CN106533528B - 双向时间比对调制解调器传输数据量的压缩及解算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种双向时间比对调制解调器传输数据量的压缩及解算方法，该方法利用数据融合算法，将双向时间比对调制解调器的伪距测量信息和外部时间信号与实际比对信号的时差测量信息在本地进行有效融合处理，使调制解调器需要传输的数据量得到有效压缩，能够大幅增加双向时间比对调制解调器通道数。

Description

双向时间比对调制解调器传输数据量的压缩及解算方法
技术领域
本发明涉及数据处理技术领域。更具体地，涉及一种双向时间比对调制解调器传输数据量的压缩及解算方法。
背景技术
近年来随着卫星通信与伪码扩频技术的进步，使得卫星双向时间传递系统的精度进一步提升，目前卫星双向时间传递已经成为国际原子时(TAI)计算、标准时间溯源的主要手段，并在高精度站间同步、无线电导航等领域广泛应用。
卫星双向时间比对方法是一种高精度的时间传递技术，它利用地球同步通信卫星转发时间传递地球站间的定时调制信息，实现各站时间信息交互和高精度时差测量。它利用专用的双向时间比对调制解调器(MODEM)对定时信号进行调制与解调，并实时交互测量的各种信息。双向时间比对调制解调器是整个双向时间比对系统的核心，它一方面需要进行伪距测量信息的测量，另一方面由于双向时间比对一般需要外部输入时间信号(秒脉冲)，因此实际用于时间比对的秒脉冲信号需要在外部秒脉冲信号的触发下产生，但无论怎样精确触发，这两个秒脉冲之间还是具有一定的随机误差，而该误差会直接影响到最终的比对结果，因此双向时间比对调制解调器还同时担负着外部时间信号与实际比对信号的时差测量工作。而与导航接收机不同，由于双向时间比对系统都是成对工作，需要实时交换多种测量信息和指示信息才能完成两地钟差的测量，比如伪距测量信息，外部时间信号与实际比对信号时差信息、状态指示信息、站编号信息等等，因此其通道的扩展极大的受限于实时交换的数据量。
现有技术中针对上述情况有一些解决方法，比如提高系统数据率，但该数据率不能无限增大，因为这会使设计风险和成本增加，借鉴于导航接收机，一般双向时间比对调制解调器的数据传输速率最高到500bps，通道数一般只能扩展到3个通道。另外还有一种规避的方式，即只进行伪距和其他信息的测量，而不是实时交互数据，这种方式只能进行后处理操作，不能实时计算得到钟差，大大限制双向时间比对系统的应用场合，也不能体现双向时间比对系统的特点和优势。此外为了在有限通道数实现多站间互比，还可以采用分时比对方式，但这种方式使比对效率降低，并不能从根本上解决通道受限问题。
因此，需要提供一种适用于双向时间比对调制解调器的多通道设计，能够解决双向时间比对调制解调器的通道数受限问题的双向时间比对调制解调器传输数据量的压缩及解算方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双向时间比对调制解调器传输数据量的压缩及解算方法，以解决双向时间比对调制解调器的通道数受限问题。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种双向时间比对调制解调器传输数据量的压缩及解算方法，包括如下步骤：
第一步、分别采集需要获取钟差的两个比对站的双向时间比对调制解调器的外部时间信号与实际比对信号的时差信息和伪距测量信息，并记录各时差信息和伪距测量信息的采集时刻：
第二步、分别在两个比对站本地对采集到的外部时间信号与实际比对信号的时差信息和伪距测量信息进行数据融合处理；
第三步、分别将两个比对站进行数据融合处理之后得到融合信息、时间信息、状态信息、站址信息进行编码组帧之后通过数据链传送到对方；
第四步、分别在两个比对站本地对两个比对站进行数据融合处理之后得到融合信息进行解算，得到两个比对站之间的钟差。
优选地，所述第二步的具体过程如下：
在第一比对站本地，对采集到的第一比对站的双向时间比对调制解调器的外部时间信号与实际比对信号的时差信息和伪距测量信息进行数据融合处理的公式如下：
ΔT1(t)＝2ΔTG1T1(t)+ρ1(t)
