CN115085849B - 不依赖互联网的北斗B2b PPP精密授时方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的一种不依赖互联网的北斗B2b PPP精密授时方法及系统，通过服务端外接标准时间源，用户端外接用户本地时间源，服务端的短报文终端与用户端的短报文终端建立通信链路，通过北斗三号精密单点定位服务和北斗短报文服务实现实时PPP时间传递，用户端可实现不依赖互联网的亚纳秒级授时或时间同步。本发明充分利用公开的B2b PPP服务，用户成本低，可以解决B2b PPP单站解算不能直接实现UTC亚纳秒授时以及授时结果存在跳变的问题，拓展B2b PPP服务的应用范围。本发明的用户端和服务端可不依赖互联网，实现实时、广域、高精度、低成本时间传递和标准时间亚纳秒级授时。

Description

不依赖互联网的北斗B2b PPP精密授时方法及装置
技术领域
本发明属于授时技术领域，具体涉及一种不依赖互联网的北斗B2b PPP精密授时方法及装置。
背景技术
时间作为测量精度最高的基本物理单位，在社会经济、国防安全和科学技术中发挥着日益重要的作用。卫星导航系统授时具备范围广、成本低、精度高等特点，得到了广泛应用。北斗标准服务可实现10-20纳秒的授时精度，但新一代移动通信、物联网、分布式观测、计量检测等领域对时间提出了纳秒甚至亚纳秒级精度需求。
北斗三号(BDS-3)全球导航卫星系统，除提供基本导航定位授时服务外，还集成了星基增强、PPP-B2b精密单点定位功能，实现了短报文通信及国际搜救等服务。其中，PPP-B2b服务信息通过三颗GEO卫星的PPP-B2b信号向中国及周边地区播发。用户站通过接收相对于广播星历的轨道、钟差、码间偏差等改正数信息，恢复出高精度的卫星轨道和钟差产品，可实现实时高精度导航定位。
目前，现有技术的记载的方案主要依靠北斗标准授时服务实现10-20纳秒授时精度。在专利文件CN 109991838B中通过北斗短报文播发控制指令，控制远程授时装置实现标准授时服务。通过利用国际GNSS监测评估系统(International GNSS Monitoring andAssessment System，iGMAS)、国际GNSS服务组织(International GNSS Service，IGS)等机构的事后精密产品和实时产品可实现亚纳秒级的实时时间传递。还有一种方案中研发人员将实时钟差产品参考时间归算到标准时间，利用实时PPP实现了单站授时。在专利文件CN106371115B的方案中通过北斗短报文播发PPP所需的轨道、钟差等改正信息，实现精密定位。专利文件CN111381262B中利用北斗三号PPP-B2b服务，实现高精度定位优化。
在现有技术记载的各种方案，主要基于北斗标准授时服务，授时精度10-20纳秒，难以满足高精度时间需求。基于iGMAS、IGS等机构的事后精密产品，可实现亚纳秒级的高精度时间传递，但精密产品延迟超过10天以上，时效性较差。而基于实时产品的GNSS精密单点定位(PPP)可以实现亚纳秒级的实时精密授时或实时时间传递，但严重依赖互联网进行数据传输，尤其是边远地区无互联网通信链路或链路质量较差时，无法正常进行授时和时间传递。基于北斗短报文播发PPP改正信息或者直接接收北斗三号PPP-B2b服务播发的实时改正信息目前只应用于精密定位，因为PPP-B2b服务钟差产品参考时间与UTC偏差达数纳秒且存在偶发跳变，用户不能直接利用PPP-B2b服务以PPP解算的方式实现单站亚纳秒量级UTC连续授时。另外，目前基于网络播发轨道、钟差产品间隔为5s，基于短报文播发PPP轨道、钟差等改正信息数据量大，且受短报文播发频率60s限制，不易实现。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种不依赖互联网的北斗B2b PPP精密授时方法及装置。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
第一方面，本发明提供的一种不依赖互联网的北斗B2b PPP精密授时方法，应用于授时系统所述授时系统包括服务端以及用户端，所述服务端外接标准时间源，所述用户端外接用户本地时间源，所述服务端以及所述用户端都包括接收机、短报文终端以及处理单元，所述服务端的短报文终端与所述用户端的短报文终端建立通信链路，所述不依赖互联网的北斗B2bPPP精密授时方法包括：
