CN111142122A - 一种基于bds相对定位的高精度授时方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于BDS相对定位的高精度授时方法，属于卫星授时技术领域。该方法包括以下步骤：在主站和从站处分别获取BDS原始观测信息和导航电文并进行实时存储；根据主站的位置坐标，采用差分方法或相对定位算法计算从站的精确位置坐标；根据从站的精确位置坐标计算从站的BDS系统时差，输出高精度的授时信号。本发明方法可靠，系统开销小，无需改动现有的授时设备即可提高授时精度，其以BDS相对定位为基础，可以实现不同距离、不同条件下的远距离、高精度授时。
Description
技术领域
本发明涉及卫星授时技术领域，特别是指一种基于BDS相对定位的高精度授时方法。
背景技术
在卫星授时领域，如果已知观测位置，则通过观测一颗BDS导航卫星即可实现本地授时。如果观测位置未知，则需要观测4颗以上的BDS导航卫星来实现本地授时。根据观测条件的不同两种方法授时精度在50ns左右。
然而，在一些需求为高精度和高稳定度的系统中，例如授时精度需要满足小于10ns的情况下，上述两种方法无法满足需要。这是因为，单台授时接收机无法精确消除卫星钟差、星历误差、电离层误差、对流层误差等误差因素，从而导致授时精确无法提高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于BDS相对定位的高精度授时方法，其以BDS相对定位为基础，可以实现不同距离不同条件下的远距离授时，提供高精度的授时信号。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种基于BDS相对定位的高精度授时方法，其包括以下步骤：
（1）在主站和从站处分别获取BDS原始观测信息和导航电文，并进行实时存储，其中，主站的位置固定且已知；
（2）根据主站的位置坐标，以及存储的主站和从站的BDS原始观测信息和导航电文，采用差分方法或相对定位算法计算从站的精确位置坐标；
（3）根据从站的精确位置坐标计算从站的BDS系统时差，通过驯服从站的本地高性能频标，输出高精度的授时信号。
进一步的，所述步骤（2）具体包括以下步骤：
（201）若主站与从站的距离在10公里以内，则转到步骤（202），若主站与从站的距离大于10公里，则转到步骤（203）；
（202）直接采用差分方法消除卫星钟差、星历误差、电离层误差、对流层误差，计算出从站的精确位置坐标；
（203）采用BDS星基增强系统播发的电离层格网改正数信息来计算主站与从站的电离层误差，扣除电离层误差后，利用相对定位算法消除卫星钟差、星历误差、对流层误差，计算出从站的精确位置坐标。
本发明采用上述技术方案所取得的有益效果在于：
1、本发明针对主站与从站距离大于10公里条件下，相对定位算法无法完全消除电离层延迟的问题，提出了采用BDS星基增强系统播发的电离层格网改正数信息来计算主站与从站的电离层延迟，再利用相对定位算法计算从站精确坐标。该方式结合了两种算法的优点，电离层格网改正数精确消除了电离层延迟，相对定位算法精确消除了卫星钟差、星历误差、对流层误差，从而提高了在远距离条件下的授时精度。
2、本发明方法可靠，系统开销小，无需改动现有的授时设备即可提高授时精度。
总之，本发明以BDS相对定位为基础，可以实现不同距离、不同条件下的远距离、高精度授时。
附图说明
图1是本发明实施例的应用场景示意图。
图2是图1所示系统的工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。
一种基于BDS相对定位的高精度授时方法，其包括以下步骤：
（1）在主站和从站处分别获取BDS原始观测信息和导航电文，并进行实时存储，其中，主站的位置固定且已知；
（2）根据主站的位置坐标，以及存储的主站和从站的BDS原始观测信息和导航电文，采用差分方法或相对定位算法计算从站的精确位置坐标；
（3）根据从站的精确位置坐标计算从站的BDS系统时差，通过驯服从站的本地高性能频标，输出高精度的授时信号。
具体来说，所述步骤（2）包括以下步骤：
（201）若主站与从站的距离在10公里以内，则转到步骤（202），若主站与从站的距离大于10公里，则转到步骤（203）；
（202）直接采用差分方法消除卫星钟差、星历误差、电离层误差、对流层误差，计算出从站的精确位置坐标；