其中，ΔTG1T1(t)为第一比对站的双向时间比对调制解调器的外部时间信号与实际比对信号的时差信息，ρ1(t)为第一比对站的双向时间比对调制解调器的伪距测量信息；
在第二比对站本地，对采集到的第二比对站的双向时间比对调制解调器的外部时间信号与实际比对信号的时差信息和伪距测量信息进行数据融合处理的公式如下：
ΔT2(t)＝2ΔTG2T2(t)+ρ2(t)
其中，ΔTG2T2(t)为第二比对站的双向时间比对调制解调器的外部时间信号与实际比对信号的时差信息，ρ2(t)为第二比对站的双向时间比对调制解调器的伪距测量信息。
优选地，第四步的具体过程为：
在第一比对站，将第一比对站在本地进行数据融合处理之后得到融合信息ΔT1(t)与第一比对站接收到的第二比对站进行数据融合处理之后得到融合信息ΔT2(t)进行解算，得到第一比对站相对于第二比对站的钟差：
在第二比对站，将第二比对站在本地进行数据融合处理之后得到融合信息ΔT2(t)与第二比对站接收到的第一比对站进行数据融合处理之后得到融合信息ΔT1(t)进行解算，得到第二比对站相对于第一比对站的钟差：
本发明的有益效果如下：
本发明所述技术方案利用数据融合算法，将双向时间比对调制解调器的伪距测量信息和外部时间信号与实际比对信号的时差测量信息在本地进行有效融合处理，使其传输的数据量得到有效压缩，减轻系统数据传输的压力，进而达到了增加双向时间比对调制解调器通道个数的目的。
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示出双向时间比对调制解调器传输数据量的压缩及解算方法的流程图。
图2示出实现双向时间比对调制解调器传输数据量的压缩及解算方法中实现压缩的功能模块的示意图。
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，本实施例提供的双向时间比对调制解调器传输数据量的压缩及解算方法包括如下步骤：
第一步、分别采集需要获取钟差的两个比对站的双向时间比对调制解调器的外部时间信号与实际比对信号的时差信息和伪距测量信息，并记录各时差信息和伪距测量信息的采集时刻：
双向时间比对调制解调器利用精密时差测量技术测量外部时间信号与实际比对信号的时差，该时差值是带有时间信息的，就是说在每一秒时刻对应一个时差信息，在采集时差信息时，需要记录各时差信息的采集时刻。同样，在采集伪距测量信息时，需要记录各伪距测量信息的采集时刻。
第二步、分别在两个比对站本地对采集到的外部时间信号与实际比对信号的时差信息和伪距测量信息进行数据融合处理，具体方法如下：
设G1、G2分别为第一比对站和第二比对站的外部时间信号(秒脉冲信号)，T1、T2分别为第一比对站和第二比对站的实际比对信号(秒脉冲信号)，ΔTG1T1(t)、ΔTG2T2(t)分别为第一比对站和第二比对站的双向时间比对调制解调器测量出的外部时间信号(秒脉冲信号)与实际比对信号(秒脉冲信号)的时差信息，ρ1(t)、ρ2(t)分别为第一比对站和第二比对站的双向时间比对调制解调器测量出的伪距测量信息。进行双向比对时，需要将第一比对站的ΔTG1T1(t)和ρ1(t)传给第二比对站，并将第二比对站的ΔTG2T2(t)和ρ2(t)传给第一比对站，这样就大量占用了数据带宽。
为压缩传输数据量，分别在第一比对站和第二比对站的本地增加一级数据融合处理：
在第一比对站本地，对采集到的第一比对站的双向时间比对调制解调器的外部时间信号与实际比对信号的时差信息和伪距测量信息进行数据融合处理的公式如下：
ΔT1(t)＝2ΔTG1T1(t)+ρ1(t)
在第二比对站本地，对采集到的第二比对站的双向时间比对调制解调器的外部时间信号与实际比对信号的时差信息和伪距测量信息进行数据融合处理的公式如下：
ΔT2(t)＝2ΔTG2T2(t)+ρ2(t)
第三步、数据组帧输出，分别将两个比对站数据融合处理之后得到的融合信息、时间信息、状态信息、站址信息进行编码组帧之后通过数据链传送到对方：