所述服务端的接收机以及所述用户端的接收机，用于实时接收卫星观测数据和PPP-B2b改正信息，各自传入自身的处理单元；
所述服务端的处理单元，用于根据自身接收的观测数据以及PPP-B2b改正信息构建基本观测方程，并对构建的基本观测方程进行PPP解算，得到标准时间与PPP-B2b精密卫星钟差参考时间的第一偏差，发送至服务端的短报文终端；
所述用户端的处理单元，用于根据自身接收的观测数据以及PPP-B2b改正信息，构建基本观测方程，并对构建的基本观测方程进行PPP解算，得到用户本地时间与PPP-B2b精密卫星钟差参考时间的第二偏差；
所述服务端的短报文终端，用于将所述标准时间与PPP-B2b钟差参考时间第一偏差按照短报文协议进行编码，依照约定时间间隔将编码后的第一偏差通过通信链路发送至用户端的短报文终端；
所述用户端的短报文终端，用于将接收到的服务端数据进行解析，获得标准时间与PPP-B2b钟差参考时间第一偏差，将所第一偏差传输至用户端的处理单元；
所述用户端的处理单元，用于将第一偏差与所述第二偏差进行作差，以消除PPP-B2b精密钟差参考时间，获得标准时间与用户本地时间的第三偏差，并通过第三偏差对用户本地时间进行改正完成授时。
可选的，所述服务端以及用户端的处理单元构建的基本观测方程表示为：
Figure BDA0003694307550000041
Figure BDA0003694307550000042
其中，
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Figure BDA0003694307550000044
分别表码伪距和载波相位观测值；s和r分别表示卫星和接收机；/>
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表示接收机与卫星间的几何距离；dtr和dts分别表示接收机和卫星钟差；/>
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表示电离层延迟；/>
Figure BDA0003694307550000047
表示对流层延迟；dr和br分别表示接收机端码伪距和载波相位硬件延迟；ds和bs分别表示卫星端码伪距和载波相位硬件延迟；λ表示载波波长；/>
Figure BDA0003694307550000048
表示载波相位模糊度；/>
Figure BDA0003694307550000049
和
Figure BDA00036943075500000410
分别表示码伪距和载波相位的观测噪声。
可选的，所述对构建的基本观测方程进行PPP解算包括：
对所述基本观测方程中电离层延迟通过构建双频消电离层组合消除，或将所述电离层延迟作为未知参数进行估计得出；
对所述基本观测方程中流层延迟通过模型进行修正；
对所述基本观测方程中其它未知参数采用最小二乘或者滤波方式估计得出。
可选的，当所述用户端为多个时，所述服务端的短报文终端进一步用于，作为短报文指挥机对多个用户端进行一对多数据播发，将标准时间传输至多个用户端的短报文终端，完成多用户授时。
其中，所述服务端以及用户端的接收机为北斗/GNSS接收机。
第二方面，本发明提供的一种不依赖互联网的北斗B2b PPP精密授时系统，包括服务端以及用户端，所述服务端外接标准时间源，所述用户端外接用户本地时间源，所述服务端以及所述用户端都包括接收机、短报文终端以及处理单元，所述服务端的短报文终端与所述用户端的短报文终端建立通信链路，所述不依赖互联网的北斗B2b PPP精密授时方法包括：
所述服务端的接收机以及所述用户端的接收机，用于实时接收卫星观测数据和PPP-B2b改正信息，各自传入自身的处理单元；
所述服务端的处理单元，用于根据自身接收的观测数据以及PPP-B2b改正信息构建基本观测方程，并对构建的基本观测方程进行PPP解算，得到标准时间与PPP-B2b精密卫星钟差参考时间的第一偏差，并发送至服务端的短报文终端；
所述用户端的处理单元，用于根据自身接收的观测数据以及PPP-B2b改正信息，构建基本观测方程，并对构建的基本观测方程进行PPP解算，得到用户本地时间与PPP-B2b精密卫星钟差参考时间的第二偏差；
