CN107831648A - 一种基于全球卫星导航系统的高精度授时方法 - Google Patents
一种基于全球卫星导航系统的高精度授时方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种基于全球卫星导航系统的高精度授时方法，用于电力、通讯、金融等多个行业。本方法中，基于全球卫星导航系统多频点模式下，采用双频授时能够消除电离层误差，得到高精度的双频钟差，进而提高授时精度；另一方面，在单频和双频观测量良好时，先得到高精度的单频平均钟差dtsingle r和双频平均钟差dtdouble，进而能够得到双频平均钟差dtdouble和单频平均钟差dtsingle r的差值Δdt，在双频观测量受到干扰时，可以采用单频钟差和差值间接得到双频推导钟差dtr 1,2，进而可以继续实现高精度的授时。
Description
技术领域
本发明是一种基于全球卫星导航系统的高精度授时方法，用于电力、通讯、金融等多个行业。
背景技术
目前，全球卫星导航定位系统(GNSS)由美国的GPS，俄罗斯的GLONASS，中国的BeiDou以及欧盟的Galileo组成。卫星导航系统不受气候影响，能够为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和全球性的定位、导航和授时服务。很多行业需要可靠的高精度授时装置，如移动通信网络，CDMA基站、CDMA2000基站、TD-SCDMA基站等均需要高精度的时间同步，目前是在每个基站上配置GPS授时模块。如果基站与基站之间的时间同步不能达到一定要求，将可能导致在选择器中发生指令不匹配，从而导致通话连接不能正常建立，影响无线业务的接续质量。在通信网络中使用自主的BD卫星授时接收机/模块，将根本解决因大量使用GPS授时而导致的全网同步运行及业务网络组网的安全性问题。
基于卫星系统授时的性能与很多因素相关，主要包括授时装置的位置是否精确已知、授时装置跟踪的频点、授时装置的晶振性能、授时装置处的信号干扰情况、授时模块的算法、卫星星历的误差大小、卫星钟差的误差大小等。通常的授时装置采用单系统单频配置，如采用BD的B1频点进行授时，这种装置的授时精度不高，而且在B1信号受到短暂干扰或中断时，只能靠装置自身的晶振来守时，精度会进一步下降。这种装置的授时精度和稳定性满足不了相关行业的需求。即现有的GNSS授时装置精度不够高，通常在100ns级，而且稳定性不高，在信号受到干扰或短时中断时，授时装置不能正常工作。
发明内容
本发明的目的是：在全球卫星导航系统多频点模式下，采用双频授时能够消除电离层误差，得到高精度的双频钟差，进而提高授时精度；另一方面，在单频和双频观测量良好时，先得到高精度的单频平均钟差dtsingle r和双频平均钟差dtdouble，进而能够得到双频平均钟差dtdouble和单频平均钟差dtsingle r的差值Δdt，在双频观测量受到干扰时，可以采用单频钟差和差值间接得到双频推导钟差dtr 1,2，进而可以继续实现高精度的授时。
本发明的多系统多频点的高精度授时装置，支持用户配置卫星系统和频点作为授时基准，授时精度高，使用灵活，性能稳定可靠。
本发明的目的通过以下技术方案来具体实现：
提供一种基于全球卫星导航系统的高精度授时方法，所述导航系统具有多颗卫星和多个频点；
当所述导航系统的接收端处理任意一个频点Xi信号时，通过单频钟差公式得到各颗卫星的单频钟差dtsingle，单频钟差公式如下：
公式中，P为相应卫星的伪距观测量；ρ为相应卫星到接收机的几何距离，根据接收机的空间位置信息和相应卫星的空间位置信息计算得到；c为光速；dts为相应卫星的钟差，可以从星历得到；T为相应卫星对流层延迟，可以通过霍普菲尔德Hopfield模型计算得到；fi表示所述任意一个频点Xi的频率；Ii为频点Xi所对应的电离层延迟，可以通过克罗布歇Klobuchar模型计算得到；
通过上述公式获得各颗卫星的在频点Xi下的单频钟差，将获得的各颗卫星的单频钟差进行加权平均计算得到该频点的单频平均钟差dtsingle r，加权平均计算公式为：
上式中，dtsingle i表示第i颗卫星的单频钟差，Wi表示第i颗卫星钟差权重，N表示各颗卫星总数；