将第一比对站进行数据融合处理之后得到的融合信息ΔT1(t)、时间信息、状态信息、站址信息等进行编码组帧后，通过数据链传送到第二比对站，并将第二比对站进行数据融合处理之后得到融合信息ΔT2(t)、时间信息、状态信息、站址信息等进行编码组帧后，通过数据链传送到第一比对站。由于在这些所需传输的信息中，伪距测量信息和时差信息是占用资源最多，因此采用此方法融合后，其数据量可以减少接近一半，这样通道数可以倍增。
第四步、钟差数据解算，分别在两个比对站本地对数据融合处理之后得到的融合信息进行解算，得到两个比对站之间的钟差：
在第一比对站，将第一比对站在本地进行数据融合处理之后得到的融合信息ΔT1(t)与第一比对站接收到的第二比对站进行数据融合处理之后得到的融合信息ΔT2(t)进行解算，得到第一比对站相对于第二比对站的钟差Δ1(t)：
在第二比对站，将第二比对站在本地进行数据融合处理之后得到的融合信息ΔT2(t)与第二比对站接收到的第一比对站进行数据融合处理之后得到的融合信息ΔT1(t)进行解算，得到第二比对站相对于第一比对站的钟差Δ2(t)：
如图2所示，由于需要进行实时的数据处理，因此，在第一比对站和第二比对站的本地实现数据融合，即实现压缩的功能模块选用带有双串口功能的单片机或者ARM处理器，串口通信速率选用115200bps，可以保证每一秒钟的数据能够实时的处理，使系统时延保持稳定。而在具体数据处理过程中，由于本地测量信息受到噪声等因素的影响可能会造成粗大误差的出现，因此在数据处理之前可以对两种信息(时差信息和伪距测量信息)分别进行滤波处理，这样也可以省去后端的平滑处理操作，从而最终得到高精度的双向时间比对结果(两比对站之间的钟差)。
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 (3)

1.一种双向时间比对调制解调器传输数据量的压缩及解算方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
第一步、分别采集需要获取钟差的两个比对站的双向时间比对调制解调器的外部时间信号与实际比对信号的时差信息和伪距测量信息，并记录各时差信息和伪距测量信息的采集时刻：
第二步、分别在两个比对站本地对采集到的外部时间信号与实际比对信号的时差信息和伪距测量信息进行数据融合处理；
第三步、分别将两个比对站数据融合处理之后得到的融合信息、时间信息、状态信息、站址信息进行编码组帧后通过数据链传送到对方；
第四步、分别在两个比对站本地对数据融合处理之后得到的融合信息进行解算，得到两个比对站之间的钟差。
2.根据权利要求1所述的双向时间比对调制解调器传输数据量的压缩及解算方法，其特征在于，所述第二步的具体过程如下：
在第一比对站本地，对采集到的第一比对站的双向时间比对调制解调器的外部时间信号与实际比对信号的时差信息和伪距测量信息进行数据融合处理的公式如下：
ΔT1(t)＝2ΔTG1T1(t)+ρ1(t)
其中，ΔTG1T1(t)为第一比对站的双向时间比对调制解调器的外部时间信号与实际比对信号的时差信息，ρ1(t)为第一比对站的双向时间比对调制解调器的伪距测量信息；
在第二比对站本地，对采集到的第二比对站的双向时间比对调制解调器的外部时间信号与实际比对信号的时差信息和伪距测量信息进行数据融合处理的公式如下：
ΔT2(t)＝2ΔTG2T2(t)+ρ2(t)
其中，ΔTG2T2(t)为第二比对站的双向时间比对调制解调器的外部时间信号与实际比对信号的时差信息，ρ2(t)为第二比对站的双向时间比对调制解调器的伪距测量信息。
3.根据权利要求2所述的双向时间比对调制解调器传输数据量的压缩及解算方法，其特征在于，第四步的具体过程为：
在第一比对站，将第一比对站在本地进行数据融合处理之后得到的融合信息ΔT1(t)与第一比对站接收到的第二比对站进行数据融合处理之后得到融合信息ΔT2(t)进行解算，得到第一比对站相对于第二比对站的钟差Δ1(t)：
在第二比对站，将第二比对站在本地进行数据融合处理之后得到的融合信息ΔT2(t)与第二比对站接收到的第一比对站进行数据融合处理之后得到融合信息ΔT1(t)进行解算，得到第二比对站相对于第一比对站的钟差Δ2(t)：
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