所述服务端的短报文终端，用于将所述标准时间与PPP-B2b钟差参考时间第一偏差按照短报文协议进行编码，依照约定时间间隔将编码后的第一偏差通过通信链路发送至用户端的短报文终端；
所述用户端的短报文终端，用于将接收到的服务端数据进行解析，获得标准时间与PPP-B2b钟差参考时间第一偏差，将所第一偏差传输至用户端的处理单元；
所述用户端的处理单元，用于将第一偏差与所述第二偏差进行作差，以消除PPP-B2b精密钟差参考时间，获得标准时间与用户本地时间的第三偏差，并通过第三偏差对用户本地时间进行改正完成授时。
可选的，所述服务端以及用户端的处理单元构建的基本观测方程表示为：
Figure BDA0003694307550000051
Figure BDA0003694307550000052
其中，
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表示对流层延迟；dr和br分别表示接收机端码伪距和载波相位硬件延迟；ds和bs分别表示卫星端码伪距和载波相位硬件延迟；λ表示载波波长；/>
Figure BDA0003694307550000064
表示载波相位模糊度；/>
Figure BDA0003694307550000065
和
Figure BDA0003694307550000066
分别表示码伪距和载波相位的观测噪声。
可选的，所述对构建的基本观测方程进行PPP解算包括：
对所述基本观测方程中电离层延迟通过构建双频消电离层组合消除，或将所述电离层延迟作为未知参数进行估计得出；
对所述基本观测方程中流层延迟通过模型进行修正；
对所述基本观测方程中其它未知参数采用最小二乘或者滤波方式估计得出。
可选的，当所述用户端为多个时，所述服务端的短报文终端进一步用于，作为短报文指挥机对多个用户端进行一对多数据播发，将标准时间传输至多个用户端的短报文终端，完成多用户授时。
其中，所述服务端以及用户端的接收机为北斗/GNSS接收机。
本发明提供的一种不依赖互联网的北斗B2b PPP精密授时方法及系统，通过服务端外接标准时间源，用户端外接用户本地时间源，服务端的短报文终端与用户端的短报文终端建立通信链路，传输服务端时间与B2b钟差参考时间偏差，通过北斗三号精密单点定位服务和北斗短报文服务实现实时PPP时间传递，用户端可实现不依赖互联网的亚纳秒级授时或时间同步。本发明充分利用公开的B2b PPP服务，用户成本低，可以解决B2b PPP单站解算结果不能直接实现亚纳秒授时的问题，拓展B2b PPP服务的应用范围。本发明中用户端和服务端可不依赖互联网，实现实时、广域、高精度、低成本时间传递和标准时间亚纳秒级授时，满足新一代移动通信、物联网、分布式观测、计量检测等领域对时间提出的纳秒至亚纳秒级精度需求。
以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种不依赖互联网的北斗B2b PPP精密授时方法的原理示意图；
图2是本发明实施例提供的实例一实验原理示意图；
图3a是本发明实施例提供的PPP-B2b解算XIA6-SE22零基线授时结果示意图；
图3b是本发明实施例提供的GBM、IGR解算XIA6-SE22零基线授时结果示意图；
图4a是本发明实施例提供的PPP-B2b解算与GBM解算链路比对结果中XIA6-SEPT基线比对结果示意图；
图4b是本发明实施例提供的PPP-B2b解算与GBM解算链路比对结果中XIA6-USUD基线比对结果示意图；
图5a是本发明实施例提供的PPP-B2b解算与IGR解算的授时结果比对结果中XIA6-SEPT基线比对结果示意图；
图5b是本发明实施例提供的PPP-B2b解算与IGR解算的授时结果比对结果中XIA6-USUD基线比对结果示意图；
图6是本发明实施例提供的实例二实验原理示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
参考图1，本发明提供的一种不依赖互联网的北斗B2b PPP精密授时方法，应用于授时系统。所述授时系统包括服务端以及用户端，所述服务端外接标准时间源，所述用户端外接用户本地时间源，所述服务端以及所述用户端都包括接收机、短报文终端以及处理单元，服务端的短报文终端与用户端的短报文终端建立通信链路，传输服务端时间与B2b钟差参考时间偏差，不依赖互联网的北斗B2b PPP精密授时方法包括：
