CN106452561A - 一种多站间卫星双向时间比对系统与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多站间卫星双向时间比对系统，用于主站与多个比对站之间进行卫星双向时间比对，所述系统包括：频率基准模块，用于为系统内其他模块提供频率基准；信号解调模块，用于接收所述多个比对站的时间比对合成信号，提取并处理各软件通道对应的比对站的时间比对信号，得到一个帧；信号调制模块，用于接收所述帧，并对所述帧进行调制得到中频信号传送至各比对站；主控模块，监控多站间卫星双向时间比对过程，得到伪距测量数据，进而得到多地钟差，本发明同时公开了一种应用所述系统的多站间卫星双向时间比对方法，本发明不需要增加硬件即可实现多站间卫星双向时间比对，降低成本，可同步处理多站的时间比对信号，能够提高测量精度。

Description

一种多站间卫星双向时间比对系统与方法

技术领域

本发明涉及卫星双向时间比对领域。更具体地，涉及一种多站间卫星双向时间比对系统与方法。

背景技术

卫星双向时间比对采用专用的时间比对调制解调器对时间比对信号进行调制发射与接收解调，同时利用高分辨力的时间间隔计数器测量本地调制器与解调器之间准确的时间差，并且消除线缆和系统处理延时后，通过交换测量值便可以精确的获得比对站间的时间差。

传统的卫星双向时间比对调制解调器通道拓展能力差，通道的增加需要另外添加硬件来实现，而增加一个通道需要另购高价的专用板卡，且可扩展的通道数少，市面上与本发明性能相同的设备最多可扩展为3个通道模式。因此，用户往往由于成本问题而使用单通道的时间比对装置，而单通道的时间比对装置单次只能进行两个站间的时间比对，若要进行多站间的时间比对必须进行多次测量才能获得所需的测量数据，这就使得多站间时间比对的测量耗时明显增加，并且可能由于多次测量而引入了随机误差，从而影响了多站间卫星双向时间比对的精度。

发明内容

为了解决以上问题至少之一，本发明提供了一种多站间卫星双向时间比对系统与方法，不需要增加硬件即可实现多站间卫星双向时间比对，降低成本，可同步处理多站的时间比对信号，提高了测量精度，减少了不必要的误差。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

本发明一方面公开了一种多站间卫星双向时间比对系统，用于主站与多个比对站之间进行卫星双向时间比对，其特征在于，所述系统包括：

频率基准模块，用于为系统内其他模块提供频率基准；

信号解调模块，包括与比对站的数量相应的带有各自gold码的多个软件通道，用于接收所述多个比对站的时间比对合成信号，并将所述合成信号分别与所述多个软件通道的gold码进行运算，提取并处理各软件通道对应的比对站的时间比对信号，得到各比对站的时延测量值，并对所述时延测量值进行组帧，得到一个帧；

信号调制模块，用于接收所述帧，并对所述帧进行调制得到中频信号传送至各比对站；

主控模块，监控多站间卫星双向时间比对过程，跟踪所述多个比对站的时间比对合成信号和所述中频信号的接收和发送过程，得到伪距测量数据，进而得到多地钟差。

优选的，所述多个软件通道各自的gold码具有自相关和互相关特性。

优选的，所述各软件通道预设有门限值，将所述合成信号与所述各软件通道的gold码进行相关运算得到相关值，所述各软件通道提取所述合成信号中运算得到的所述相关值大于所述门限值的部分，得到各软件通道对应的比对站的时间比对信号。

优选的，所述各软件通道间的一致性优于1ns。

优选的，所述频率基准模块包括铷原子钟、模拟频率综合器和频率分配器，所述铷原子钟为所述模拟频率综合器和频率分配器提供标准频率信号，所述模拟频率综合器与所述频率分配器接收所述标准频率信号，为系统内其他模块提供频率基准。

优选的，所述信号解调模块包括自动增益控制器和多通道解调器，所述自动增益控制器用于接收多个比对站的时间比对合成信号，并调整所述合成信号的信号功率，将所述调整后的合成信号传输至多通道解调器，所述多通道解调器用于提取各比对站的时间比对信号，得到多个时延测量值并进行组帧，得到一个帧，并将所述帧传输至所述信号调制模块。