将所述的单频钟差提供给导航系统的授时装置进行秒脉冲信号的校正。
优选地，P采用载波相位平滑伪距。当伪距P的观测噪声较大，而载波的噪声较小时，P采用载波相位平滑伪距，以减少伪距P的噪声，有利于提升单频钟差计算的精度。
本发明提供另一种基于全球卫星导航系统的高精度授时方法，所述导航系统具有多颗卫星和至少两个频点；
当接收端频点X1信号存在时，且接收端频点X2信号存在时；通过公式得到各颗卫星的双频钟差dtdouble，公式如下：
此为消电离层组合公式，
双频钟差dtdouble公式：
公式中，P1为相应卫星在频点X1下的伪距观测量；P2为相应卫星在频点X2下的伪距观测量；P1，2为相应卫星的双频伪距观测量，由消电离层组合公式获得；ρ为相应卫星到接收端的几何距离，根据接收端的空间位置信息和相应卫星的空间位置信息计算得到；c为光速；dts为相应卫星的钟差，可以从星历得到；T为相应卫星对流层延迟，可以通过霍普菲尔德Hopfield模型计算得到；fX1为相应卫星在频点X1的频率；fX2为相应卫星在频点X2的频率；
通过上述公式获得各颗卫星的在频点X1和X2下的双频钟差，将获得的各颗卫星的双频钟差进行加权平均计算得到该频点的双频平均钟差dtdouble r，加权平均计算公式为：
上式中，dtdouble k表示第k颗卫星的双频钟差，Wi表示第k颗卫星钟差权重，M表示各颗卫星总数；
将所述的双频钟差提供给导航系统的授时装置进行秒脉冲信号的校正。
优选的，当接收机跟踪到多个卫星的双频数据时，根据加权平均的方式计算接收机的双频钟差，算法公式如上述的单频钟差加权公式。
本发明再提供另一种基于全球卫星导航系统的高精度授时方法，所述导航系统具有至少两个频点；
在接收端频点X1信号存在时，且接收端频点X2存在时；对频点X1和频点X2的伪距观测量进行消电离层组合；由上述的单频钟差公式和双频钟差能够得到频点X1的单频钟差dtsingle r1、频点X2的单频钟差dtsingle r2以及频点X1和频点X2的双频钟差dtdouble r；由此可以得到双频钟差与单频钟差的钟差之差为：
频点X1和频点X2的双频钟差与频点X1的单频钟差之差为：Δdt1＝dtdouble r-dtsingle r1；
频点X1和频点X2的双频钟差与频点X2的单频钟差之差为：Δdt2＝dtdouble r-dtsingle r2；
当接收端频点X1和频点X2之一信号不存在时，即单频钟差dtsingle r1或单频钟差dtsingle r2不可获得时，则根据以下公式推导得出双频推导钟差dtr 1,2：dtr 1,2＝Δdt1+dtsingle r1或dtr 1,2＝Δdt2+dtsingle r2；
将所述的双频钟差提供给导航系统的授时装置进行秒脉冲信号的校正。
进一步的，上述各方法中的导航系统为GPS、BD、GLONASS或GALILEO。
技术效果：本发明的高精度授时方法相对于现有技术的接收机授时精度高很多，提高了授时的准确度和稳定性。本发明的多系统多频点的高精度授时方法，支持用户配置卫星系统和频点作为授时基准，使用灵活，性能稳定可靠。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一
给出具体的参数数值，通过上述公式计算出一个单频钟差，举实际的例子。
在某时刻，接收端收到10颗北斗卫星的B1信号，根据上述单频钟差的算法公式，得到该时刻的单频钟差dtsingle r1＝312856.321纳秒。
实施例二
给出具体的参数数值，通过上述公式计算出一个双频钟差，举实际的例子。
在某时刻，接收端收到9颗北斗卫星的B1和B2信号，根据上述双频钟差的算法公式，得到该时刻的双频钟差dtdouble r＝312837.183纳秒。
实施例三
给出具体的参数数值，通过实施例一和实施例二得出推导的双频钟差，举实际的例子。
在某时刻，得到接收端的单频钟差为dtsingle r1＝312856.321纳秒，接收端的双频钟差为dtr 1，2＝312837.183纳秒，则钟差之差为Δdt1＝dtdouble r-dtsingle r1＝312837.183-312856.321＝-19.138纳秒；