服务端的接收机以及用户端的接收机，用于实时接收卫星观测数据和PPP-B2b改正信息，各自传入自身的处理单元；
其中，服务端以及用户端的接收机为北斗/GNSS接收机。
值得说明的是：服务端和用户端均配置北斗/GNSS卫星接收机终端，北斗短报文终端。其中，服务端外接标准时间源，用户端外接用户本地时间源。服务端和用户端接收机实时接收卫星观测数据和PPP-B2b改正信息，传入自身的本地处理单元。
服务端的处理单元，用于根据自身接收的观测数据以及PPP-B2b改正信息构建基本观测方程，并对构建的基本观测方程进行PPP解算，得到标准时间与PPP-B2b精密卫星钟差参考时间的第一偏差，发送至服务端的短报文终端；
其中，观测数据包括：北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation SatelliteSystem，BDS)的观测数据以及GPS卫星导航系统的观测数据。PPP-B2b改正信息包括：轨道改正信息、钟差改正信息和码间偏差等。
用户端的处理单元，用于根据自身接收的观测数据以及PPP-B2b改正信息，构建基本观测方程，并对构建的基本观测方程进行PPP解算，得到用户本地时间与PPP-B2b精密卫星钟差参考时间的第二偏差；
值得说明的是：假设服务端内的装置用A标记，用户端的装置用B标记。处理单元为A、用户端的处理单元为B；处理单元A、B分别接收A、B接收机传输的GPS和BDS观测数据，构建基本观测方程。
其中，服务端以及用户端的处理单元构建的基本观测方程表示为：
Figure BDA0003694307550000091
Figure BDA0003694307550000092
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分别表示码伪距和载波相位的观测噪声。
服务端的短报文终端，用于将第一偏差按照短报文协议进行编码，依照约定时间间隔将编码后的第一偏差通过通信链路发送至用户端的短报文终端；
用户端的短报文终端，用于将接收到的数据进行解析，获得第一偏差，将第一偏差传输至用户端的处理单元；
值得说明的是：解算完成后，可获得标准时间、用户本地时间与PPP-B2b精密卫星钟差产品的参考时间偏差，分别记作第一偏差tA＝标准时间-PPP-B2b精密钟差参考时间，第二偏差tB＝用户本地时间-PPP-B2b精密钟差参考时间。处理单元A将tA实时发送至服务端短报文终端A。服务端短报文终端A接收处理单元A的tA数据，按短报文协议进行编码，按照约定时间间隔将tA发送至用户端短报文终端B。
作为一种具体的实施方式：对构建的基本观测方程进行PPP解算包括：
对基本观测方程中电离层延迟通过构建双频消电离层组合消除，或将电离层延迟作为未知参数进行估计得出；
对基本观测方程中流层延迟通过模型进行修正；
对基本观测方程中其它未知参数采用最小二乘或者滤波方式估计得出。
值得说明的是：处理单元A、B分别进行PPP解算。其中，电离层延迟可通过构建双频消电离层组合消除，也可作为未知参数进行估计。对流层延迟、相对论效应、固体潮、海潮、天线相位中心等改正项，通过模型进行修正，其它未知参数采用最小二乘或者滤波方式估计。
用户端的处理单元，用于将第一偏差与第二偏差进行作差，以消除PPP-B2b精密钟差参考时间，获得标准时间与用户本地时间的第三偏差，并通过第三偏差对用户本地时间进行改正完成授时。
用户端短报文终端B接收来自服务端短报文终端A发送的信息，并解析获得tA数据，将其传输至用户端处理单元B，用户端处理单元B根据服务端发送的tA数据和本地计算获得的tB数据进行实时计算，两数据作差消去PPP-B2b精密钟差参考时间，获得标准时间–用户本地时间偏差，并进行改正，完成时间传递过程。
值得说明的是：当用户端为多个时，服务端的短报文终端进一步用于，作为短报文指挥机对多个用户端进行一对多数据播发，将第一偏差传输至多个用户端的短报文终端，完成多用户授时。
