CN108680930A - 一种嵌入式远距离实时gps共视时间比对的方法 - Google Patents

一种嵌入式远距离实时gps共视时间比对的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108680930A
CN108680930A CN201810471320.3A CN201810471320A CN108680930A CN 108680930 A CN108680930 A CN 108680930A CN 201810471320 A CN201810471320 A CN 201810471320A CN 108680930 A CN108680930 A CN 108680930A
Authority
CN
China
Prior art keywords
data
time
station
gps
real time
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201810471320.3A
Other languages
English (en)
Inventor
张京奎
盛传贞
应俊俊
杨开伟
王永杰
王永刚
郭晓松
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CETC 54 Research Institute
Original Assignee
CETC 54 Research Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by CETC 54 Research Institute filed Critical CETC 54 Research Institute
Priority to CN201810471320.3A priority Critical patent/CN108680930A/zh
Publication of CN108680930A publication Critical patent/CN108680930A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/03—Cooperating elements; Interaction or communication between different cooperating elements or between cooperating elements and receivers
    • G01S19/05—Cooperating elements; Interaction or communication between different cooperating elements or between cooperating elements and receivers providing aiding data

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)

Abstract

本发明公开了面向基于远距离GPS共视时间比对的技术需求，提出了一种嵌入式远距离实时GPS共视时间比对的方法，该方法基于FPGA原型的板卡，将GPS共视时间比对算法嵌入到DSP上，实现实时时间比对处理，主要完成的任务包含GPS共视与单机协同，在不增加运算复杂度和空间复杂度的前提下，能够保证钟差结果的稳定输出，实现了上千公里的站间时间同步问题。

