CN110784277B - 一种基于卫星双向时间比对的运动平台同步补偿方法 - Google Patents

一种基于卫星双向时间比对的运动平台同步补偿方法 Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开了一种基于卫星双向时间比对的运动平台同步补偿方法，其特征在于，包括：S1：获取标准平台输出的第一比对信号与运动平台输出的第二比对信号；S2:根据第一、第二比对信号，计算初始测量钟差△T0；S3:根据第一、第二比对信号，获取所述标准平台与所述运动平台的运动信息；S4：对获取的运动信息进行预处理得到测量数据；S5：根据测量数据，计算运动平台钟差补偿量△t；S6：利用运动平台钟差补偿量△t补偿初始测量钟差△T0，得到精密钟差T。本发明基于卫星双向时间比对，充分利用运动平台的速度、位置和初始钟差信息进行综合数据解算，将两个运动平台方向上的信号由于传输路径不对称引起的时延测量误差消除，提高钟差测量的精准性。

Description

一种基于卫星双向时间比对的运动平台同步补偿方法
技术领域
本发明涉及时间同步补偿领域。更具体地，涉及一种基于卫星双向时间比对的运动平台同步补偿方法。
背景技术
近年来，基于通信卫星的双向时间比对技术作为一种高精度的时间传递手段已被广泛应用于国际原子时(TAI)计算、标准时间溯源、高精度站间同步、无线电导航等领域。目前卫星双向时间比对技术主要应用于静止站之间的钟差测量，其之所以测量精度高，是因为信号在双方向上的传输路径一致，可以将大部分误差消除。
但当利用卫星双向时间比对技术进行两个运动平台之间的钟差测量时，钟差测量结果与平台的运动方向、运动速度和加速度相关，其测量精度会大幅下降，因此本发明提出一种基于卫星双向时间比对的运动平台同步补偿方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于卫星双向时间比对的运动平台同步补偿方法，用于解决运动平台基于通信卫星进行时间比对时，钟差测量精度不高的问题。
本发明的第二个目的在于提供一种基于卫星双向时间比对的运动平台同步补偿系统。
为达上述两个目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于卫星双向时间比对的运动平台同步补偿方法，包括：
S1：获取标准平台输出的第一比对信号与运动平台输出的第二比对信号；
S2:根据所述第一、第二比对信号，计算初始测量钟差△T0；
S3:根据所述第一、第二比对信号，获取所述标准平台与所述运动平台的运动信息；
S4：对获取的所述运动信息进行预处理得到测量数据；
S5：根据所述测量数据，计算运动平台钟差补偿量△t；
S6：利用所述运动平台钟差补偿量△t补偿所述初始测量钟差△T0，得到精密钟差T。
优选地，所述步骤S1进一步包括：
S11：随机选择所述标准平台与所述运动平台；
S12：根据所述标准平台与所述运动平台位置，选择通信卫星并获取通信卫星位置信息；
S13:所述标准平台输出第一比对信号，并接收所述运动平台输出的第二比对信号；以及，所述运动平台接收所述第一比对信号。
优选地，所述步骤S5进一步包括：
S51：根据所述初始测量钟差重新判断所述标准平台与所述运动平台；
S52：选择所述标准平台为起始点，根据所述标准平台运动信息，计算所述标准平台与所述运动平台位置信息；
S53：根据所述标准平台与所述运动平台位置信息，计算所述第一比对信号与所述第二比对信号的传输路程；
S54：根据所述第一比对信号与所述第二比对信号的传输路程，计算运动平台钟差补偿量△t。
优选地，所述步骤S4中的预处理为滤波处理。
优选地，所述步骤S52具体包括：
S521：将所述标准平台在T0时刻的位置信息作为初始位置；
S522：所述运动平台接收所述第一比对信号时，计算所述运动平台的位置信息；
S523：所述标准平台接收所述第二比对信号时，计算所述标准平台的位置信息。
优选地，所述运动平台位置信息包括经纬高信息、通信卫星位置信息及光速信息；
优选地，所述运动平台钟差补偿量△t，
Figure BDA0002251534520000021
其中，C为光速，SAB为第一比对信号传输路程，SBA为第二比对信号传输路程，△t为运动平台钟差补偿量。
优选地，精密钟差T：
T＝△T0+△t；其中，△t为运动平台钟差补偿量；T为精密钟差；△T0为初始测量钟差。
为达本发明第二个目的，采用如下技术方案：