本发明提供的一种不依赖互联网的北斗B2b PPP精密授时方法，应用于授时系统，通过服务端外接标准时间源，用户端外接用户本地时间源，服务端的短报文终端与用户端的短报文终端建立通信链路，传输服务端时间与B2b钟差参考时间偏差，通过北斗三号精密单点定位服务和北斗短报文服务实现实时PPP时间传递，用户端可实现不依赖互联网的亚纳秒级授时或时间同步。本发明充分利用公开的B2b PPP服务，用户成本低，可以解决B2bPPP单站解算结果不能直接实现亚纳秒授时的问题，拓展B2b PPP服务的应用范围。本发明中用户端和服务端可不依赖互联网，实现实时、广域、高精度、低成本时间传递和标准时间亚纳秒级授时，满足新一代移动通信、物联网、分布式观测、计量检测等领域对时间提出的纳秒至亚纳秒级精度需求。
本发明提供的一种不依赖互联网的北斗B2b PPP精密授时系统，包括服务端以及用户端，服务端外接标准时间源，用户端外接用户本地时间源，服务端以及用户端都包括接收机、短报文终端以及处理单元，服务端的短报文终端与用户端的短报文终端建立通信链路，传输服务端时间与B2b钟差参考时间偏差，不依赖互联网的北斗B2b PPP精密授时方法包括：
服务端的接收机以及用户端的接收机，用于实时接收卫星观测数据和PPP-B2b改正信息，各自传入自身的处理单元；
其中，服务端以及用户端的接收机为北斗/GNSS接收机。
服务端的处理单元，用于根据自身接收的观测数据以及PPP-B2b改正信息构建基本观测方程，并对构建的基本观测方程进行PPP解算，得到标准时间与PPP-B2b钟差参考时间第一偏差，并发送至服务端的短报文终端；
用户端的处理单元，用于根据自身接收的观测数据以及PPP-B2b改正信息，构建基本观测方程，并对构建的基本观测方程进行PPP解算，得到用户本地时间与PPP-B2b精密卫星钟差参考时间的第二偏差；
服务端的短报文终端，用于将标准时间与PPP-B2b钟差参考时间第一偏差按照短报文协议进行编码，依照约定时间间隔将编码后的第一偏差通过通信链路发送至用户端的短报文终端；
用户端的短报文终端，用于将接收到的服务端数据进行解析，获得标准时间与PPP-B2b钟差参考时间第一偏差，将所第一偏差传输至用户端的处理单元；
用户端的处理单元，用于将第一偏差与第二偏差进行作差，以消除PPP-B2b精密钟差参考时间，获得标准时间与用户本地时间的第三偏差，并通过第三偏差对用户本地时间进行改正完成授时。
其中，服务端以及用户端的处理单元构建的基本观测方程表示为：
Figure BDA0003694307550000121
Figure BDA0003694307550000122
其中，
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Figure BDA0003694307550000129
和
Figure BDA00036943075500001210
分别表示码伪距和载波相位的观测噪声。
作为本发明具体的实施方式，对构建的基本观测方程进行PPP解算包括：
对基本观测方程中电离层延迟通过构建双频消电离层组合消除，或将电离层延迟作为未知参数进行估计得出；
对基本观测方程中流层延迟通过模型进行修正；
对基本观测方程中其它未知参数采用最小二乘或者滤波方式估计得出。
本发明当用户端为多个时，服务端的短报文终端进一步用于，作为短报文指挥机对多个用户端进行一对多数据播发，将第一偏差传输至多个用户端的短报文终端，完成多用户授时。
下面通过实验实例来验证本发明的授时方法的性能。
实施例一：
用于国家标准时间UTC(NTSC)的授时方法和装置。参考图2，当服务端外接标准时间为国家标准时间UTC(NTSC)时，短报文通信链路传输的数据为UTC(NTSC)-PPP-B2b参考时间偏差。用户端接收PPP-B2b改正信息，进行PPP解算，获得用户本地时间–PPP-B2b参考时间偏差，将解算结果与通过短报文终端接收的UTC(NTSC)–PPP-B2b参考时间偏差作差，最终得到的是UTC(NTSC)–用户本地时间偏差，从而实现国家标准时间授时。当存在多个用户端时，服务端短报文终端A可为短报文指挥机，进行一对多数据播发，完成多用户授时。
方法验证试验配置及结果如下：
(1)试验设计
