CN103676634A - 基于rdss卫星导航系统中的时间脉冲同步方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于RDSS卫星导航系统中的时间脉冲同步方法，它利用RDSS下行信号携带的时间标志以及偏差调整信息，在本地时钟的基础上，计算出本地时钟与北斗时的时间偏差，最后将这个偏差调整到输出的本地时钟溢出标志，并在溢出时刻输出秒脉冲。该方法在调整过程中引入本地时钟作为参考，有效提高了时间同步的可靠性。

Description

基于RDSS卫星导航系统中的时间脉冲同步方法
技术领域
本发明涉及基于RDSS卫星导航系统中的时间脉冲同步方法，特别在于提高了脉冲时间同步的可靠性和有效性。
背景技术
目前基于RDSS卫星导航系统中的时间脉冲同步方法，对于快速实现时间同步以及预防短时间段出现瑞利衰落引起的电文误码这两个有些矛盾而又可能会对用户使用造成影响的功能，在实现上兼顾是比较困难的。
发明内容
本发明的目的在于一定程度上降低时间脉冲同步技术中出现错同步或误同步概率而提供一种时间脉冲同步方法。本发明完全解决了时间脉冲同步方法中错同步或误同步概率高，从而导致可用性及可靠性较差的问题。
本发明的目的是这样实现的：基于RDSS卫星导航系统中的时间脉冲同步方法，以上方法通过解析卫星下行信号携带的导航信息获得时延信息，并用下行信号的帧时间标志采样本地时钟采样，计算本地时钟相对于BDT的时间偏差，最终实现调整后的时间脉冲输出，其特征在于包括以下步骤：
（1）将卫星下行信号每一分钟解析一次，得到卫星导航电文；
（2）构建与卫星信号不相关的本地时钟，本地时钟的溢出时刻为秒脉冲标志；
（3）利用卫星导航电文计算卫星信号从发送端到接收端传递过程中总的传输时延；
（4）用接收的卫星下行信号中的32PPS采样本地时钟，并根据卫星下行信号中携带的帧号确定1PPS的采样值；
（5）利用步骤（3）计算得到的总的传输时延与步骤（4）得到的1PPS采样值计算出本地时钟与北斗时的时间偏差；
（6）调整本地时钟与北斗时的时间偏差在±0.5秒之内；
（7）依据本地时钟和步骤（6）中的时间偏差产生一个新的时钟；
（8）在新的时钟下一秒溢出时刻输出调整后的1PPS；
（9）每一秒重复步骤（3）到步骤（8），实现秒脉冲的精确调整。
其中，步骤（1）中需要对重复的电文信息进行比对以确保可用性。
步骤（3）具体包括以下步骤：
（301）通过电文信息中包含的整分钟时刻上行时延，估计出一分钟内每秒时刻对应的上行时延值；
（302）通过电文信息中包含的整分钟时刻卫星位置和速度，估计出一分钟内每秒时刻对应的卫星位置，从而计算出每秒对应的下行时延值；
（303）通过步骤（302）计算的卫星位置和电文信息包含的电离层参数信息，计算地球自转时延以及电离层时延；
（304）将步骤（301）计算得出的上行时延值、步骤（302）计算得出的下行时延值以及步骤（303）计算得出的地球自转时延和电离层时延求和，就是总的传输时延值。
本发明与现有技术相比的有益效果为：
（1）在保证授时精度的前提下，实现3分钟内输出时间同步脉冲；
（2）提升了设备对于短时电文误码的抵御程度。
附图说明
图1是上行时延外推方式的流程图；
图2是卫星位置和速度外推方式的流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步的说明。
基于RDSS卫星导航系统中的时间脉冲同步方法，以上方法通过解析卫星下行信号携带的导航信息获得时延信息，并用下行信号的帧时间标志采样本地时钟采样，计算本地时钟相对于北斗时的时间偏差，最终实现调整后的时间脉冲输出，其特征在于包括以下步骤：
（1）将卫星下行信号每一分钟解析一次，得到卫星导航电文；
对于北斗RDSS卫星导航系统而言，用于脉冲时间同步的广播信息1分钟重复8次，对前4次进行比对，如比对结果一致，则认为该广播信息可信，否则不采用该分钟广播。
（2）构建与卫星信号不相关的本地时钟CLKlocal，本地时钟的溢出时刻为秒脉冲标志；
按照时钟频率配置NCO增量，使该NCO每秒溢出一次，溢出时刻对应该时钟秒脉冲。
（3）利用卫星导航电文计算卫星信号从发送端到接收端传递过程中总的传输时延τdelay；
时间传递过程中的传输时延可以分为两部分：地面站到卫星的上行时延以及卫星到接收设备的下行时延。由于导航电文中携带的相关数据是每分钟播发整分时刻的数据，包括上行时延、卫星位置以及卫星速度等。就需要对卫星数据进行逐秒外推。
外推根据卫星的接收情况区分为最小二乘法及直线外推两种方式。上行时延的外推方法如图1所示。首先判断导航电文的比对结果，如果比对成功，则将该上行时延填入保存时延的数组，否则将0填入保存时延的数组；然后判断保存时延数组中非0数据的个数，如果数组中非0数据的数目超过数组长度的一半，则进行最小二乘法曲线拟合，否则如果最新的5个数据中存在两个以上的非0数据，则利用其中最新的两个数据进行直线拟合，否则关闭1PPS输出。
卫星位置和速度的外推方法如图1所示。首先判断导航电文的比对结果，如果比对成功，则将该分钟卫星的位置和速度填入保存数据的数组，否则将0填入保存数据的数组；然后判断保存数据数组中非0数据的个数，如果数组中非0数据的数目超过数组长度的一半，则进行最小二乘法曲线拟合，否则如果最新的5个数据中存在非0数据，则利用其中最新的卫星位置和速度进行直线拟合，否则关闭1PPS输出。
（4）用接收的卫星下行信号中的32PPS采样本地时钟NCO，并根据卫星下行信号中携带的帧号确定1PPS的采样值tsample；
在同步卫星信号的过程中，将本地时钟同步于卫星信号的符号上，在确定帧标志的位置后，在帧标志对应的脉冲沿上锁存本地时钟NCO累积值。通过帧号确定秒标志对应的NCO累积值。
比对帧号是否连续以明确当前秒累积值的有效性。
（5）利用步骤（3）计算得到的总的传输时延与步骤（4）得到的1PPS采样值计算出本地时钟与北斗时的时间偏差τerr；
τerr=τdelay×232-tsample
（6）调整本地时钟与北斗时的时间偏差τerr在±0.5秒之内；
时间偏差的调整范围为-231～231之间。
（7）依据本地时钟CLKlocal和步骤（6）中的时间偏差τadjust产生一个新的时钟CLKdelay；
CLKdelay=CLKlocal+τadjust
其中，CLKdelay在CLKlocal基础上扩展1bit符号位。
（8）在新的时钟CLKdelay下一秒溢出时刻输出调整后的1PPS；
CLKdelay的符号位翻转产生1PPS脉冲上升沿，然后根据设置的脉冲宽度生成1PPS脉冲。
（9）每一秒重复步骤（3）到步骤（8），实现秒脉冲的精确调整。