一种动态双向时间同步补偿系统，其特征在于，所述系统包括：
采集模块，用于采集所述运动平台比对信号；进一步包括：
平台选择单元，用于选择所述标准平台与所述运动平台；
通信卫星选择单元，用于选择通信卫星，并获取所选择的通信卫星的位置信息；
比对信号接收单元,用于进行时间比对,所述标准平台输出第一比对信号，并接收所述运动平台输出的第二比对信号；以及，所述运动平台接收所述第一比对信号；
初始测量钟差计算模块，用于根据所述第一、第二比对信号，计算初始测量钟差△T0；
运动信息获取模块，用于根据所述第一、第二比对信号，获取所述标准平台与所述运动平台的运动信息；
运动信息预处理模块，用于对获取的所述运动信息进行预处理得到测量数据；
运动平台钟差补偿量计算模块，用于根据预处理后的运动信息计算运动平台钟差补偿量，进一步包括：
运动平台判断单元，用于根据所述初始测量重新判断所述标准平台与所述运动平台；
运动平台位置信息计算单元，用于根据标所述标准平台运动信息，计算所述标准平台与所述运动平台位置信息；
传输路程计算单元，用于所述标准平台与所述运动平台位置信息，计算所述第一比对信号与第二比对信号的传输路程；
运动平台钟差补偿量计算单元，用于根据所述第一比对信号与第二比对信号的传输路程，计算运动平台钟差补偿量△t；
精密钟差计算模块，用于根据所述运动平台钟差补偿量△t补偿初始测量钟差，得到精密钟差T。
本发明的有益效果如下：
本发明提供的一种基于卫星双向时间比对的运动平台同步补偿方法，基于卫星双向时间比对，充分利用运动平台的速度、位置和初始钟差信息进行综合数据解算，将两个运动平台方向上的信号由于传输路径不对称引起的时延测量误差消除，提高钟差测量的精准性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出动态数据补偿处理示意图；
图2示出方法S1的步骤流程图；
图3示出方法S5的步骤流程图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合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。
本发明实施例提供一种基于卫星双向时间比对的运动平台同步补偿方法，该方法包括以下步骤：
S1：获取标准平台输出的第一比对信号与运动平台输出的第二比对信号；
S2:根据所述第一、第二比对信号，计算初始测量钟差△T0；
S3:根据所述第一、第二比对信号，获取标准平台与运动平台的运动信息；
S4：对获取的所述运动信息进行预处理得到测量数据；
S5：根据所述测量数据，计算运动平台钟差补偿量△t；
S6：利用所述运动平台钟差补偿量△t补偿初始测量钟差，得到精密钟差T。
其中，步骤S1进一步包括：
S11：随机选择标准平台与运动平台；
S12：根据标准平台与运动平台位置，选择通信卫星并获取通信卫星位置信息；
S13:标准平台输出第一比对信号，并接收第二比对信号；以及，运动平台输出第二比对信号，并接收第一比对信号。
其中，步骤S5进一步包括：
S51：根据所述初始测量钟差重新判断标准平台与运动平台；
在测量钟差数据时，会根据初始测量钟差的正负值来判断两个平台比对信号秒脉冲的超前(+)滞后(-)关系，为简化数学模型，将比对信号秒脉冲超前的平台作为标准平台，即初始测量钟差正值为标准平台。
S52：选择所述标准平台为起始点，根据标准平台运动信息，计算标准平台与运动平台位置信息；
S53：根据所述标准平台与运动平台位置信息，计算所述第一比对信号与第二比对信号的传输路程；
S54：根据所述第一比对信号与第二比对信号的传输路程，计算运动平台钟差补偿量△t。
进一步，步骤S52具体包括以下步骤：
S521：将标准平台在所述T0时刻的位置信息作为初始位置；
S522：运动平台接收第一比对信号时，计算运动平台的位置信息；
S523：第二比对信号到标准平台时，计算标准平台的位置信息。
以两台运动的搜救船A，B从海上相对行驶进行搜救为例；
第一步，以A,B两船作为运动平台，随机选择A,B两船作为标准平台与运动平台，这里以A船为标准平台，B船为运动平台。
根据标准平台与运动平台的具体位置，选择与运动平台距离最近的通信卫星发送信号，并获取通信卫星位置信息；比如通信卫星的经纬度坐标。
此时，在A,B船上同时向对方发出比对信号，并接收来自对方的比对信号。标准平台输出第一比对信号，并接收第二比对信号；以及，运动平台输出第二比对信号，并接收第一比对信号。
