间的时间频率校准方法及服务系统，以解决原子频率标准送检困难和效率不高的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：

一种远距离时频实验室之间的时间频率校准方法，该方法包括：

测量并存储中心站标准时间源与GNSS卫星钟的至少一种数据类型的时间差；

实时采集并存储由中心站观测的所述至少一种数据类型的GNSS卫星数据；

测量并存储客户站时间源与GNSS卫星钟的至少一种类型的时间差，客户站数据类型与中心站数据类型对应；

响应来自客户站的校准请求，校准系统基于所述卫星数据将来自客户站的比对数据与中心站比对数据进行共视比对或载波相位比对并返回比对结果；

客户站根据返回的比对结果校准其时间源。

一种远距离时频实验室之间的时间频率校准方法，该方法包括：

测量并存储中心站标准时间源与GNSS卫星钟的共视类型和载波相位类型的时间差；

测量并存储客户站时间源与GNSS卫星钟的共视类型或载波相位类型的时间差；

实时采集并存储由中心站观测的共视类型和载波相位类型的GNSS卫星数据；

响应来自客户站的校准请求，校准系统基于相应类型的卫星数据将来自客户站的比对数据与中心站的比对数据进行共视比对或载波相位比对，并返回比对结果；

客户站根据返回的比对结果校准其时间源。

优选的，所述校准系统基于相应类型的卫星数据将来自客户站的比对数据与中心站的比对数据进行共视比对或载波相位比对的步骤包括：

判断来自客户站比对数据的数据类型和覆盖时间，

调用相应数据类型和覆盖时间的中心站数据作为中心站比对数据，

基于采集的相应数据类型的GNSS卫星数据，将所述客户站比对数据与所述中心站比对数据进行比对。

一种远距离时频实验室之间的时间频率校准服务系统，该时间频率校准服务系统包括：

数据采集模块，用于实时采集中心站观测的共视类型和载波相位类型的GNSS卫星数据；

数据预处理模块，响应来自客户站的校准请求对来自客户站的比对数据进行预处理并调用中心站的比对数据；

数据比对处理模块，基于所述采集的GNSS卫星数据比对所述客户站的比对数据和所述中心站的比对数据，得到比对结果；和

处理结果返回模块，将所述比对结果返回客户站。

优选的，所述数据采集模块进一步实时采集中心站观测的GNSS卫星的码伪距数据。

优选的，所述预处理模块进一步包括：

数据分析模块，用于分析来自客户站的比对数据的数据类型和覆盖时间，和

数据调用模块，根据分析得到的数据类型和覆盖时间调用相应数据类型和覆盖时间的中心站数据作为中心站比对数据，并调用相应数据类型和覆盖时间的GNSS卫星数据作为参考数据。

优选的，所述数据比对处理模块基于共视数据类型数据或载波相位数据类型数据进行比对。

优选的，该系统进一步包括与客户站通信的WEB服务器单元。

优选的，所述Web服务单元采用B/S结构，该模式在TCP/IP的支持下，以HTTP为传输协议。

一种时频实验室客户站，包括：一种用于远距离时频实验室之间的时间频率校准的客户站，该客户站包括：

时间源；

卫星接收天线，用于接收GNSS卫星数据；和

GNSS观测设备，用于测量并存储客户站时间源与GNSS卫星钟共视类型和载波相位类型的时间差；和

发送单元，用于通过web网络向校准系统发送校准请求和比对数据。

本发明与现有技术相比，优点在于：

1.为有精准时间频率校准需求的远距离时频计量站提供远距离时间传递和频率校准服务，解决了原子频率标准送检时间长，送检困难以及送检可靠性低的问题，实现了频率标准不搬运送检。这不仅有利于时频校准实验室例如中心站的频率标准的有效利用，也确保了量值传递的准确可靠，提高了时间频率计量检定质量。

