CN114814903B - 一种基于北斗三代导航卫星的共视数据处理方法 - Google Patents

一种基于北斗三代导航卫星的共视数据处理方法 Download PDF

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CN114814903B CN202210449293.6A CN202210449293A CN114814903B CN 114814903 B CN114814903 B CN 114814903B CN 202210449293 A CN202210449293 A CN 202210449293A CN 114814903 B CN114814903 B CN 114814903B
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Abstract

本发明提供了一种基于北斗三代导航卫星的共视数据处理方法，其中包括解析卫星星历、钟差参数、群延迟修正参数、电离层延迟改正模型参数，获取接收机在观测历元时所有跟踪卫星的B1C、B2a伪距，进行延迟校正，计算所有跟踪卫星的群延迟，计算钟差后进行拟合，实现了数据内容和格式的向前兼容，可以推广北斗三代在时间频率传递领域的国际应用。

Description

一种基于北斗三代导航卫星的共视数据处理方法
技术领域
本发明属于卫星导航技术领域，具体涉及一种基于北斗三代导航卫星的共视数据处理方法。
背景技术
卫星导航中的高精度时间频率已经成为国家发展科技、经济、军事的基础，也和我们社会生活息息相关，从基础研究领域，到工程技术领域，尤其是电力、通信、金融、公安、交通、互联网等领域，精准的时间频率和时间同步尤为重要。
2020年北斗已经建成全球导航系统，基于北斗导航系统，实现远程的时间频率传递和溯源是一种性价比较高的方案。目前，使用北斗导航进行时间频率传递和溯源已在多个领域得到广泛应用，比如：计量、通信、电力、航天等领域。但是，大部分时间频率传递系统，还是通过GPS或北斗二代卫星导航系统，随着北斗二代卫星系统使用期限的到来，而依赖GPS卫星导航系统又存在较大的不安全性。
目前，基于北斗卫星导航系统的时间频率传递方法，主要还是通过B1I、B2I、B3I等常用频点实现共视比对，仍然存在着精度较低的问题。需要采用北斗三代卫星导航系统新体制的频点B1C、B2a进行卫星共视比对，同时也需要对算法进行改进，达到更高的精度，从而可以应用在对精度要求较高的计量、国防建设等领域。
发明内容
针对以上不足，本发明提供了一种基于北斗三代导航卫星的共视数据处理方法。本发明所述的方法主要是通过北斗三代导航卫星新体制的频点B1C、B2a，进行伪距组合观测，实现共视数据的生成，再进行时间频率传递。
本发明的方法具体通过如下技术方案实现的。
1、获取北斗三代卫星的B1C、B2a导航电文，并解析卫星星历、钟差参数、群延迟修正参数、电离层延迟改正模型参数、BDT-UTC时间同步参数等；
2、获取接收机在观测历元时所有跟踪卫星的B1C、B2a伪距，
Figure GDA0003908841250000021
3、对上述伪距进行延迟修正，修正线缆延迟、参考延迟和接收机内部延迟
Figure GDA0003908841250000022
Figure GDA0003908841250000023
其中：
Figure GDA0003908841250000024
为第i颗卫星，延迟修正后的伪距；
Figure GDA0003908841250000025
为第i颗卫星，未进行延迟修正的伪距；
CABDLY、REFDLY分别为天线线缆延迟、接收机外部参考延迟；
INTDLYB1C、INTDLYB2a分别为B1C、B2a频点的接收机内部延迟；
4、通过获取的北斗三代卫星导航电文中的星历参数，计算每个卫星在观测历元的三维位置，该位置计算需考虑Sgnac效应的影响，并计算卫星与接收机天线之间的空间几何距离
Figure GDA0003908841250000026
进一步地，计算所述距离的具体方法为：
Figure GDA0003908841250000027
其中：
Figure GDA0003908841250000028
为观测历元时刻，卫星和北斗接收机天线之间的空间几何距离，单位为秒；
c为光速，299792458米/秒；
Figure GDA0003908841250000029
为第i个卫星的三维位置；
Xant、Yant、Zant为北斗接收机天线所在的精确位置；
5、根据北斗三代卫星导航电文计算卫星的位置，并通过接收机位置和卫星位置计算观测历元时刻，第i个卫星的钟差
Figure GDA0003908841250000031
对流层延迟
Figure GDA0003908841250000032
其中卫星钟差
Figure GDA0003908841250000033
的计算公式为：
Figure GDA0003908841250000034
Figure GDA0003908841250000035
式中，
Figure GDA0003908841250000036
分别为第i颗卫星的卫星钟差系数、卫星钟漂移系数、卫星钟漂移率系数，从星历参数中获取；
t为第i颗卫星信号信号发射时刻的BDT时间，单位秒；
