CN109960141A - 一种原子时尺度快速监测的系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种原子时尺度快速监测的系统及方法，包括接收模块、网络通信模块、数据处理单元；所述接收模块采集卫星信号；所述网络通信模块采集实时星历与星钟数据；所述数据处理单元接收所述接收模块和网络通信模块的信号，并进行原子时间钟差解算和误差修正。该系统和方法相较于现有技术，能够快速并精确地对本地原子时尺度进行监测。

Description

一种原子时尺度快速监测的系统及方法
技术领域
本发明涉及原子时尺度监测。更具体地，涉及一种原子时尺度快速监测的系统及方法。
背景技术
现有技术中的原子时间监测方法主要是基于《时间公报》数据，只能给出UTC贡献实验室的钟差数据，很多拥有原子钟的实验室未被《时间公报》所包含，且时间公报滞后10～45天，不能解决快速监测问题。所以，目前大多数实验室是通过GNSS来实现原子时监测的。然而，传统的GNSS定时方法精度较低，很多情况下无法短时间内发现原子时运行中的异常情况；而高精度的载波相位方法需要等待国际GNSS服务组织(IGS)15天后发布的精密星历与精密星钟数据，仍然不能满足快速监测的要求。
发明内容
为了解决上述问题至少之一，需要提供一种原子时尺度快速监测的系统及方法。
本发明的一个方面提供一种原子时尺度快速监测的系统，包括接收模块、网络通信模块、数据处理单元；
所述接收模块采集卫星信号；
所述网络通信模块采集实时星历与星钟数据；
所述数据处理单元接收所述接收模块和网络通信模块的信号，并进行原子时间钟差解算和误差修正。
优选地，所述系统还包括频率分配放大单元，用于分配和放大原子频率，并输出至接收模块。
优选地，所述系统还包括时间间隔测量模块，用于采集原子时间尺度信号的钟差数据，并输出至所述数据处理单元。
优选地，所述数据处理单元包括解码器，所述解码器对所述实时星历与星钟修正数据按照RTCM V3的格式解码。
优选地，所述卫星信号包括在视导航卫星双频伪距、载波相位观测量、导航电文中的广播星历及星钟数据。
本发明的另一方面还提供一种原子时监测的方法，包括
接收卫星信号；
采集并修正实时星历与星钟数据；
探测并修复载波相位观测量；
计算本地时间与GNSS系统时间时差；以及
进行原子时尺度监测。
本发明的有益效果如下：
本发明提供一种原子时尺度快速监测的系统及方法，利用IGS数据中心网络服务器发播的实时星历与星钟修正数据，对广播星历进行修正，利用精密单点定位技术中的误差修正模型对各种误差进行修正，然后进行实时数据处理，解算得到本地与IGS时间的时差，利用该时差数据对本地原子时尺度进行监测。相较于现有技术，能够快速并精确地对本地原子时尺度进行监测。
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示出本发明的一个方面的一种原子时尺度快速监测的系统示意图。
图2示出本发明的一个方面的一种原子时尺度快速监测的方法流程图。
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。
本发明的一个方面提供一种原子时尺度快速监测的系统，如图1所示，包括接收模块、网络通信模块、数据处理单元；所述接收模块采集卫星信号；所述网络通信模块采集实时星历与星钟数据；所述数据处理单元接收所述接收模块和网络通信模块的信号，并进行原子时间钟差解算和误差修正。
本发明提供一种原子时尺度快速监测的系统及方法，利用IGS数据中心网络服务器发播的实时星历与星钟修正数据，对广播星历进行修正，利用精密单点定位技术中的误差修正模型对各种误差进行修正，然后进行实时数据处理，解算得到本地与IGS时间的时差，利用该时差数据对本地原子时尺度进行监测。相较于现有技术，能够快速并精确地对本地原子时尺度进行监测。
可选地，，所述系统还包括频率分配放大单元，用于分配和放大原子频率，并输出至接收模块。
频率分配放大单元将代表原子时间尺度的1PPS信号，以及相对应的10MHz频率信号作为监测设备的输入接收模块。
可选地，所述系统还包括时间间隔测量模块，用于采集原子时间尺度信号的钟差数据，并输出至所述数据处理单元。