如果在下一时刻，接收端B2频点的信号失锁，只有B1频点的信号，无法直接计算得到当前的双频钟差，能够计算得到此时刻的单频钟差dtsingle r1＝312858.569纳秒，则根据已知的Δdt1，可以推算出此时的双频推导钟差为dtr 1,2＝Δdt1+dtsingle r1＝312858.569+(-19.138)＝312839.431纳秒。
本发明的技术内容及技术特征已揭示如上，然而熟悉本领域的技术人员仍可能基于本发明的教示及揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修饰，因此，本发明保护范围应不限于实施例所揭示的内容，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并为本发明权利要求所涵盖。
Claims (6)
1.一种基于全球卫星导航系统的高精度授时方法，所述导航系统具有多颗卫星和多个频点；
当所述导航系统的接收端处理任意一个频点Xi信号时，通过单频钟差公式得到各颗卫星的单频钟差dtsingle，单频钟差公式如下：
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</mrow>
公式中，P为相应卫星的伪距观测量；ρ为相应卫星到接收机的几何距离，根据接收机的空间位置信息和相应卫星的空间位置信息计算得到；c为光速；dts为相应卫星的钟差，可以从星历得到；T为相应卫星对流层延迟，可以通过霍普菲尔德Hopfield模型计算得到；fi表示所述任意一个频点Xi的频率；Ii为频点Xi所对应的电离层延迟，可以通过克罗布歇Klobuchar模型计算得到；
通过上述公式获得各颗卫星的在频点Xi下的单频钟差，将获得的各颗卫星的单频钟差进行加权平均计算得到该频点的单频平均钟差dtsingle r，加权平均计算公式为：
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上式中，dtsingle i表示第i颗卫星的单频钟差，Wi表示第i颗卫星钟差权重，N表示各颗卫星总数；
将所述的单频钟差提供给导航系统的授时装置进行秒脉冲信号的校正。
2.如权利要求1所述的一种基于全球卫星导航系统的高精度授时方法，其特征在于：P采用载波相位平滑伪距。
3.一种基于全球卫星导航系统的高精度授时方法，所述导航系统具有多颗卫星和至少两个频点；
当接收端频点X1信号存在时，且接收端频点X2信号存在时；通过公式得到各颗卫星的双频钟差dtdouble，公式如下：
此为消电离层组合公式，
双频钟差dtdouble公式：
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公式中，P1为相应卫星在频点X1下的伪距观测量；P2为相应卫星在频点X2下的伪距观测量；P1，2为相应卫星的双频伪距观测量，由消电离层组合公式获得；ρ为相应卫星到接收端的几何距离，根据接收端的空间位置信息和相应卫星的空间位置信息计算得到；c为光速；dts为相应卫星的钟差，可以从星历得到；T为相应卫星对流层延迟，可以通过霍普菲尔德Hopfield模型计算得到；fX1为相应卫星在频点X1的频率；fX2为相应卫星在频点X2的频率；
通过上述公式获得各颗卫星的在频点X1和X2下的双频钟差，将获得的各颗卫星的双频钟差进行加权平均计算得到该频点的双频平均钟差dtdouble r，加权平均计算公式为：
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上式中，dtdouble k表示第k颗卫星的双频钟差，Wi表示第k颗卫星钟差权重，M表示各颗卫星总数；
将所述的双频钟差提供给导航系统的授时装置进行秒脉冲信号的校正。
4.如权利要求3所述的一种基于全球卫星导航系统的高精度授时方法，其特征在于：当接收机跟踪到多个卫星的双频数据时，根据加权平均的方式计算接收机的双频钟差，算法公式如上述的单频钟差加权公式。
5.一种基于全球卫星导航系统的高精度授时方法，所述导航系统具有多颗卫星和至少两个频点；该方法包括如下步骤：
步骤一、获得频点X1的单频钟差dtsingle r1和频点X2的单频钟差dtsingle r2
