CN106877965A - 一种微基站中心站的时间同步处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微基站的时间处理同步方法，所述方法包括：一、微基站中心站以触发脉冲为时间基准生成用于多路转发信号；二、导航/导频信号转发单元分别将接收到的转发信号进行变频生成导航信号；三、监测接收机分别计算监测接收机与微基站中心站之间各路信号的传递时间差的偏差；四，监测接收机将时间差的偏差与阈值进行比较；五，将传递时间差的偏差进行计算，得到待调整信号的粗钟差控制字和精钟差参数；六，微基站中心站根据粗钟差控制字和精钟差参数进行调整；通过本发明可以实现微基站定位系统内和微基站与空间卫星导航系统间的高精度时间同步，并具有成本低、简单实用的优点。

Description

一种微基站中心站的时间同步处理方法

技术领域

本发明涉及卫星导航地基增强技术领域，特别是一种微基站时间同步处理方法。

背景技术

微基站是一种地面导航信号发射设备，用于支持和增强空间卫星导航系统的服务能力。并可与空间导航卫星的组合应用，即若干微基站加上不满足定位条件(小于4颗)的空间GPS、北斗等导航卫星，可实现星地组合定位模式，能够解决由于地理环境影响造成的可视导航卫星数不足、几何构成不佳、信号电平过低等问题而不能实现连续无缝导航定位以及定位精度较低的情况。但为了实现这种星地同步工作，微基站中心站保证各转发单元的时间高精度同步的是一个亟待解决的技术问题。

目前，微基站系统的时间同步主要采用接收机单向授时法，通过输出与空间导航卫星时间同步的1PPS信号(精度50ns)对微基站信号产生器进行触发，最后利用触发脉冲的上升沿产生与空间导航卫星同步的微基站导航信号，但它需要接收机配备脉冲信号产生与调相单元，增加了硬件成本和技术难度，且星地时间同步精度不高。本专利提供了一种数字化处理的微基站与空间导航卫星时间同步的方法，该方法通过计算得到微基站系统时间与卫星导航系统的星地同步钟差，把该偏差进行精细化处理，生成电文控制字、微基站信号相位控制字和微基站电文钟差修正参数，从而实现微基站与空间导航卫星的高精度时间同步。

发明内容

本发明的目的是：针对单向授时接收机同步方法的硬件成本高、同步精度低缺陷，设计了一种微基站时间同步处理方法，有效地解决地面微基站系统内和微基站与空间北斗/GPS导航卫星之间时间基准的高精度时间同步问题。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种微基站中心站的时间同步处理方法，包括以下步骤：

①微基站中心站以触发脉冲为时间基准生成多路转发信号，并分别将多路转发信号对应发送给多个导航/导频信号转发单元；

②每个导航/导频信号转发单元分别将接收到的转发信号进行变频生成导航信号，并将导航信号发送给监测接收机；

③监测接收机同时接收多个导航/导频信号转发单元发出的导航信号，根据导航信号分别计算出监测接收机与微基站中心站之间各路信号的传输距离值；根据各路信号的传输距离值分别计算监测接收机与微基站中心站之间各路信号的传递时间差的偏差；

④监测接收机分别将各路信号的传递时间差的偏差与设定阈值进行比较，找出各路信号中传递时间差的偏差大于阈值的信号，作为待调整信号；

⑤监测接收机分别对待调整信号的传递时间差的偏差进行计算，得到待调整信号的粗钟差控制字和精钟差参数，将待调整信号的粗钟差控制字发送给微基站中心站，将待调整信号的精钟差参数写入微基站中心站电文；

⑥微基站中心站根据粗钟差控制字和精钟差参数进行调整；

完成微基站中心站的时间同步处理。

其中，步骤③中根据各路信号传输距离值分别计算监测接收机与微基站中心站之间各路信号的传递时间差的偏差，具体包括以下步骤：

(301)建立伪距测量方程：

其中：ρ_i为监测接收机与微基站中心站之间各路信号的传输距离值；Δt_s为微基站中心站硬件延迟，R_i为微基站中心站到第i个导航/导频信号转发单元的转发信号传输延迟，τ_i为第i个导航/导频信号转发单元的硬件延迟；为第i个导航/导频信号转发单元到监测接收机的传输延迟；Δt_r为监测接收机的接收时间误差；为第i路信号在监测接收机产生的噪声偏差，i＝1,2,3...n；