为了分析验证基于PPP-B2b的授时方法及装置的授时精度，利用XIA6作为基准站，选取中国及周边区域PPP-B2b覆盖范围内的部分测站进行了试验。测站信息如表1所示。观测数据时段为2021年8月1日-2021年8月18日，共18天。其中，XIA6、SE22站为共钟共天线接收机，位于中国科学院国家授时中心临潼本部，外接UTC(NTSC)10MHz和1PPS信号。SEPT站位于国家授时中心西安场区，外接UTC(NTSC，CAPST)(被动氢原子钟，通过光纤双向时间频率传递链路实时驾驭到UTC(NTSC))。试验分析时均未扣除接收机硬件时延和线缆时延。XIA6与SE22站形成零基线，与SEPT站形成30km的短基线，与USUD站形成2631km的长基线。
表1测试用跟踪站信息表
Figure BDA0003694307550000131
Figure BDA0003694307550000141
采用以上4个站观测数据，利用PPP-B2b(BDS-3/GPS/GPS+BDS-3)实时产品、GFZGBM(BDS-3)事后产品、IGR(GPS)事后快速产品进行仿实时PPP静态解算，GFZ和IGR精密产品是行业内公认的精度较高产品，与其比较结果较有说服性，选择GBM产品主要由于GBM产品包含BDS-3系统精密轨道和钟差产品，选取IGR产品是因为该产品已例行应用于国际权度局(BIPM)UTC国际时间比对。解算模式为PPP静态解算，观测值对BDS和GPS系统分别为B1I/B3I和L1/L2，采用卫星轨道和钟差为PPP-B2b(BDS-3/GPS/GPS+BDS-3)、GBM(BDS-3)、IGR(GPS)，电离层延迟改正方法为双频消电离层组合，对流层延迟改正方法为ZTD+梯度估计，固体潮改正模型为IERS2010，海潮改正模型为FES2004，PCO、PCV模型对GPS采用igs14.atx文件模型，对北斗采用CSNO/TARC(2019)模型，参数估计采用扩展卡尔曼滤波方法，截止高度角设置为10°，观测值采样间隔设置为30秒。
授时效果的评价采用链路比对的方法进行。将PPP-B2b产品解算得到的授时结果与GBM/IGR产品解算得到的PPP链路结果作差，统计标准差(STD)用于评价授时效果。具体计算公式如下所示：
Figure BDA0003694307550000142
其中，tGBM/IGR_PPP(i)表示基于GBM/IGR产品解算得到的链路钟差时间序列，tB2b_PPP(i)表示基于PPP-B2b产品解算得到的链路钟差时间序列，N为时间序列采样点数。
(2)零基线授时结果
除了均外接UTC(NTSC)时间频率信号外，SE22站和XIA6站还通过功分器共用同一天线。基于PPP-B2b解算结果在SE22站和XIA6站之间进行实时时间传递，可形成共钟零基线授时。在未进行接收机校准的情况下，共钟零基线授时结果中除了授时误差外，还包含两台接收机之间GNSS信号以及时间频率信号设备延迟的差异。因为设备时延一般比较稳定，所以可以利用共钟零基线衡量授时可能达到的理想水平。
图3a以及图3b所示为采用不同产品进行解算后得到的零基线链路授时结果。从图3a以及图3b中可见试验时段18天内的共钟零基线授时结果整体较为稳定。除去收敛过程，PPP-B2b、GBM、IGR三种产品共钟零基线授时结果的峰峰值均小于0.2ns，STD均优于0.04ns，如表2所示。
表2 XIA6-SE22共钟零基线链路统计结果
Figure BDA0003694307550000151
另外，图3a和图3b中PPP-B2b(BDS-3)解算结果与GBM(BDS-3)解算结果符合较好。PPP-B2b(GPS/GPS+BDS-3)解算结果与IGR(GPS)产品解算结果符合较好。这两者之间存在一个常偏，主要是由于GPS信号和BDS信号的接收机设备延迟不同造成的。
(3)短基线及长基线授时结果
基准站与用户站距离是影响授时精度的重要因素之一。为了评估不同链路长度情况下的授时精度，试验选取了短基线链路XIA6-SEPT，长基线链路XIA6-USUD，利用PPP-B2b、GBM和IGR三种不同的精密产品对以上两条链路的BDS-3、GPS和GPS+BDS3观测值进行仿实时授时解算得到各站相对于UTC(NTSC)的时间偏差。将PPP-B2b(BDS-3/GPS/GPS+BDS-3)解算得到的结果与另外两种产品解算结果作差进行STD计算，对授时效果进行评价。同时，为了作为对比也计算了各链路比对的平均值(MEAN)。各基线PPP-B2b与GBM授时结果的差异时间序列如图4a以及图4b所示，PPP-B2b与IGR授时结果的差异时间序列如图5a以及图5b所示。表3给出了与GBM比对结果的统计信息。表4给出了与IGR比对结果的统计信息。