2.系统通过提供Internet在线操作，使用户根据需要自主地与国防时频最高计量标准进行高精度时间同步，并且提高了GNSS比对处理的效率，有效的降低了时间、人力、物力和经费等。

附图说明

图1示为本发明所述的时间频率校准服务系统简图。

1、中心站观测系统，2、客户站观测系统，3、数据采集模块，4、数据预处理模块，5、数据比对模块，6、处理结果返回模块，7、数据库单元，8、Web服务器模块，9、Web客户端模块。

具体实施方式

下面根据附图对本发明做进一步描述。

基于Internet和GNSS的远程时间频率校准服务系统包括中心站观测系统、客户站观测系统、Web服务器模块、Web客户端模块、数据库单元和数据处理单元。数据处理单元包括数据采集模块、数据预处理模块、数据比对处理模块和处理结果返回模块。

中心站观测系统包括例如国防计量中心时频实验室的中心站GNSS观测设备、标准时间源和接收天线等。中心站观测系统通过接收天线接收GNSS卫星数据，并通过GNSS观测设备对GNSS卫星钟的共视数据以及GNSS卫星钟的码伪距和载波相位数据进行观测，并测量中心站观测系统的标准时钟源与GNSS卫星钟的时间差。

客户站观测系统包括待比对时频实验室的GNSS观测设备、客户站时钟源和接收天线。客户站观测系统通过接收天线接收GNSS卫星数据，并通过GNSS观测设备对GNSS卫星钟的共视数据或载波相位数据进行观测，并测量客户站观测系统的时钟源与GNSS卫星钟的时间差。

Web服务单元包括Web服务器模块和Web客户端模块。Web服务器模块和Web客户端模块采用B/S结构，该模式在TCP/IP的支持下，以HTTP为传输协议。Web客户端模块通过浏览器访问例如Web服务器模块和与Web服务器模块相连的后台数据库系统，并对用户操作信息进行处理；Web服务器模块优选架设不同类型的Web服务，提供访问网址，并实现用户操作信息处理和支持用户信息交换等工作。

数据库单元采用MySQL建立数据库，用于集中存放和管理校准系统的各类数据，依靠数据库的强大数据管理和搜索能力，作为核心的数据支持，提高数据的存储、查找和读取的效率。本发明中所述数据库单元用于存储从中心站观测系统中提取的观测数据、上传的客户站观测系统的观测数据和经数据比对模块处理后得到的数据比对结果。

数据处理单元包括数据采集模块、数据预处理模块、数据比对模块和数据比对结果返回模块。数据处理单元用于实时监控用户操作，应客户站时间频率校准请求，从数据库单元中调取中心站观测系统的观测数据，并触发预处理模块和数据比对处理模块对所述中心站观测系统的观测数据和所述客户站观测系统的观测数据进行预处理和比对处理，数据比对完成后触发数据结果返回模块，将比对处理得到的时差和频率差结果返回给客户站。

数据采集模块用于实时采集中心站的标准时钟源与GNSS卫星时钟的共视数据以及GNSS卫星的码伪距和载波相位数据，同时将所述中心站观测系统的观测数据作为比对的标准数据。

数据预处理模块用于应客户站时间频率校准请求，对从所述数据库单元中提取的客户站观测系统的观测数据进行预处理。预处理是对客户站观测系统的观测数据的格式与类别和校准的时间段进行判断，并从所述数据采集模块中提取相应类别的观测数据和IGS格式文件。