(302)根据伪距测量方程计算微基站中心站各路信号传递时间差的偏差Δt：

其中，步骤⑤中粗钟差控制字包括电文帧控制字、电文字控制字、电文字数据位、扩频码控制字和扩频码片控制字；其中，

电文帧控制字N1＝求整数(Δt/电文帧长度)；

电文字控制字N2＝求整数[(Δt-N1*电文帧长度)/电文字长]；

电文字数据位N3＝求整数[(Δt-N1*电文帧长度-N2*电文字长)/电文数据位长]；

钟差剩余量Δdt1＝Δt-N1*电文帧长度-N2*电文字长-N3*电文数据位长；

扩频码控制字N4＝求整数(Δdt1/扩频码长)；

扩频码片控制字N5＝求整数[(Δdt1-N4*扩频码长)/码片长]。

其中，步骤⑤中精钟差参数包括时钟偏差a0、时钟偏移a1和时钟偏移率a2；

计算公式为：Δdt2＝a0+a1*(t-t0)+a2*(t-t0)²，

其中，钟差小数部分Δdt2＝Δdt1-N4*扩频码长-N5*码片长，t为用户机使用微基站信号进行定位的当前时刻，t0为参考时刻。

本发明技术具有如下优点：

(i)本发明设计的微基站定位系统采用同源的微基站中心站产生多路转发信号，保证了多路信号间特性的一致性。

(ii)本发明设计的微基站定位系统采用导航/导频信号转发单元的方式发射导航信号，避免了上行转发信号对导航信号的干扰。

(iii)本发明设计的微基站定位系统采用数学的方式，处理方式简单，节约硬件成本。

(iv)本发明提出了粗钟差控制字和精钟差数据的处理方法，能够使用户接收机输出的微基站伪距测量值稳定，具有便于用户机进行粗差检测的特点。

附图说明

图1是本发明的系统示意图；

图2是本发明的时间差的偏差计算示意图；

图3是本发明的处理流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明做进一步的描述：

本发明的系统示意图如图1所示，包括微基站中心站、多个导航/导频信号转发单元和监测接收机；

本发明流程如图3，一种微基站中心站的时间同步处理方法，包括以下步骤：

①微基站中心站以触发脉冲为时间基准生成多路转发信号，并分别将多路转发信号对应发送给多个导航/导频信号转发单元；

②每个导航/导频信号转发单元分别将接收到的转发信号进行变频生成导航信号，并将导航信号发送给监测接收机；

③监测接收机同时接收多个导航/导频信号转发单元发出的导航信号，根据导航信号分别计算出监测接收机与微基站中心站之间各路信号的传输距离值；根据各路信号的传输距离值分别计算监测接收机与微基站中心站之间各路信号的传递时间差的偏差；示意图如图2，具体包括以下步骤：

(301)建立伪距测量方程：

其中：ρ_i为监测接收机与微基站中心站之间各路信号的传输距离值；Δt_s为微基站中心站硬件延迟，R_i为微基站中心站到第i个导航/导频信号转发单元的转发信号传输延迟，τ_i为第i个导航/导频信号转发单元的硬件延迟；为第i个导航/导频信号转发单元到监测接收机的传输延迟；Δt_r为监测接收机的接收时间误差；为第i路信号在监测接收机产生的噪声偏差，i＝1,2,3...n；

(302)根据伪距测量方程计算微基站中心站各路信号传递时间差的偏差Δt：

忽略多径和其他环境因素的影响，可得微基站中心站各单元的信号传输误差如上公式所示。

④监测接收机分别将各路信号的传递时间差的偏差与设定阈值进行比较，找出各路信号中传递时间差的偏差大于阈值的信号，作为待调整信号；

⑤监测接收机分别对待调整信号的传递时间差的偏差进行计算，得到待调整信号的粗钟差控制字和精钟差参数，将待调整信号的粗钟差控制字发送给微基站中心站，将待调整信号的精钟差参数写入微基站中心站电文；所述的粗钟差控制字包括电文帧控制字、电文字控制字、电文字数据位、扩频码控制字和扩频码片控制字；其中，

电文帧控制字N1＝求整数(Δdt/电文帧长度)，如果微基站采用类似GPS L1电文结构，电文帧长度为6s；

电文字控制字N2＝求整数[(Δdt-N1*电文帧长度)/电文字长]，如果微基站采用类似GPS L1电文结构，电文字长度为0.6s。

电文字数据位N3＝求整数[(Δdt-N1*电文帧长度-N2*电文字长)/电文数据位长]，如果微基站采用类似GPS L1电文结构，电文数据位长度为0.02s；

钟差剩余量Δdt1＝Δdt-N1*电文帧长度-N2*电文字长-N3*电文数据位长；

扩频码控制字N4＝求整数(Δdt1/扩频码长)，如果采用类似GPS L1-CA的扩频码，码长度为1us；

扩频码片控制字N5＝求整数[(Δdt1-N4*扩频码长)/码片长]，如果采用类似GPSL1-CA的扩频码，码片长度为1/1023us。

所述的精钟差参数包括时钟偏差a0、时钟偏移a1和时钟偏移率a2；

计算公式为：Δdt2＝a0+a1*(t-t0)+a2*(t-t0)²，

其中，钟差小数部分Δdt2＝Δdt1-N4*扩频码长-N5*码片长，t为用户机使用微基站信号进行定位的当前时刻，t0为参考时刻。

⑥微基站中心站根据粗钟差控制字和精钟差参数进行调整；

完成微基站中心站的时间同步处理。

Claims (4)