toc为卫星钟差参数参考时刻，单位秒；
Figure GDA0003908841250000037
为第i颗卫星的相对论修正项；
e为卫星轨道扁心率，由卫星星历参数获取；
Figure GDA0003908841250000038
为卫星轨道长半轴的开方，由卫星星历参数获取；
Ek为卫星轨道偏近点角，由卫星星历参数获取；
Figure GDA0003908841250000039
其中μ＝3.986004418×1014m3/s2，为地心引力常数；
C＝2.99792458×108m/s为光速；
对流层延迟
Figure GDA00039088412500000310
的计算公式为：
Figure GDA00039088412500000311
Figure GDA0003908841250000041
式中，Ns＝324.8；
Figure GDA0003908841250000042
Nslog＝ln((Ns+An)/105)；；
6、根据导航电文中的群延迟修正参数，计算所有跟踪卫星的群延迟；
a、对于使用B1C和B2a导频分量测量伪距的修正公式如下：
Figure GDA0003908841250000043
Figure GDA0003908841250000044
其中：
Figure GDA0003908841250000045
分别为第i个卫星经过线缆延迟、参考延迟、接收机内延迟、群延迟修正后的B1C、B2a伪距；
Figure GDA0003908841250000046
分别为第i个卫星的B1C、B2a的导频分量上的群延迟，从B1C、B2a导航电文中获得。
b、对于使用B1C和B2a数据分量测量伪距的修正公式如下：
Figure GDA0003908841250000047
Figure GDA0003908841250000048
其中：
Figure GDA0003908841250000049
分别为第i个卫星经过线缆延迟、参考延迟、接收机内延迟、群延迟修正后的B1C、B2a伪距；
Figure GDA00039088412500000410
分别为第i个卫星的B1C、B2a的导频分量上的群延迟，从B1C、B2a导航电文中获得。
Figure GDA00039088412500000411
分别为第i个卫星的B1C、B2a频点，数据分量相对于导频分量上的延迟修正项。
7、根据修正延迟后的B1C和B2a双频点的伪距，进行电离层修正；
Figure GDA0003908841250000051
其中：
Figure GDA0003908841250000052
是第i个卫星的B1C和B2a伪距
Figure GDA0003908841250000053
组合修正电离层延迟后的伪距；
f1、f2分别为B1C和B2a频点的频率，1575.42MHz、1176.45MHz；
8、通过以上延迟修正后获得本地时钟与北斗卫星系统时的钟差结果；
Figure GDA0003908841250000054
其中：
Figure GDA0003908841250000055
是第i颗卫星计算的本地时钟与北斗卫星系统时的钟差；
trefclock是本地时钟的参考时刻，
Figure GDA0003908841250000056
是第i颗卫星的卫星时钟的参考时刻(已修正卫星钟差)；
Figure GDA0003908841250000057
是上述过程计算的参数；
9、对所有跟踪卫星计算的钟差，对钟差进行拟合。
本发明创造与现有技术相比，克服了现有技术的缺陷，同时还具有如下的优点和积极效果；
1、本发明在原有标准CGGTTS 2E版本上增加了北斗三代的共视数据生成方法，并实现了数据内容和格式的向前兼容，可以推广北斗三代在时间频率传递领域的国际应用；
2、采用本发明方法，两台北斗共视接收机做共钟差测试，同时计算北斗二代B1I、B2I和北斗三代B1C、B2a频点组合数据，共视比对的A类不确定度，由北斗二代的1.42纳秒提高到北斗三代的0.65纳秒，提高了1倍的精度。
3、随着北斗三代在各领域的推广应用，可逐渐使用本发明替代原有旧标准，提升产品的可用性和精度。
附图说明
图1为本发明的基于北斗三代导航卫星的共视数据处理方法的。
具体实施方式
如图1所示，本发明的一种基于北斗三代导航卫星的共视数据处理方法，其中该方法具体包括如下步骤：
获取北斗三代卫星的B1C、B2a导航电文，并解析卫星星历、钟差参数、群延迟修正参数、电离层延迟改正模型参数、BDT-UTC时间同步参数等；
获取接收机在观测历元时所有跟踪卫星的B1C、B2a伪距，
Figure GDA0003908841250000061
对伪距进行延迟修正，修正线缆延迟、参考延迟和接收机内部延迟
Figure GDA0003908841250000062
Figure GDA0003908841250000063
其中：
Figure GDA0003908841250000064
为第i颗卫星，延迟修正后的伪距；
Figure GDA0003908841250000065
为第i颗卫星，未进行延迟修正的伪距；
CABDLY、REFDLY为天线线缆延迟、接收机外部参考延迟；
INTDLYB1C、INTDLYB2a分别为B1C、B2a频点的接收机内部延迟；