当所述导航系统的接收端处理频点X1或频点X2的信号时，通过单频钟差公式得到各颗卫星的单频钟差dtsingle，单频钟差公式如下：
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公式中，P为相应卫星的伪距观测量；ρ为相应卫星到接收机的几何距离，根据接收机的空间位置信息和相应卫星的空间位置信息计算得到；c为光速；dts为相应卫星的钟差，可以从星历得到；T为相应卫星对流层延迟，可以通过霍普菲尔德Hopfield模型计算得到；fi表示频点X1或频点X2的频率；Ii为频点频点X1或频点X2所对应的电离层延迟，可以通过克罗布歇Klobuchar模型计算得到；
通过上述公式获得各颗卫星的在频点X1或频点X2下的单频钟差，将获得的各颗卫星的频点X1或频点X2的单频钟差进行加权平均计算得到该频点的单频平均钟差dtsingle r，加权平均计算公式为：
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上式中，dtsingle i表示第i颗卫星的单频钟差，Wi表示第i颗卫星钟差权重，N表示各颗卫星总数；
得到频点X1的单频钟差dtsingle r1和频点X2的单频钟差dtsingle r2
步骤二、获得频点X1和频点X2的双频钟差dtdouble r
当接收端频点X1信号存在时，且接收端频点X2信号存在时；通过公式得到各颗卫星的双频钟差dtdouble，公式如下：
此为消电离层组合公式，
双频钟差dtdouble公式：
公式中，P1为相应卫星在频点X1下的伪距观测量；P2为相应卫星在频点X2下的伪距观测量；P1，2为相应卫星的双频伪距观测量，由消电离层组合公式获得；ρ为相应卫星到接收端的几何距离，根据接收端的空间位置信息和相应卫星的空间位置信息计算得到；c为光速；dts为相应卫星的钟差，可以从星历得到；T为相应卫星对流层延迟，可以通过霍普菲尔德Hopfield模型计算得到；fX1为相应卫星在频点X1的频率；fX2为相应卫星在频点X2的频率；
通过上述公式获得各颗卫星的在频点X1和X2下的双频钟差，将获得的各颗卫星的双频钟差进行加权平均计算得到该频点的双频平均钟差dtdouble r，加权平均计算公式为：
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上式中，dtdouble k表示第k颗卫星的双频钟差，Wi表示第k颗卫星钟差权重，M表示各颗卫星总数；
步骤三、得到双频钟差与单频钟差的钟差之差为：
频点X1和频点X2的双频钟差与频点X1的单频钟差之差为：Δdt1＝dtdouble r-dtsingle r1；
频点X1和频点X2的双频钟差与频点X2的单频钟差之差为：Δdt2＝dtdouble r-dtsingle r2；
步骤四、获得双频推导钟差dtr 1,2
当接收端频点X1和频点X2之一信号不存在时，即单频钟差dtsingle r1或单频钟差dtsingle r2不可获得时，则根据以下公式推导得出双频推导钟差dtr 1,2：dtr 1,2＝Δdt1+dtsingle r1或dtr 1,2＝Δdt2+dtsingle r2；
将所述的双频推导钟差dtr 1,2提供给导航系统的授时装置进行秒脉冲信号的校正。
6.如权利要求1-5之一所述的一种基于全球卫星导航系统的高精度授时方法，其特征在于：上述各方法中的导航系统为GPS系统、BD系统、GLONASS系统或GALILEO系统。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109634093A (zh) * | 2019-01-16 | 2019-04-16 | 和芯星通科技(北京)有限公司 | 一种基于gnss接收机的授时方法及gnss接收机 |
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2017
- 2017-09-06 CN CN201710796883.5A patent/CN107831648B/zh active Active
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