第二步，根据所述第一、第二比对信号，计算初始测量钟差△T0。
获取到两个运动平台分别发出的述第一、第二比对信号后，根据两个信号计算初始测量钟差△T0
第三步，根据所述第一、第二比对信号，获取标准平台与运动平台的运动信息；
由于A，B船两个运动平台一直在运动，因此利用运动信息获取模块，比如利用GNSS接收机进行位置和速度的测量，对两个运动平台的运动信息进行测量，比如对经纬高位置、矢量速度、加速度信息进行精密测量。
第四步，对获取的所述运动信息进行预处理得到测量数据。
而在具体数据处理过程中，通信卫星的运动对钟差测量结果影响量级较小，可以忽略，因此其位置信息是固定的，可简化计算。
而信号传播路程与钟差大小、信号传播时长、运动轨迹等相关，需要进行多参数的联合解算。由于运动信息容易受到噪声、天线扰动等因素的影响，导致造成粗大误差，因此在数据处理之前需运动信息的数据进行滤波处理得到精确地测量数据，有效剔除粗大误差。
第五步，根据所述测量数据，计算运动平台钟差补偿量△t。
S51：根据所述初始测量钟差重新判断标准平台与运动平台；
利用卫星双向比对测得的钟差结果判断两个站1PPS秒脉冲信号的超前滞后关系，由于之前的A，B两船的标准平台与运动平台是随机选择的，而此时利用初始测量钟差△T0可以知道具体地运动关系，因此需重新判断标准平台与运动平台。
若原标准平台(A船)的第一比对信号先到达原运动平台(B船)，则原标准平台(A船)仍为标准平台；相反，若原标准平台(A船)的第一比对信号后到达原运动平台(B船)，则原标准平台(A船)更改为新的运动平台(B船)。
重新确定好新的标准平台和运动平台后，选择标准平台为起始点，根据标准平台运动信息，计算标准平台与运动平台位置信息。为更清楚地解释后续方法，本发明仍以A船为标准平台，B船为运动平台。
S521：将标准平台在所述T0时刻的位置信息作为初始位置；
以超前的1PPS信号为标准平台，假设A船标准平台的第一比对信号超前B船第二比对信号△T0时间到达，则设定标准平台在所述T0时刻的位置信息作为初始位置，则B站运动平台的第二比对信号在(T0+△T0)时刻发射，将T0时刻作为起始点计算信号在两个方向上的传输路程。
S522：运动平台接收第一比对信号时，计算运动平台的位置信息；
S523：第二比对信号到标准平台时，计算标准平台的位置信息；
将两个运动平台在T0时刻的位置信息作为初始位置，由于A、B两个运动平台的位置是变化的，利用初始位置信息、速度、加速度信息通过时间积分计算A船标准信号和B船第二运动信号分别到达B船和A船时的位置信息。
S53：根据所述标准平台与运动平台位置信息，计算所述第一比对信号与第二比对信号的传输路程。
运动平台位置信息包括经纬高信息、通信卫星位置信息及光速，根据获取到的运动平台信息计算信号传输路程，得到在两个方向上信号的实际传播路程，记SAB为第一比对信号传输路程，SBA为第二比对信号传输路程。
S54：根据所述第一比对信号与第二比对信号的传输路程，计算运动平台钟差补偿量△t。
计算两个方向上的信号传播的路程差，进而得到动态钟差补偿量△t，
计算公式为：
Figure BDA0002251534520000071
其中，C为光速，SAB为第一比对信号传输路程，SBA为第二比对信号传输路程，△t为运动平台钟差补偿量。
第六步，利用所述运动平台钟差补偿量△t补偿初始测量钟差，得到精密钟差T。
计算公式为：T＝△T0+△t；其中，△t为运动平台钟差补偿量；T为精密钟差；△T0为计算初始测量钟差。最终得到A船标准平台、B船运动平台的精密钟差数据。
本发明的另一个实施例，一种动态双向时间同步补偿系统，该系统包括：
采集模块，用于采集运动平台比对信号；采集模块进一步包括：
平台选择单元，用于选择标准平台与运动平台；
通信卫星选择单元，用于选择通信卫星，并获取所选择的通信卫星的位置信息；
比对信号接收单元,用于进行卫星双向时间比对,标准平台输出第一比对信号，并接收第二比对信号；以及，运动平台输出第二比对信号，并接收第一比对信号；
初始测量钟差计算模块，用于根据所述第一、第二比对信号，计算初始测量钟差△T0；
运动信息获取模块，用于根据所述第一、第二比对信号，获取标准平台与运动平台的运动信息；
运动信息预处理模块，用于对获取的所述运动信息进行预处理得到测量数据；
运动平台钟差补偿量计算模块，用于根据预处理后的运动信息计算运动平台钟差补偿量，进一步包括：
运动平台判断单元，用于根据所述初始测量重新判断标准平台与运动平台；