Description

一种嵌入式远距离实时GPS共视时间比对的方法
技术领域
本发明涉及卫星定位导航中的时间传递技术，尤其涉及嵌入式远距离实时GPS共视时间比对方面。
背景技术
时间统一作为空间载体/分布式应用系统协同工作，高精度相对测量作为时间统一的基本条件，是现代国防高精度测量和全球一体化的重要研究内容，影响着航天、通信、交通、高速数字网同步等领域，如何实现大尺度范围内不同节点的实时时间同步，是现代时间基准统一和时间维持的重要保障。
GPS共视时间比对作为时间基准统一的重要技术，建设的成本低，实现方法简单，同时随着GNSS导航系统的完善，可用于共视观测卫星越来越多，同时GNSS共视具备连续实时性特征，对于实现远距离实时时间同步具有无可比拟的优势。同时随着现在授时终端的模块化，利用多模多频板卡能够自主、方便地开发出各种满足特定需求的导航导航应用系统。将板卡与计算机、通讯技术相结合，开发能够实时GPS共视时间比对算法。
发明内容
本发明的目的是为了解决嵌入式远距离实时GPS共视时间比对问题，目的在于解决相距几千公里的不同站间能够完成实时时间同步的问题。
本发明采用的技术方案为：
嵌入式远距离实时GPS共视时间比对方法，是基于FPGA原型的板卡，整个系统核心器件是DSP和FPGA；GPS共视时间比对部分是嵌入到DSP上，实现实时时间比对处理，主要完成任务包含GPS共视与单机协同，在不增加运算复杂度和空间复杂度的前提下，保证钟差结果的稳定输出，包括以下步骤：
(1)实时数据解析：接收GPS实时数据流，对不同测站的数据进行解析得到原始观测数据和电文数据，同时进行分类存储；
(2)数据预处理：对原始观测数据进行粗差剔除、周跳探测及修复和伪距平滑处理，得到高精度的平滑伪距值；
(3)单站钟差计算：根据高精度的平滑伪距值和电文数据，计算卫星位置和站星距离，同时对站星距进行误差项的改正，利用滤波的方式求解得到单站钟差；
(4)站间钟差求解：对不同站间的钟差数据进行交换，利用多星加权方法计算得到站间钟差结果。
其中，步骤(1)实时数据解析包括以下步骤：
(a)根据测站观测的GPS实时数据流，首先解析测站编号标识；
(b)根据测站编号标识，分离和提取各个测站的原始观测数据和电文数据，并进行分类存储。
其中，其特征是步骤(2)数据预处理包括以下步骤：
(a)采用中值滤波和卡方检验的方法剔除原始观测数据中不好的数据；
(b)采用无几何距离和M-W组合来探测粗差剔除后的原始观测数据中包含的周跳，同时对周跳进行标识和修复；
(c)利用载波相位观测值对周跳探测及修复后的原始观测数据的伪距观测值进行平滑，得到高精度的平滑伪距值。
其中，步骤(3)单站钟差计算包括以下步骤：
(a)根据电文数据计算得到卫星的位置，根据卫星的位置、已知的测站坐标和平滑伪距值计算得到站星距；
(b)对站星距进行测站电离层、对流层、天线相位中心、地球自转以及DCB误差项的改正；
(c)利用经过误差改正后的平滑伪距值，通过滤波的方式计算单站钟差，并对钟差结果进行规范化处理。
本发明与现有技术相比优点为：
本发明提出的嵌入式远距离实时GPS共视时间比对的方法，不仅解决了相距几千公里的不同站间时间同步问题，而且解决了远距离时间比对的模块化问题，具有很强的工程可实现性。
附图说明
图1是本发明的嵌入式远距离实时GPS共视时间比对的方法中数据处理流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的描述。
如图1所示，嵌入式远距离实时GPS共视时间比对方法，是基于FPGA原型的板卡，整个系统核心器件是DSP和FPGA；GPS共视时间比对部分是嵌入到DSP上，实现实时时间比对处理，主要完成任务包含GPS共视与单机协同，在不增加运算复杂度和空间复杂度的前提下，保证钟差结果的稳定输出，包括以下步骤：
(1)实时数据解析：接收GPS实时数据流，对不同测站的数据进行解析得到原始观测数据和电文数据，同时进行分类存储；
(2)数据预处理：对原始观测数据进行粗差剔除、周跳探测及修复和伪距平滑处理，得到高精度的平滑伪距值；
(3)单站钟差计算：根据高精度的平滑伪距值和电文数据，计算卫星位置和站星距离，同时对站星距进行误差项的改正，利用滤波的方式求解得到单站钟差；
(4)站间钟差求解：对不同站间的钟差数据进行交换，利用多星加权方法计算得到站间钟差结果。
实时数据解析包括以下步骤：
(a)根据测站观测的GPS实时数据流，首先解析测站编号标识；
(b)根据测站编号标识，分离和提取各个测站的原始观测数据和电文数据，并进行分类存储。
数据预处理包含粗差剔除、周跳探测及修复、相位平滑伪距。步骤如下：
(a)粗差剔除：主要是对实数采集的导航电文、原始观测数据和星历文件等进行有效性检验，剔除异常数据，检测当前共视时刻，整理数据格式为下一步的数据处理做准备。
(b)周跳探测及修复：周跳是发生在GPS载波相位观测值中由于卫星信号被某障碍物阻挡、信号失锁等原因造成整周记数跳变的现象。本发明利用两种方式组合来探测周跳。一种是无几何距离组合观测值(Geometry-free)参见公式(1),另一种是M-W组合观测值参见公式(2)。
式中，L3、P3表示观测值的无电离层组合的相位和伪距值，a、b表示组合系数，L1、L2表示GPS双频载波相位观测值，P1、P2表示双频伪距观测值。f1、f2表示GPS L1、L2载波的频率。
MW的组合公式如下：
式中，L6表示观测值的Melbourne-Wubbena组合。
(c)相位平滑伪距：伪距的观测精度比较低，载波相位的观测精度比较高，利用载波相位的变化平滑伪距可以降低伪距中的观测噪声从而达到提高伪距的精度，本软件采用消除电离层影响的双频相位平滑伪距法，该方法首先要求出消除电离层以后的伪距和载波相位观测值，
单站钟差计算过程中关键的步骤是减弱或消除(电离层、对流层参见公式(3)、天线相位中心、地球自转、DCB)各项误差的影响。站间钟差计算通过交换共视站的数据，选取相同的观测卫星，选用多颗共视卫星采用加权平均的方法求取站间钟差。
单站钟差计算包括以下步骤：
(a)根据电文数据计算得到卫星的位置，根据卫星的位置、已知的测站坐标和平滑伪距值计算得到A站和B站的站星距；
(b)对A站和B站的站星距分别进行测站电离层、对流层、天线相位中心、地球自转以及DCB误差项的改正；
(c)利用经过误差改正后的平滑伪距值，通过滤波的方式分别计算A站和B站的钟差，并对钟差结果进行规范化处理。
对流层模型公式如下：
式中，Z为卫星的天顶角，T为以开尔文为单位的地面站温度，P为大气压，单位为毫巴(mbar)，e为水气压，单位mbar，校正量B(H)和δR(H,Z)可通过实际情况选择相应的数值。

Claims (4)