通过获取的北斗三代卫星导航电文中的星历参数，依据《北斗卫星导航系统空间信号接口控制文件公开服务信号B1C》计算每个卫星在观测历元的三维位置，该位置计算需考虑Sgnac效应的影响，并计算卫星与接收机天线之间的距离。
Figure GDA0003908841250000066
其中：
Figure GDA0003908841250000067
为观测历元，卫星和北斗接收机天线之间的真实距离，单位秒；
c为光速，299792458米/秒；
Figure GDA0003908841250000068
为第i个卫星的三维位置；
Xant、Yant、Zant为北斗接收机天线所在的精确位置；
根据卫星位置计算观测历元，第i个卫星的钟差
Figure GDA0003908841250000071
对流层延迟
Figure GDA0003908841250000072
根据导航电文中的群延迟修正参数，计算所有跟踪卫星的群延迟；
a、对于使用B1C和B2a导频分量测量伪距的修正公式如下：
Figure GDA0003908841250000073
Figure GDA0003908841250000074
其中：
Figure GDA0003908841250000075
分别为第i个卫星经过线缆延迟、参考延迟、接收机内延迟、群延迟修正后的B1C、B2a伪距；
Figure GDA0003908841250000076
分别为第i个卫星的B1C、B2a的导频分量上的群延迟，从B1C、B2a导航电文中获得。
b、对于使用B1C和B2a数据分量测量伪距的修正公式如下：
Figure GDA0003908841250000077
Figure GDA0003908841250000078
其中：
Figure GDA0003908841250000079
分别为第i个卫星经过线缆延迟、参考延迟、接收机内延迟、群延迟修正后的B1C、B2a伪距；
Figure GDA00039088412500000710
分别为第i个卫星的B1C、B2a的导频分量上的群延迟，从B1C、B2a导航电文中获得。
Figure GDA00039088412500000711
分别为第i个卫星的B1C、B2a频点，数据分量相对于导频分量上的延迟修正项。
根据修正延迟后的B1C和B2a双频点的伪距，进行电离层修正；
Figure GDA00039088412500000712
其中：
Figure GDA00039088412500000713
是第i个卫星的B1C和B2a伪距
Figure GDA00039088412500000714
组合修正电离层延迟后的伪距；
f1、f2分别为B1C和B2a频点的频率，1575.42MHz、1176.45MHz；
通过以上延迟修正后获得本地时钟与北斗卫星系统时的钟差结果；
Figure GDA0003908841250000081
其中：
Figure GDA0003908841250000082
是第i颗卫星计算的本地时钟与北斗卫星系统时的钟差；
trefclock是本地时钟的参考时刻，
Figure GDA0003908841250000083
是第i颗卫星的卫星时钟的参考时刻(已修正卫星钟差)；
Figure GDA0003908841250000084
是上述过程计算的参数；
对所有跟踪卫星计算的钟差，对钟差进行拟合。
具体地，对钟差进行拟合可依据如下规则，跟踪卫星的起始时刻的计算采用UTC时间，以1997年10月1日0点2分作为起点，每16分钟一组，周期为1436分钟(含89个16分钟和1个12分钟)，每个16分钟内钟差数据，去掉前2分钟和后1分钟的数据，选择其中的780秒的数据，先分为52组数据，每15秒一组数据，做最小二乘法二次曲线拟合取中点时刻对应的钟差，再将52组拟合后的钟差，做最小二乘法直线拟合，取中点时刻对应的钟差，其它列的数值的拟合方法与其相同。
将所有跟踪卫星依据B1C和B2a伪距生成的共视数据，与标准CGGTTS规定B1I和B2I组合伪距计算的结果，一起写入CZ文件中。对于B1C和B2a伪距生成的共视数据，在FRC列标注“L3C”，作为增加北斗三代的CGGTTS数据格式。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于北斗三代导航卫星的共视数据处理方法，其特征在于：所述基于北斗三代导航卫星的共视数据处理方法包括如下步骤：
(1)获取北斗三代导航卫星的B1C、B2a导航电文，并解析卫星星历、钟差参数、群延迟修正参数、电离层延迟改正模型参数、BDT-UTC时间同步参数；
(2)获取接收机在观测历元时所有跟踪卫星的B1C的伪距
Figure FDA0003901253020000011
和B2a的伪距
Figure FDA0003901253020000012
(3)对上述伪距进行延迟修正，修正线缆延迟、参考延迟和接收机内部延迟，得到延迟修正后的伪距
Figure FDA0003901253020000013
Figure FDA0003901253020000014
Figure FDA0003901253020000015
其中：
Figure FDA0003901253020000016
为第i颗卫星，延迟修正后的伪距；
Figure FDA0003901253020000017
为第i颗卫星，未进行延迟修正的伪距；