优选的，所述信号调制模块包括多通道调制器，所述多通道调制器用于接收所述帧，对所述帧进行调制得到中频信号，并将所述中频信号传输至各比对站。

优选的，所述主控模块包括高分辨力时间间隔计数器、主控计算机和显示器，所述高分辨力时间间隔计数器用于测量所述多通道解调器和所述多通道调制器的钟差，并将所述钟差传输至所述主控计算机，所述主控计算机监控多站间卫星双向时间比对过程，通过跟踪和采集所述多个比对站的时间比对合成信号和所述中频信号，解算得到伪距测量数据，进而得到多地钟差，通过所述显示器显示出来。

优选的，所述高分辨力时间间隔计数器的分辨率为皮秒级。

本发明另一方面同时公开了一种应用所述系统的多站间卫星双向时间比对方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1：为信号解调模块分配与比对站的数量相应的带有各自gold码的多个软件通道；

S2：接收多个比对站的时间比对合成信号，并将所述合成信号分别与所述多个软件通道的gold码进行运算，提取并处理各软件通道对应的比对站的时间比对信号，得到各比对站的时延测量值，并对所述时延测量值进行组帧，得到一个帧；

S3：对所述帧进行调制得到中频信号传送至各比对站；

S4：跟踪所述多个比对站的时间比对合成信号和所述中频信号的接收和发送过程，得到伪距测量数据，进而得到多地钟差。

本发明的有益效果如下：

本发明公开的一种多站间卫星双向时间比对系统与方法，不需要增加硬件即可实现多站间的卫星双向时间比对，降低了成本，且本发明可同步处理多个比对站的时间比对信号，提高了测量精度，减少了不必要的误差。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出了本发明公开的一种多站间卫星双向时间比对系统的结构示意图。

图2示出了本发明公开的一种多站间卫星双向时间比对系统优选实施例的结构示意图。

图3示出了本发明公开的一种多站间卫星双向时间比对方法的流程图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

如图1所示，本发明一方面公开了一种多站间卫星双向时间比对系统，所述系统包括：

频率基准模块，用于为系统内其他模块提供频率基准。

信号解调模块，利用信号解调模块逻辑器件的并行处理优势，通过软件扩展分配与比对站的数量相应的带有各自gold码的多个软件通道，用于接收所述多个比对站的时间比对合成信号，并将所述合成信号分别与所述多个软件通道的gold码进行运算，提取并处理各软件通道对应的比对站的时间比对信号，得到各比对站的时延测量值，并对所述时延测量值进行组帧，得到一个帧。

所述各软件通道拥有完全相同且独立的结构，因此，各软件通道的信号处理流程也完全相同，避免多个比对站的时间比对信号通过不同的硬件产生不同的延迟引入随机误差，各软件通道间的一致性优于1ns，本发明软件通道的设置使用户通过软件的配置即可简单的实现同时处理多个接收信号的多通道的拓展而无需购买价格昂贵的专用板卡进行通道扩展，且各软件通道互不影响。

所述多个软件通道各自的gold码具有自相关和互相关特性，所述各软件通道预设有门限值，将所述合成信号与所述各软件通道的gold码进行相关运算得到相关值，所述各软件通道提取所述合成信号中运算得到的所述相关值大于所述门限值的部分，可得到各软件通道对应的比对站的时间比对信号。

信号调制模块，用于接收所述帧，并对所述帧进行调制得到中频信号传送至各比对站；

主控模块，监控多站间卫星双向时间比对过程，跟踪所述多个比对站的时间比对合成信号和所述中频信号的接收和发送过程，得到伪距测量数据，进而得到多地钟差。

如图2所示，本发明的一个优选实施例中，所述系统包括：

频率基准模块，包括铷原子钟1、模拟频率综合器2和频率分配器3；

主控模块，包括高分辨力时间间隔计数器4、主控计算机5和显示器6；

信号解调模块，包括自动增益控制器7和多通道解调器8；

信号调制模块，包括多通道调制器9。

在工作时，所述铷原子钟1为所述模拟频率综合器2和频率分配器3提供10MHz的标准频率信号。

所述模拟频率综合器2将所述标准频率信号倍频后提供给所述多通道解调器8和多通道调制器9，作为二者的工作时钟。

所述频率分配器3接收所述标准频率信号，为所述高分辨力时间间隔计数器4和自动增益控制器7提供标准时间源信息。

所述自动增益控制器7接收多个比对站的时间比对合成信号，并放大所述合成信号的信号功率，将放大后的合成信号传输至多通道解调器8，使多通道解调器8的模数转换器工作在最佳状态。