1.一种嵌入式远距离实时GPS共视时间比对的方法，是基于FPGA原型的板卡，整个系统核心器件是DSP和FPGA；GPS共视时间比对部分是嵌入到DSP上，实现实时时间比对处理，主要完成任务包含GPS共视与单机协同，在不增加运算复杂度和空间复杂度的前提下，保证钟差结果的稳定输出，其特征在于，包括以下步骤：
(1)实时数据解析：接收GPS实时数据流，对不同测站的数据进行解析得到原始观测数据和电文数据，同时进行分类存储；
(2)数据预处理：对原始观测数据进行粗差剔除、周跳探测及修复和伪距平滑处理，得到高精度的平滑伪距值；
(3)单站钟差计算：根据高精度的平滑伪距值和电文数据，计算卫星位置和站星距离，同时对站星距进行误差项的改正，利用滤波的方式求解得到单站钟差；
(4)站间钟差求解：对不同站间的钟差数据进行交换，利用多星加权方法计算得到站间钟差结果。
2.根据权利要求1所述的一种嵌入式远距离实时GPS共视时间比对的方法，其特征在于，步骤(1)实时数据解析包括以下步骤：
(a)根据测站观测的GPS实时数据流，首先解析测站编号标识；
(b)根据测站编号标识，分离和提取各个测站的原始观测数据和电文数据，并进行分类存储。
3.根据权利要求1所述的一种嵌入式远距离实时GPS共视时间比对的方法，其特征是步骤(2)数据预处理包括以下步骤：
(a)采用中值滤波和卡方检验的方法剔除原始观测数据中不好的数据；
(b)采用无几何距离和M-W组合来探测粗差剔除后的原始观测数据中包含的周跳，同时对周跳进行标识和修复；
(c)利用载波相位观测值对周跳探测及修复后的原始观测数据的伪距观测值进行平滑，得到高精度的平滑伪距值。
4.根据权利要求1所述的一种嵌入式远距离实时GPS共视时间比对的方法，其特征在于，步骤(3)单站钟差计算包括以下步骤：
(a)根据电文数据计算得到卫星的位置，根据卫星的位置、已知的测站坐标和平滑伪距值计算得到站星距；
(b)对站星距进行测站电离层、对流层、天线相位中心、地球自转以及DCB误差项的改正；
(c)利用经过误差改正后的平滑伪距值，通过滤波的方式计算单站钟差，并对钟差结果进行规范化处理。
CN201810471320.3A 2018-05-17 2018-05-17 一种嵌入式远距离实时gps共视时间比对的方法 Pending CN108680930A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810471320.3A CN108680930A (zh) 2018-05-17 2018-05-17 一种嵌入式远距离实时gps共视时间比对的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810471320.3A CN108680930A (zh) 2018-05-17 2018-05-17 一种嵌入式远距离实时gps共视时间比对的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108680930A true CN108680930A (zh) 2018-10-19

Family

ID=63805546

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810471320.3A Pending CN108680930A (zh) 2018-05-17 2018-05-17 一种嵌入式远距离实时gps共视时间比对的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108680930A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110187367A (zh) * 2019-05-23 2019-08-30 哈尔滨工业大学 一种越野滑雪运动轨迹跟踪与视频采集方法及系统
CN111366954A (zh) * 2018-12-26 2020-07-03 成都鼎桥通信技术有限公司 一种在Android系统中GPS搜星的控制方法和装置
CN111552171A (zh) * 2020-04-26 2020-08-18 北京无线电计量测试研究所 一种原子频标远程时间频率校准方法、设备及系统

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101251594A (zh) * 2008-04-03 2008-08-27 北京航空航天大学 双向测距与时间比对处理终端
KR20090005709A (ko) * 2007-07-10 2009-01-14 한국표준과학연구원 항법 위성 전체 관측법을 이용한 시각 전송방법
CN102419436A (zh) * 2011-09-08 2012-04-18 国家海洋局第二海洋研究所 基于总传播误差滤波器的多波束数据处理方法
CN202285085U (zh) * 2011-10-28 2012-06-27 北京无线电计量测试研究所 一种远程双向时间比对中频装置
CN104181550A (zh) * 2014-08-19 2014-12-03 北京无线电计量测试研究所 一种基于北斗卫星导航系统的共视时间频率传递方法
CN104180873A (zh) * 2014-09-02 2014-12-03 长江航道测量中心 一种单波束测深仪水深粗差检测修正方法及系统
CN105607089A (zh) * 2016-01-18 2016-05-25 西安测绘研究所 一种基于伪距辅助载波相位的北斗共视时间传递的方法
CN106850177A (zh) * 2016-12-15 2017-06-13 北京无线电计量测试研究所 一种基于精密单点定位的实时时间传递方法
CN107976700A (zh) * 2017-10-17 2018-05-01 武汉华中天纬测控有限公司 一种卫星导航接收机秒脉冲的稳定输出方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090005709A (ko) * 2007-07-10 2009-01-14 한국표준과학연구원 항법 위성 전체 관측법을 이용한 시각 전송방법
CN101251594A (zh) * 2008-04-03 2008-08-27 北京航空航天大学 双向测距与时间比对处理终端
CN102419436A (zh) * 2011-09-08 2012-04-18 国家海洋局第二海洋研究所 基于总传播误差滤波器的多波束数据处理方法
CN202285085U (zh) * 2011-10-28 2012-06-27 北京无线电计量测试研究所 一种远程双向时间比对中频装置
CN104181550A (zh) * 2014-08-19 2014-12-03 北京无线电计量测试研究所 一种基于北斗卫星导航系统的共视时间频率传递方法
CN104180873A (zh) * 2014-09-02 2014-12-03 长江航道测量中心 一种单波束测深仪水深粗差检测修正方法及系统
CN105607089A (zh) * 2016-01-18 2016-05-25 西安测绘研究所 一种基于伪距辅助载波相位的北斗共视时间传递的方法
CN106850177A (zh) * 2016-12-15 2017-06-13 北京无线电计量测试研究所 一种基于精密单点定位的实时时间传递方法
CN107976700A (zh) * 2017-10-17 2018-05-01 武汉华中天纬测控有限公司 一种卫星导航接收机秒脉冲的稳定输出方法