1.一种微基站中心站的时间同步处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

①微基站中心站以触发脉冲为时间基准生成多路转发信号，并分别将多路转发信号对应发送给多个导航/导频信号转发单元；

②每个导航/导频信号转发单元分别将接收到的转发信号进行变频生成导航信号，并将导航信号发送给监测接收机；

③监测接收机同时接收多个导航/导频信号转发单元发出的导航信号，根据导航信号分别计算出监测接收机与微基站中心站之间各路信号的传输距离值；根据各路信号的传输距离值分别计算监测接收机与微基站中心站之间各路信号的传递时间差的偏差；

④监测接收机分别将各路信号的传递时间差的偏差与设定阈值进行比较，找出各路信号中传递时间差的偏差大于阈值的信号，作为待调整信号；

⑤监测接收机分别对待调整信号的传递时间差的偏差进行计算，得到待调整信号的粗钟差控制字和精钟差参数，将待调整信号的粗钟差控制字发送给微基站中心站，将待调整信号的精钟差参数写入微基站中心站电文；

⑥微基站中心站根据粗钟差控制字和精钟差参数进行调整；

完成微基站中心站的时间同步处理。

2.根据权利要求1中所述的一种微基站中心站的时间同步处理方法，其特征在于：步骤③中根据各路信号传输距离值分别计算监测接收机与微基站中心站之间各路信号的传递时间差的偏差，具体包括以下步骤：

(301)建立伪距测量方程：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\ρ}}_1={\mathrm{\Δt}}_s+R_1+R_r^1+{\mathrm{\τ}}_1+{\mathrm{\Δt}}_r+{\mathrm{\ΔT}}_r^1\\ {\mathrm{\ρ}}_2={\mathrm{\Δt}}_s+R_2+R_r^2+{\mathrm{\τ}}_2+{\mathrm{\Δt}}_r+{\mathrm{\ΔT}}_r^2\\ \mathrm{......}\\ {\mathrm{\ρ}}_n={\mathrm{\Δt}}_s+R_n+R_r^n+{\mathrm{\τ}}_n+{\mathrm{\Δt}}_r+{\mathrm{\ΔT}}_r^n\end{array}\right.$

其中：ρ_i为监测接收机与微基站中心站之间各路信号的传输距离值；Δt_s为微基站中心站硬件延迟，R_i为微基站中心站到第i个导航/导频信号转发单元的转发信号传输延迟，τ_i为第i个导航/导频信号转发单元的硬件延迟；为第i个导航/导频信号转发单元到监测接收机的传输延迟；Δt_r为监测接收机的接收时间误差；为第i路信号在监测接收机产生的噪声偏差，i＝1,2,3...n；

(302)根据伪距测量方程计算微基站中心站各路信号传递时间差的偏差Δt：

$\mathrm{\Δ}t=\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\τ}}_1+{\mathrm{\Δt}}_s+{\mathrm{\Δt}}_r+{\mathrm{\ΔT}}_r^1\\ {\mathrm{\τ}}_2+{\mathrm{\Δt}}_s+{\mathrm{\Δt}}_r+{\mathrm{\ΔT}}_r^2\\ ......\\ {\mathrm{\τ}}_n+{\mathrm{\Δt}}_s+{\mathrm{\Δt}}_r+{\mathrm{\ΔT}}_r^n\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\ρ}}_1-R_1-R_r^1\\ {\mathrm{\ρ}}_2-R_2-R_r^2\\ ......\\ {\mathrm{\ρ}}_n-R_n-R_r^n\end{array}\right].$

3.根据权利要求1中所述的一种微基站中心站的时间同步处理方法，其特征在于：步骤⑤中粗钟差控制字包括电文帧控制字、电文字控制字、电文字数据位、扩频码控制字和扩频码片控制字；其中，

电文帧控制字N1＝求整数(Δt/电文帧长度)；

电文字控制字N2＝求整数[(Δt-N1*电文帧长度)/电文字长]；

电文字数据位N3＝求整数[(Δt-N1*电文帧长度-N2*电文字长)/电文数据位长]；

钟差剩余量Δdt1＝Δt-N1*电文帧长度-N2*电文字长-N3*电文数据位长；

扩频码控制字N4＝求整数(Δdt1/扩频码长)；

扩频码片控制字N5＝求整数[(Δdt1-N4*扩频码长)/码片长]。

4.根据权利要求5所述的一种微基站中心站的时间同步处理方法，其特征在于：步骤⑤中精钟差参数包括时钟偏差a0、时钟偏移a1和时钟偏移率a2；

计算公式为：Δdt2＝a0+a1*(t-t0)+a2*(t-t0)²，

其中，钟差小数部分Δdt2＝Δdt1-N4*扩频码长-N5*码片长，t为用户机使用微基站信号进行定位的当前时刻，t0为参考时刻。