所述多通道解调器8包括由主控计算机5根据比对站的数量分配的相应数量的多个软件通道，各软件通道具有不同的唯一gold码，将放大后的所述合成信号分别与各个软件通道的gold码进行相关运算操作，计算得到相关值，将所述相关值与预设的门限值进行比较，当所述相关值大于预设的门限值时，则判定所述放大后的合成信号中包含一个比对站发送的时间比对信号，从而提取各比对站的时间比对信号，所述各软件通道分别对所述各软件通道对应的比对站的所述时间比对信号进行处理得到各时间比对信号的时延测量值，将所述各比对站的时延测量值传递给所述多通道解调器8内的多路时延组帧模块，多路时延组帧模块按照一定协议对多个比对站的时延测量值进行编码并组装成一个完整的帧，将所述帧传输至所述多通道调制器9。

所述多通道调制器9接收所述帧，并对所述帧进行调制生成中频信号，将所述中频信号和双向时间比对相关信息发送至各比对站。

所述高分辨力时间间隔计数器4具有皮秒级的分辨率，准确测量多通道解调器8和多通道调制器9的钟差，并将钟差传送至所述主控计算机。

主控计算机5实时监测系统的工作状态，实时提取多通道调制器9、多通道解调器8和高分辨力时间间隔计数器4的数据，使得多通道解调器8和多通道调制器9工作在完全同步的状态，通过跟踪和采集所述多个比对站的时间比对合成信号和所述中频信号的接收与发送过程，解算得到伪距测量数据，并根据卫星双向时间比对原理计算出多地钟差。

所述显示器6显示主控计算机5的工作状态和计算结果。

本发明另一方面同时公开了一种应用所述系统的多站间卫星双向时间比对方法，如图3所示，在优选实施例中，所述方法包括以下步骤：

S1：为信号解调模块分配与比对站的数量相应的带有各自gold码的多个软件通道。首先，所述铷原子钟1为所述模拟频率综合器2和频率分配器3提供10MHz的标准频率信号；所述模拟频率综合器2将所述标准频率信号倍频后提供给所述多通道解调器8和多通道调制器9，作为二者的工作时钟；所述频率分配器3接收所述标准频率信号，为所述高分辨力时间间隔计数器4和自动增益控制器7提供标准时间源信息；利用多通道解调器8的并行处理优势，通过软件扩展分配与比对站的数量相应的带有各自gold码的多个软件通道，所述多个软件通道各自的gold码具有自相关和互相关特性，所述各软件通道拥有完全相同且独立的结构，因此，各软件通道的信号处理流程也完全相同，避免多个比对站的时间比对信号通过不同的硬件产生不同的延迟引入随机误差，各软件通道间的一致性优于1ns，软件通道的设置使用户通过软件的配置即可简单的实现同时处理多个接收信号的多通道的拓展而无需购买价格昂贵的专用板卡进行通道扩展，且各软件通道互不影响。

S2：接收多个比对站的时间比对合成信号，并将所述合成信号分别与所述多个软件通道的gold码进行运算，提取并处理各软件通道对应的比对站的时间比对信号，得到各比对站的时延测量值，并对所述时延测量值进行组帧，得到一个帧。所述自动增益控制器7接收多个比对站的时间比对合成信号，并放大所述合成信号的信号功率，将放大后的合成信号传输至多通道解调器8，使多通道解调器8的模数转换器工作在最佳状态；将所述合成信号与所述各软件通道的gold码进行相关运算得到相关值，所述各软件通道提取所述合成信号中运算得到的所述相关值大于所述门限值的部分，可得到各软件通道对应的比对站的时间比对信号，所述各软件通道分别对对应的比对站的所述时间比对信号进行处理得到各比对站的时间比对信号的时延测量值，将所述各比对站的时延测量值传递给所述多通道解调器8内的多路时延组帧模块，多路时延组帧模块按照一定协议对多个比对站的时延测量值进行编码并组装成一个完整的帧，将所述帧传送至多通道调制器9。

S3：对所述帧进行调制得到中频信号传送至各比对站。所述多通道调制器9接收所述帧，并对所述帧进行调制生成中频信号，将所述中频信号和双向时间比对相关信息发送至各比对站。