Non-Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘文建等: "广东省北斗地基增强系统的建立与性能分析", 《地理空间信息》 *
张涛: "GNSS载波相位远程时间比对技术研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》 *
张涛: "GNSS载波相位远程时间比对技术研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库信息科技辑》 *
张越等: "GPS共视法定时参数的研究", 《计量学报》 *
翟造成等: "《原子钟基本原理与时频测量技术》", 28 February 2009, 上海科学技术文献出版社 *
郑作亚: "《高精度GNSS时变观测模型与数据处理质量控制》", 31 March 2017, 测绘出版社 *
雷雨: "GPS载波相位时间比对数据处理", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库基础科学辑》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111366954A (zh) * 2018-12-26 2020-07-03 成都鼎桥通信技术有限公司 一种在Android系统中GPS搜星的控制方法和装置
CN111366954B (zh) * 2018-12-26 2023-11-24 成都鼎桥通信技术有限公司 一种在Android系统中GPS搜星的控制方法和装置
CN110187367A (zh) * 2019-05-23 2019-08-30 哈尔滨工业大学 一种越野滑雪运动轨迹跟踪与视频采集方法及系统
CN111552171A (zh) * 2020-04-26 2020-08-18 北京无线电计量测试研究所 一种原子频标远程时间频率校准方法、设备及系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100437142C (zh) 基于地基增强系统的电离层延迟误差分离方法及地基增强系统
US10012738B2 (en) Positioning method and positioning apparatus using satellite positioning system
CN108072887B (zh) 单基站远距离海上实时动态定位方法
CN111965673B (zh) 基于多gnss的单频精密单点定位算法的时间频率传递方法
US7292185B2 (en) Attitude determination exploiting geometry constraints
CN110031881A (zh) 高精度星间激光测距辅助精密单点定位的方法
CN101680939B (zh) 利用参考站进行定位的方法和装置
CN108195283B (zh) 基于无缝变换的gnss实时变形监测方法及系统
WO2009056363A1 (en) Position determination with reference data outage
US11125886B2 (en) Method and apparatus for multipath mitigation in GNSS
CN108680930A (zh) 一种嵌入式远距离实时gps共视时间比对的方法
CN104316943B (zh) 一种伪距离和多普勒组合差分定位系统及方法
CN108958018A (zh) 一种卫星授时方法和装置、计算机可读存储介质
WO2008097346A4 (en) Method for fusing multiple gps measurement types into a weighted least squares solution
CN110208835B (zh) 一种基于消电离层组合的跨系统紧组合差分定位方法
CN107607032B (zh) 一种gnss形变监测系统
CN112146557A (zh) 一种基于gnss的实时桥梁变形监测系统及方法
KR20200063704A (ko) 단말, 기준국 및 위치 측위 방법
CN110068848B (zh) 一种高性能rtk处理技术方法
CN104898144A (zh) 一种北斗系统参考站整周模糊度单历元确定方法
CN111220065A (zh) 一种多模式联合的北斗变形监测数据处理系统及方法
WO2009130305A1 (en) Method of positioning using satellites
CN107132423B (zh) 一种探测电离层电子密度总数的方法及装置
KR100899545B1 (ko) 항법 위성 전체 관측법을 이용한 시각 전송방법
CN103869326B (zh) 一种基于伪距指纹匹配的区域快速定位方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20181019