一般来说，采集的星历和星钟修正数据具有周期性和滞后性。要想得到每秒的修正星历与星钟数据，需要进行插值，通过实践间隔测量模块能够测量出实时周期滞后数据。
可选地，所述数据处理单元包括解码器，所述解码器对所述实时星历与星钟修正数据按照RTCM V3的格式解码。
解码器能够按照RTCM V3的格式解码网络通信模块采集的IGS数据中心网络服务器发播的实时星历与星钟修正数据。
当然，在本发明中，本领域公知的，所述卫星信号包括在视导航卫星双频伪距、载波相位观测量、导航电文中的广播星历及星钟数据。
在本发明的另一个方面中，提供一种原子时监测的方法，如图2所示，包括：
S1：接收卫星信号。
在利用导航卫星进行原子时监测的过程中，需要选择GNSS扼流圈天线，可以有效抑制多径噪声，利用测量型接收设备采集在视导航卫星双频伪距与载波相位观测量，以及导航电文中的广播星历与星钟数据。
S2：采集并修正实时星历与星钟数据。
利用网络通信模块采集IGS数据中心网络服务器发播的实时星历与星钟修正数据，按照RTCM V3的格式进行解码，并记录在处理器的内存中。
一般来说，第二步采集的星历和星钟修正数据具有周期性和滞后性。要想得到每秒的修正星历与星钟数据，需要进行插值。将插值后数据与第一步采集的广播星历与星钟数据进行历元对齐，然后对其修正，得到各个历元的精密星历与星钟数据。
S3：探测并修复载波相位观测量。
从测量型GNSS接收机采集的原始载波相位观测量，可能存在周跳。这种潜在的周跳会引起解算结果的跳变，必须在解算之前进行探测和修复。由于实时星历修正数据具有约半分钟的滞后性，可以利用40秒的时间完成周跳的探测和修复。
S4：计算本地时间与GNSS系统时间时差。
在精密单点定位技术中，必须对各种误差因素进行修正，才能得到预期的高精度。因此，在解算时差之前，先要对各信号接收频点的天线相位中心偏移引起的误差进行修正(包括接收天线和卫星)，对卫星天线相位的旋转效应引起的延时进行修正，对地球固体潮、地球自转和海洋填充效应引起的天线坐标变化进行修正。
S5：进行原子时尺度监测。
将位置、本地时间与IGS时间的时差、各在视卫星整周模糊度以及对流层湿延时作为变量，利用卡尔曼滤波的方法对其进行估计。待本地时间与IGS时间时差计算结果收敛至2ns以内，即可作为最终的原子时间尺度监测参考数据
通过以上步骤，，连续每秒进行解算，不断累积收敛后的监测参考数据。理论上，利用收敛后2小时的数据，即可以监测到2E-13的原子时频率变化；利用收敛后24小时的数据，可以监测到2E-14的原子时频率变化。
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 (6)

1.一种原子时尺度快速监测系统，其特征在于，包括接收模块、网络通信模块、数据处理单元；
所述接收模块采集卫星信号；
所述网络通信模块采集实时星历与星钟数据；
所述数据处理单元接收所述接收模块和网络通信模块的信号，并进行原子时间钟差解算和误差修正。
2.根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述系统还包括频率分配放大单元，用于分配和放大原子频率，并输出至接收模块。
3.根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述系统还包括时间间隔测量模块，用于采集原子时间尺度信号的钟差数据，并输出至所述数据处理单元。
4.根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述数据处理单元包括解码器，所述解码器对所述实时星历与星钟修正数据按照RTCM V3的格式解码。
5.根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述卫星信号包括在视导航卫星双频伪距、载波相位观测量、导航电文中的广播星历及星钟数据。
6.一种如权利要求1-5任一项所述原子时监测的方法，其特征在于，包括：
接收卫星信号；
采集并修正实时星历与星钟数据；
探测并修复载波相位观测量；
计算本地时间与GNSS系统时间时差；以及
进行原子时尺度监测。
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