（203）采用BDS星基增强系统播发的电离层格网改正数信息来计算主站与从站的电离层误差，扣除电离层误差后，利用相对定位算法消除卫星钟差、星历误差、对流层误差，计算出从站的精确位置坐标。
本方法针对主站与从站的距离范围分别设计了不同算法：当距离在10公里范围内，直接采用相对定位算法进行从站坐标计算；当距离大于10公里时，采用了电离层格网改正数信息来计算主站与从站的电离层误差，再进行相对定位得到从站精确坐标。该方法结合了精密单点定位和相对定位方法，具有计算精度高、可靠性高等特点，计算出的从站坐标精度可达0.5m以内，授时精度可达10ns以内。
上述方法的应用场景如图1所示。图中，在主站布设一台高精度授时设备，在从站布设另一台高精度授时设备，将主站的高精度授时设备与从站的高精度授时设备与相对定位软件通过网络进行连接并通信，相对定位软件通过采集主站和从站的高精度授时设备输出的BDS卫星观测信息和导航电文，利用已知的主站点位坐标，通过相对定位算法计算出从站的高精度坐标。然后将高精度坐标值输入至从站的高精度授时设备，从站高精度授时设备通过高精度坐标和BDS观测卫星来计算设备与BDS系统时差，通过驯服本地高性能频标，最后输出高精度的授时信号。
主站和从站的高精度授时设备可以采用现有技术中的授时设备，通常包括网络通信模块、铷原子频标模块、精密时间模块、导航信号处理模块和电源模块等，其中，
网络通信模块：通过网络实现相对定位软件与主机之间的相互通信；
铷原子频标模块：接收时钟驯服指令，输出高精度的授时信号，为设备提供基准参考信号；
精密时间模块：实现频率的产生、时钟驯服计算、单星授时解算等；
导航信号处理模块：实现对接收的BDS导航信号与信息处理；
电源模块：接收外部交流220V供电。
图2为图1所示系统的工作流程图，具体包括以下步骤：
步骤1：布设在主站和从站的高精度授时设备通过网络与相对定位软件连接；高精度授时设备开机后，相对定位软件将主站坐标输入给高精度授时设备；
步骤2：主站和从站的高精度授时设备正常运行后，同时向相对定位软件输出BDS原始观测信息和导航电文等信息；
步骤3：相对定位软件接收高精度授时设备上报的原始观测信息和导航电文，并进行实时存储，然后基于相对定位算法计算从站的位置坐标，获得精确的从站位置坐标后，然后将位置坐标发送给从站的高精度授时设备。
步骤4：从站高精度授时设备接收到精确坐标后进行本地设置，根据已知位置点位计算与BDS系统时差，通过驯服本地高性能频标，输出高精度的授时信号。
总之，本发明可以在不改动现有的授时设备的前提下提高从站的授时精度，可以实现不同距离、不同条件下的远距离、高精度授时。
需要注意的是，以上所述仅为本发明的若干具体实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，在本发明揭露的技术范围内，可以想到的变换，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (2)
1.一种基于BDS相对定位的高精度授时方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）在主站和从站处分别获取BDS原始观测信息和导航电文，并进行实时存储，其中，主站的位置固定且已知；
（2）根据主站的位置坐标，以及存储的主站和从站的BDS原始观测信息和导航电文，采用差分方法或相对定位算法计算从站的精确位置坐标；
（3）根据从站的精确位置坐标计算从站的BDS系统时差，通过驯服从站的本地高性能频标，输出高精度的授时信号。
2.根据权利要求1所述的一种基于BDS相对定位的高精度授时方法，其特征在于，所述步骤（2）具体包括以下步骤：
（201）若主站与从站的距离在10公里以内，则转到步骤（202），若主站与从站的距离大于10公里，则转到步骤（203）；
（202）直接采用差分方法消除卫星钟差、星历误差、电离层误差、对流层误差，计算出从站的精确位置坐标；
（203）采用BDS星基增强系统播发的电离层格网改正数信息来计算主站与从站的电离层误差，扣除电离层误差后，利用相对定位算法消除卫星钟差、星历误差、对流层误差，计算出从站的精确位置坐标。
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