CABDLY、REFDLY分别为天线线缆延迟、接收机外部参考延迟；
INTDLYB1C、INTDLYB2a分别为B1C、B2a频点的接收机内部延迟；
(4)通过获取的北斗三代导航卫星电文中的星历参数，计算每个卫星在观测历元的三维位置，该位置计算需考虑Sgnac效应的影响，并计算卫星与接收机天线之间的空间几何距离
Figure FDA0003901253020000018
(5)根据北斗三代导航卫星电文计算卫星的位置，并通过接收机位置和卫星位置计算观测历元时刻，第i个卫星的钟差
Figure FDA0003901253020000019
对流层延迟
Figure FDA00039012530200000110
其中卫星钟差
Figure FDA00039012530200000111
的计算公式为：
Figure FDA00039012530200000112
Figure FDA00039012530200000113
式中，
Figure FDA00039012530200000114
分别为第i颗卫星的卫星钟差系数、卫星钟漂移系数、卫星钟漂移率系数，从星历参数中获取；
t为第i颗卫星信号信号发射时刻的BDT时间，单位秒；
toc为卫星钟差参数参考时刻，单位秒；
Figure FDA0003901253020000021
为第i颗卫星的相对论修正项；
e为卫星轨道扁心率，由卫星星历参数获取；
Figure FDA0003901253020000022
为卫星轨道长半轴的开方，由卫星星历参数获取；
Ek为卫星轨道偏近点角，由卫星星历参数获取；
Figure FDA0003901253020000023
其中μ＝3.986004418×1014m3/s2，为地心引力常数；c＝2.99792458×108m/s为光速；
对流层延迟
Figure FDA0003901253020000024
的计算公式为：
Figure FDA0003901253020000025
Figure FDA0003901253020000026
式中，Ns＝324.8；
Figure FDA0003901253020000027
Nslog＝ln((Ns+Δn)/105)；
(6)根据导航电文中的群延迟修正参数，计算所有跟踪卫星的群延迟，包括：
a、对于使用B1C和B2a导频分量测量伪距的修正公式如下：
Figure FDA0003901253020000028
Figure FDA0003901253020000029
其中：
Figure FDA00039012530200000210
分别为第i个卫星经过线缆延迟、参考延迟、接收机内延迟、群延迟修正后的B1C、B2a伪距；
Figure FDA00039012530200000211
分别为第i个卫星的B1C、B2a的导频分量上的群延迟，从B1C、B2a导航电文中获得；
b、对于使用B1C和B2a数据分量测量伪距的修正公式如下：
Figure FDA0003901253020000031
Figure FDA0003901253020000032
其中：
Figure FDA0003901253020000033
分别为第i个卫星经过线缆延迟、参考延迟、接收机内延迟、群延迟修正后的B1C、B2a伪距；
Figure FDA0003901253020000034
分别为第i个卫星的B1C、B2a的导频分量上的群延迟，从B1C、B2a导航电文中获得；
Figure FDA0003901253020000035
分别为第i个卫星的B1C、B2a频点，数据分量相对于导频分量上的延迟修正项；
(7)根据修正延迟后的B1C和B2a双频点的伪距，进行电离层修正；
Figure FDA0003901253020000036
其中：
Figure FDA0003901253020000037
是第i个卫星的B1C和B2a伪距
Figure FDA0003901253020000038
组合修正电离层延迟后的伪距；
f1、f2分别为B1C和B2a频点的频率，分别为1575.42MHz、1176.45MHz；
(8)通过以上延迟修正后获得本地时钟与北斗卫星系统时的钟差结果；
Figure FDA0003901253020000039
其中：
Figure FDA00039012530200000310
是第i颗卫星计算的本地时钟与北斗卫星系统时的钟差；
trefclock是本地时钟的参考时刻，
Figure FDA00039012530200000311
是第i颗卫星的卫星时钟的参考时刻；
(9)对所有跟踪卫星计算的钟差，对钟差进行拟合。
2.根据权利要求1所述的一种基于北斗三代导航卫星的共视数据处理方法，其特征在于，其中计算卫星与接收机天线之间的空间几何距离具体为：
Figure FDA00039012530200000312
其中：
Figure FDA00039012530200000313
为观测历元时刻，卫星和北斗接收机天线之间的空间几何距离，单位为秒；
其中c为光速，299792458米/秒；
Figure FDA0003901253020000041
为第i个卫星的三维位置；
Xant、Tant、Zant为北斗接收机天线所在的精确位置。
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