S4：跟踪所述多个比对站的时间比对合成信号和所述中频信号的接收和发送过程，得到伪距测量数据，进而得到多地钟差。所述高分辨力时间间隔计数器4具有皮秒级的分辨率，准确测量多通道解调器8和多通道调制器9的钟差，并将钟差传送至所述主控计算机；主控计算机5实时监测系统的工作状态，实时提取多通道调制器9、多通道解调器8和高分辨力时间间隔计数器4的数据，使得多通道解调器8和多通道调制器9工作在完全同步的状态，通过跟踪和采集所述多个比对站的时间比对合成信号和所述中频信号的接收与发送过程，解算得到伪距测量数据，并根据卫星双向时间比对原理计算出多地钟差。所述显示器6显示主控计算机5的工作状态和计算结果。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种多站间卫星双向时间比对系统，用于主站与多个比对站之间进行卫星双向时间比对，其特征在于，所述系统包括：

频率基准模块，用于为系统内其他模块提供频率基准；

信号解调模块，包括与比对站的数量相应的带有各自gold码的多个软件通道，用于接收所述多个比对站的时间比对合成信号，并将所述合成信号分别与所述多个软件通道的gold码进行运算，提取并处理各软件通道对应的比对站的时间比对信号，得到各比对站的时延测量值，并对所述时延测量值进行组帧，得到一个帧；

信号调制模块，用于接收所述帧，并对所述帧进行调制得到中频信号传送至各比对站；

主控模块，监控多站间卫星双向时间比对过程，跟踪所述多个比对站的时间比对合成信号和所述中频信号的接收和发送过程，得到伪距测量数据，进而得到多地钟差。

2.根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述多个软件通道各自的gold码具有自相关和互相关特性。

3.根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述各软件通道预设有门限值，将所述合成信号与所述各软件通道的gold码进行相关运算得到相关值，所述各软件通道提取所述合成信号中运算得到的所述相关值大于所述门限值的部分，得到各软件通道对应的比对站的时间比对信号。

4.根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述各软件通道间的一致性优于1ns。

5.根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述频率基准模块包括铷原子钟(1)、模拟频率综合器(2)和频率分配器(3)，所述铷原子钟(1)为所述模拟频率综合器(2)和频率分配器(3)提供标准频率信号，所述模拟频率综合器(2)与所述频率分配器(3)接收所述标准频率信号，为系统内其他模块提供频率基准。

6.根据权利要求5所述系统，其特征在于，所述信号解调模块包括自动增益控制器(7)和多通道解调器(8)，所述自动增益控制器(7)用于接收多个比对站的时间比对合成信号，并调整所述合成信号的信号功率，将所述调整后的合成信号传输至多通道解调器(8)，所述多通道解调器(8)用于提取各比对站的时间比对信号，得到多个时延测量值并进行组帧，得到一个帧，并将所述帧传输至所述信号调制模块。

7.根据权利要求6所述系统，其特征在于，所述信号调制模块包括多通道调制器(9)，所述多通道调制器(9)用于接收所述帧，对所述帧进行调制得到中频信号，并将所述中频信号传输至各比对站。

8.根据权利要求7所述系统，其特征在于，所述主控模块包括高分辨力时间间隔计数器(4)、主控计算机(5)和显示器(6)，所述高分辨力时间间隔计数器(4)用于测量所述多通道解调器(8)和所述多通道调制器(9)的钟差，并将所述钟差传输至所述主控计算机(5)，所述主控计算机(5)监控多站间卫星双向时间比对过程，通过跟踪和采集所述多个比对站的时间比对合成信号和所述中频信号，解算得到伪距测量数据，进而得到多地钟差，通过所述显示器(6)显示出来。

9.根据权利要求8所述系统，其特征在于，所述高分辨力时间间隔计数器(4)的分辨率为皮秒级。

10.一种应用权利要求1-9任一项的多站间卫星双向时间比对方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：为信号解调模块分配与比对站的数量相应的带有各自gold码的多个软件通道；

S2：接收多个比对站的时间比对合成信号，并将所述合成信号分别与所述多个软件通道的gold码进行运算，提取并处理各软件通道对应的比对站的时间比对信号，得到各比对站的时延测量值，并对所述时延测量值进行组帧，得到一个帧；

S3：对所述帧进行调制得到中频信号传送至各比对站；

S4：跟踪所述多个比对站的时间比对合成信号和所述中频信号的接收和发送过程，得到伪距测量数据，进而得到多地钟差。