运动平台位置信息计算单元，用于根据标准平台运动信息，计算准平台与运动平台位置信息；
传输路程计算单元，用于所述标准平台与运动平台位置信息，计算所述第一比对信号与第二比对信号的传输路程；
运动平台钟差补偿量计算单元，用于根据所述第一比对信号与第二比对信号的传输路程，计算运动平台钟差补偿量△t；
精密钟差计算模块，用于根据所述运动平台钟差补偿量△t补偿初始测量钟差，得到精密钟差T。
仍以A，B两船为例，该系统实现时间同步补偿具体过程如下：
A，B两船内分别安装该系统后，随机通过平台选择单元以任意船为标准平台，另一船为运动平台。在A船内的平台选择单元界面通过鼠标选择为标准平台，B船内的平台选择单元界面通过鼠标选择为运动平台。
平台设置结束后，回到采集模块并点击进入通信卫星选择单元，根据当前A船标准平台、B船运动平台的具体位置，选择通信卫星，并获取所选择的通信卫星的经纬度坐标；通信卫星的经纬度坐标由通信卫星选择单元自动获取，或者由人工操作录入到通信卫星位置信息的表格里。
通信卫星选择结束后，返回到采集模块并点击进入比对信号接收单元,点击发射信号与接收信号的图标，进行卫星双向时间比对。此时，标准平台输出第一比对信号，并自动接收第二比对信号；以及，运动平台输出第二比对信号，并自动接收第一比对信号。
初始测量钟差计算模块，用于根据接收到的第一、第二比对信号，计算初始测量钟差△T0。
运动信息获取模块，用于根据所述第一、第二比对信号，获取标准平台与运动平台的运动信息。由于A，B船两个运动平台一直在运动，因此利用运动信息获取模块，比如利用GNSS接收机进行位置和速度的测量，对两个运动平台的运动信息进行测量，比如对经纬高位置、矢量速度、加速度信息进行精密测量。
运动信息预处理模块，用于对获取的所述运动信息进行预处理得到测量数据。由于运动信息容易受到噪声、天线扰动等因素的影响，导致造成粗大误差，因此在数据处理之前需运动信息的数据进行滤波处理得到精确地测量数据，有效剔除粗大误差。
运动平台钟差补偿量计算模块，用于根据预处理后的运动信息计算运动平台钟差补偿量，进一步包括：
运动平台判断单元，用于根据所述初始测量重新判断标准平台与运动平台。利用卫星双向比对测得的钟差结果判断两个站1PPS秒脉冲信号的超前滞后关系，由于之前的A，B两船的标准平台与运动平台是随机选择的，而此时利用初始测量钟差△T0可以知道具体地运动关系，因此需重新判断标准平台与运动平台。若原标准平台(A船)的第一比对信号先到达原运动平台(B船)，则原标准平台(A船)仍为标准平台；相反，若原标准平台(A船)的第一比对信号后到达原运动平台(B船)，则原标准平台(A船)自动更改为新的运动平台(B船)。
运动平台位置信息计算单元，用于根据标准平台运动信息，计算准平台与运动平台位置信息。
重新确定好新的标准平台和运动平台后，选择标准平台为起始点，根据标准平台运动信息，计算标准平台与运动平台位置信息。为更清楚地解释后续方法，本发明仍以A船为标准平台，B船为运动平台。将两个运动平台在T0时刻的位置信息作为初始位置，由于A、B两个运动平台的位置是变化的，利用初始位置信息、速度、加速度信息通过时间积分计算A船标准信号和B船第二运动信号分别到达B船和A船时的位置信息。
传输路程计算单元，用于所述标准平台与运动平台位置信息，计算所述第一比对信号与第二比对信号的传输路程。运动平台位置信息包括经纬高信息、通信卫星位置信息及光速，根据获取到的运动平台信息计算信号传输路程，得到在两个方向上信号的实际传播路程，记SAB为第一比对信号传输路程，SBA为第二比对信号传输路程。
运动平台钟差补偿量计算单元，用于根据所述第一比对信号与第二比对信号的传输路程，计算运动平台钟差补偿量△t。
两个方向上的信号传播的路程差，进而得到动态钟差补偿量△t，
计算公式为：
Figure BDA0002251534520000091
其中，C为光速，SAB为第一比对信号传输路程，SBA为第二比对信号传输路程，△t为运动平台钟差补偿量。
精密钟差计算模块，用于根据所述运动平台钟差补偿量△t补偿初始测量钟差，得到精密钟差T。计算公式为：T＝△T0+△t；其中，△t为运动平台钟差补偿量；T为精密钟差；△T0为计算初始测量钟差。最终得到A船标准平台、B船运动平台的精密钟差数据。
本发明提供的一种基于卫星双向时间比对的运动平台同步补偿方法，基于卫星双向时间比对，充分利用运动平台的速度、位置和初始钟差信息进行综合数据解算，将两个运动平台方向上的信号由于传输路径不对称引起的时延测量误差消除，提高钟差测量的精准性。