数据比对模块用于当预处理完成后，对中心站观测系统的观测数据和客户站观测系统的观测数据进行共视比对或载波相位比对，获得中心站与客户站的时差和时频差。

数据比对结果返回模块用于当数据比对完成后，自动将比对得到时差和时频差结果发送给客户站。

本发明所述远距离时间频校准服务系统主要是提供国防军工系统的计量站或其他时频实验室之间，以GNSS卫星时钟为基准时钟进行时频差比对的时间频率校准服务系统。由于卫星位置及时钟会随着时间变化有微小误差，因此需要下载国际卫星跟踪站IGS的卫星位置及时钟校准协议对卫星位置及时钟进行校准，已获得更加精准的GNSS卫星时钟基准。本发明所述时间频率校准服务系统工作时：客户站观测系统的GNSS观测设备观测客户站时钟与GNSS卫星时钟的共视数据或载波相位数据；用户通过注册、登陆及验证后，在Web客户端模块上通过选取服务器的GPS CV或GPS CPTT类型，将待比对的客户站观测系统的观测数据文件按规格上传至Web服务器模块上，并储存到数据库单元中；利用数据处理单元对所述中心站观测系统的观测数据和从数据库单元调取的客户端观测系统的观测数据进行数据比对，并将比对后获得中心站与客户站时频差的结果返回到客户站，客户站根据接收到的比对数据对客户站的时间频率进行校准。

利用本发明的时间频率校准服务系统进行校准的具体实施步骤为：

第一步客户站用户登录Web客户端提交处理请求

客户站需要进行用户注册和认证，注册信息包括：用户使用本系统的目的、登录系统的用户名和密码、电子邮件、联系电话以及用户所在地址等。

当客户站观测系统对客户站时钟与GNSS卫星时钟的时间差以及相对频率观测一段时间，当需要对观测数据进行远程比对时，用户登录系统，通过客户端选择需要比对的例如共视数据和/或载波相位数据类别服务向Web服务单元上传客户站观测系统的观测数据，并储存于数据库单元中，以便数据处理单元应客户站时间频率校准请求，快速的从数据库单元中提取客户站观测系统的观测数据进行数据预处理和数据比对。为了保证Web服务器模块能正常获得用户提交的数据并处理，对每次提交的文件大小有一定的限制，而且提交数据需要满足一定的格式要求。

第二步Web客户端系统验证

Web客户端模块会对登录的用户名和密码以及相关信息进行验证，是认证用户可以登录，否则无法登录。

第三步数据采集模块采集共视数据以及码伪距或载波相位数据

数据采集模块实时提取中心站观测系统的观测数据，并将数据送至数据库单元管理和保存。

第四步数据预处理模块对数据进行预处理

当客户站向Web服务单元上传客户站观测系统的观测数据后，该模块被激活，开始判断客户站观测系统的观测数据的格式与类别和校准的时间段，并根据判断结果提取相应的中心站观测系统的观测数据。

第五步数据比对处理模块进行比对计算

根据预处理模块的分析结果，通过数据比对模块对预处理后的中心站观测数据和客户站观测数据进行共视比对计算或载波相位比对计算，得出中心站与客户站的时频差的比对结果，同时将比对结果保存在数据库单元中。

第六步处理结果返回模块返回处理结果

数据比对结果返回模块主要功能是把数据比对完成的结果发送回客户站。数据处理的结果以两种方式发送给用户，一是根据客户留下的邮箱账号，将处理结果发送到客户邮箱中，另外一种方式是将处理结果显示在客户登录系统所在界面中，以备客户日后随时查看。

至此，完成了两个远距离时频实验室之间的时间频率校准。

综上所述，本发明所述技术方案可为国防军工系统的时频计量站提供远距离时间传递和频率校准服务，有效的解决了原子频率标准送检时间长，送检困难以及送检可靠性低的问题，实现频率标准不搬运送检，不仅有利于时频校准实验室频率标准的有效利用，也确保了量值传递的准确性及可靠性，提高时间频率计量检定质量。

本发明所述时间频率校准服务系统通过提供Internet在线操作，使用户根据需要自主地与国防时频最高计量标准进行高精度时间同步，并且提高了GNSS比对处理的效率，有效的降低了时间、人力、物力和经费等。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细描述说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所述技术领域的普通技术人员来说在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种远距离时频实验室之间的时间频率校准方法，其特征在于，该方法包括：