Claims (3)

1.基于RDSS卫星导航系统中的时间脉冲同步方法，以上方法通过解析卫星下行信号携带的导航信息获得时延信息，并用下行信号的帧时间标志采样本地时钟采样，计算本地时钟相对于北斗时的时间偏差，最终实现调整后的时间脉冲输出，其特征在于包括以下步骤：
（1）将卫星下行信号每一分钟解析一次，得到卫星导航电文；
（2）构建与卫星信号不相关的本地时钟，本地时钟的溢出时刻为秒脉冲标志；
（3）利用卫星导航电文计算卫星信号从发送端到接收端传递过程中总的传输时延；
（4）用接收的卫星下行信号中的32PPS采样本地时钟，并根据卫星下行信号中携带的帧号确定1PPS的采样值；
（5）利用步骤（3）计算得到的总的传输时延与步骤（4）得到的1PPS采样值计算出本地时钟与北斗时的时间偏差；
（6）调整本地时钟与北斗时的时间偏差在±0.5秒之内；
（7）依据本地时钟和步骤（6）中的时间偏差产生一个新的时钟；
（8）在新的时钟下一秒溢出时刻输出调整后的1PPS；
（9）每一秒重复步骤（3）到步骤（8），实现秒脉冲的精确调整。
2.根据权利要求1所述的基于RDSS卫星导航系统中的时间脉冲同步方法，其特征在于：步骤（1）中需要对重复的电文信息进行比对以确保可用性。
3.根据权利要求1所述的基于RDSS卫星导航系统中的时间脉冲同步方法，其特征在于：步骤（3）具体包括以下步骤：
（301）通过电文信息中包含的整分钟时刻上行时延，估计出一分钟内每秒时刻对应的上行时延值；
（302）通过电文信息中包含的整分钟时刻卫星位置和速度，估计出一分钟内每秒时刻对应的卫星位置，从而计算出每秒对应的下行时延值；
（303）通过步骤（302）计算的卫星位置和电文信息包含的电离层参数信息，计算地球自转时延以及电离层时延；
（304）将步骤（301）计算得出的上行时延值、步骤（302）计算得出的下行时延值以及步骤（303）计算得出的地球自转时延和电离层时延求和，就是总的传输时延值。
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