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 (8)

1.一种基于卫星双向时间比对的运动平台同步补偿方法，其特征在于，包括：
S1：获取标准平台输出的第一比对信号与运动平台输出的第二比对信号；
S2:根据所述第一、第二比对信号，计算初始测量钟差ΔT0；
S3:根据所述第一、第二比对信号，获取所述标准平台与所述运动平台的运动信息；
S4：对获取的所述运动信息进行预处理得到测量数据；
S5：根据所述测量数据，计算运动平台钟差补偿量Δt；
S6：利用所述运动平台钟差补偿量Δt补偿所述初始测量钟差ΔT0，得到精密钟差T；
所述步骤S1进一步包括：
S11：随机选择所述标准平台与所述运动平台；
S12：根据所述标准平台与所述运动平台位置，选择通信卫星并获取通信卫星位置信息；
S13:所述标准平台输出第一比对信号，并接收所述运动平台输出的第二比对信号；以及，所述运动平台接收所述第一比对信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S5进一步包括：
S51：根据所述初始测量钟差重新判断所述标准平台与所述运动平台；
S52：选择所述标准平台为起始点，根据所述标准平台运动信息，计算所述标准平台与所述运动平台位置信息；
S53：根据所述标准平台与所述运动平台位置信息，计算所述第一比对信号与所述第二比对信号的传输路程；
S54：根据所述第一比对信号与所述第二比对信号的传输路程，计算运动平台钟差补偿量Δt。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S4中的预处理为滤波处理。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S52具体包括：
S521：将所述标准平台在T0时刻的位置信息作为初始位置；
S522：所述运动平台接收所述第一比对信号时，计算所述运动平台的位置信息；
S523：所述标准平台接收所述第二比对信号时，计算所述标准平台的位置信息。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述运动平台位置信息包括经纬高信息、通信卫星位置信息及光速信息。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述运动平台钟差补偿量Δt，
Figure FDA0002746436600000021
其中，C为光速，SAB为第一比对信号传输路程，SBA为第二比对信号传输路程，Δt为运动平台钟差补偿量。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，精密钟差T：
T＝ΔT0+Δt；其中，Δt为运动平台钟差补偿量；T为精密钟差；ΔT0为初始测量钟差。
8.一种动态双向时间同步补偿系统，其特征在于，所述系统包括：
采集模块，用于采集运动平台比对信号；进一步包括：
平台选择单元，用于选择标准平台与所述运动平台；
通信卫星选择单元，用于选择通信卫星，并获取所选择的通信卫星的位置信息；
比对信号接收单元,用于进行时间比对,所述标准平台输出第一比对信号，并接收所述运动平台输出的第二比对信号；以及，所述运动平台接收所述第一比对信号；
初始测量钟差计算模块，用于根据所述第一、第二比对信号，计算初始测量钟差ΔT0；
运动信息获取模块，用于根据所述第一、第二比对信号，获取所述标准平台与所述运动平台的运动信息；
运动信息预处理模块，用于对获取的所述运动信息进行预处理得到测量数据；
运动平台钟差补偿量计算模块，用于根据预处理后的运动信息计算运动平台钟差补偿量，进一步包括：
运动平台判断单元，用于根据初始测量重新判断所述标准平台与所述运动平台；
运动平台位置信息计算单元，用于根据标所述标准平台运动信息，计算所述标准平台与所述运动平台位置信息；
传输路程计算单元，用于所述标准平台与所述运动平台位置信息，计算所述第一比对信号与第二比对信号的传输路程；
运动平台钟差补偿量计算单元，用于根据所述第一比对信号与第二比对信号的传输路程，计算运动平台钟差补偿量Δt；
精密钟差计算模块，用于根据所述运动平台钟差补偿量Δt补偿初始测量钟差，得到精密钟差T。
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