测量并存储中心站标准时间源与GNSS卫星钟的至少一种数据类型的时间差；

实时采集并存储由中心站观测的所述至少一种数据类型的GNSS卫星数据；

测量并存储客户站时间源与GNSS卫星钟的至少一种类型的时间差，客户站数据类型与中心站数据类型对应；

响应来自客户站的校准请求，校准系统基于所述卫星数据将来自客户站的比对数据与中心站比对数据进行共视比对或载波相位比对并返回比对结果；

客户站根据返回的比对结果校准其时间源。

2.一种远距离时频实验室之间的时间频率校准方法，其特征在于，该方法包括：

测量并存储中心站标准时间源与GNSS卫星钟的共视类型和载波相位类型的时间差；

测量并存储客户站时间源与GNSS卫星钟的共视类型或载波相位类型的时间差；

实时采集并存储由中心站观测的共视类型和载波相位类型的GNSS卫星数据；

响应来自客户站的校准请求，校准系统基于相应类型的卫星数据将来自客户站的比对数据与中心站的比对数据进行共视比对或载波相位比对，并返回比对结果；

客户站根据返回的比对结果校准其时间源。

3.根据权利要求2所述的一种远距离时频实验室之间的时间频率校准方法，其特征在于，所述校准系统基于相应类型的卫星数据将来自客户站的比对数据与中心站的比对数据进行共视比对或载波相位比对的步骤包括：

判断来自客户站比对数据的数据类型和覆盖时间，

调用相应数据类型和覆盖时间的中心站数据作为中心站比对数据，

基于采集的相应数据类型的GNSS卫星数据，将所述客户站比对数据与所述中心站比对数据进行比对。

4.一种远距离时频实验室之间的时间频率校准服务系统，其特征在于，该时间频率校准服务系统包括：

数据采集模块，用于实时采集中心站观测的共视类型和载波相位类型的GNSS卫星数据；

数据预处理模块，响应来自客户站的校准请求对来自客户站的比对数据进行预处理并调用中心站的比对数据；

数据比对处理模块，基于所述采集的GNSS卫星数据比对所述客户站的比对数据和所述中心站的比对数据，得到比对结果；和

处理结果返回模块，将所述比对结果返回客户站。

5.根据权利要求4所述的远距离时频实验室之间的时间频率校准服务系统，其特征在于，所述数据采集模块进一步实时采集中心站观测的GNSS卫星的码伪距数据。

6.根据权利要求4所述的远距离时频实验室之间的时间频率校准服务系统，其特征在于，所述预处理模块进一步包括：

数据分析模块，用于分析来自客户站的比对数据的数据类型和覆盖时间，和

数据调用模块，根据分析得到的数据类型和覆盖时间调用相应数据类型和覆盖时间的中心站数据作为中心站比对数据，并调用相应数据类型和覆盖时间的GNSS卫星数据作为参考数据。

7.根据权利要求6所述的远距离时频实验室之间的时间频率校准服务系统，其特征在于，所述数据比对处理模块基于共视数据类型数据或载波相位数据类型数据进行比对。

8.根据权利要求4所述的远距离时频实验室之间的时间频率校准服务系统，其特征在于，该系统进一步包括与客户站通信的WEB服务器单元。

9.根据权利要求8所述的时间频率校准服务系统，其特征在于，所述Web服务单元包括：所述Web服务单元采用B/S结构，该模式在TCP/IP的支持下，以HTTP为传输协议。

10.一种时频实验室客户站，包括：一种用于远距离时频实验室之间的时间频率校准的客户站，其特征在于，该客户站包括：

时间源；

卫星接收天线，用于接收GNSS卫星数据；和

GNSS观测设备，用于测量并存储客户站时间源与GNSS卫星钟共视类型和载波相位类型的时间差；和

发送单元，用于通过web网络向校准系统发送校准请求和比对数据。

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