表3与GBM链路比对统计结果
Figure BDA0003694307550000161
表4与IGR链路比对统计结果
Figure BDA0003694307550000162
表3、表4各链路PPP-B2b产品与GBM和IGR产品授时比对结果STD均优于1ns，PPP-B2b(BDS-3)与GBM产品比较结果STD优于0.5ns，PPP-B2b(GPS+BDS-3)与IGR产品比较结果STD优于0.5ns。不同系统解算结果比较时，GPS系统与BDS系统存在一个近似常数偏差，其大小与接收机本身特性有关。
从短基线XIA6-SEPT链路图4a、图5a结果可见，PPP-B2b的BDS单系统解算结果与GBM产品比对结果STD值为0.144ns，与IGR产品比对结果STD值为0.270ns，PPP-B2b的GPS+BDS-3系统解算结果与IGR产品比对结果STD可达0.062ns，表明基于PPP-B2b的短基线授时精度较高，可优于100皮秒。
从长基线比对结果图4b、图5b看，BDS-3单系统解算结果与GBM产品比对结果各基线峰峰值小于2ns，STD优于0.5ns，与IGR产品比对结果各基线峰峰值均小于3ns，STD值最大不超过0.7ns，各基线比对结果STD值均小于1ns。说明基于PPP-B2b的长基线授时结果可达亚纳秒级。
实施例二：
用于分布式系统节点间时间同步的方法和装置。深空探测、多基地雷达、广域通信网等分布式系统，需要各节点间实现高精度时间同步。这种情况下，以其中一个节点作为服务端，其他节点作为用户端。参考图6，以节点A和节点B为例进行介绍。将节点B时间与节点A时间进行同步，短报文通信链路传输的数据为节点A本地时间-PPP-B2b参考时间偏差。节点B接收PPP-B2b改正信息，进行PPP解算，获得节点B本地时间–PPP-B2b参考时间偏差，将解算结果与通过短报文终端接收的节点A本地时间–PPP-B2b参考时间偏差作差，最终得到的是节点A本地时间–节点B本地时间偏差，从而实现节点A、B之间的时间同步。当存在多个需要进行时间同步节点时，节点A处短报文终端A可为短报文指挥机，进行一对多数据播发，完成多节点与节点A的时间同步。
从上述实验可以看出，本发明提供的授时方法可以进行授时和时间同步服务，不依赖互联网，提高了服务的适用范围；并且本发明的基于B2b PPP服务可以实现亚纳秒授时/时间同步，充分利用公开的B2b PPP服务，用户成本低，解决了B2b PPP单站解算结果不能直接实现亚纳秒授时的问题，拓展了B2b PP利用该方法用户端和服务端可不依赖互联网，实现实时、广域、高精度、低成本时间传递和标准时间亚纳秒级授时，满足新一代移动通信、物联网、分布式观测、计量检测等领域对时间提出的纳秒至亚纳秒级精度需求。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种不依赖互联网的北斗B2b PPP精密授时方法，应用于授时系统所述授时系统包括服务端以及用户端，其特征在于，所述服务端外接标准时间源，所述用户端外接用户本地时间源，所述服务端以及所述用户端都包括接收机、短报文终端以及处理单元，所述服务端的短报文终端与所述用户端的短报文终端建立通信链路，所述不依赖互联网的北斗B2bPPP精密授时方法包括：
所述服务端的接收机以及所述用户端的接收机，用于实时接收卫星观测数据和PPP-B2b改正信息，各自传入自身的处理单元；所述PPP-B2b是指北斗卫星导航系统在B2b频点播发的精密单点定位服务信号；所述服务端的处理单元，用于根据自身接收的观测数据以及PPP-B2b改正信息构建基本观测方程，并对构建的基本观测方程进行精密单点定位PPP解算，得到标准时间与PPP-B2b精密卫星钟差参考时间的第一偏差，发送至服务端的短报文终端；
所述用户端的处理单元，用于根据自身接收的观测数据以及PPP-B2b改正信息，构建基本观测方程，并对构建的基本观测方程进行PPP解算，得到用户本地时间与PPP-B2b精密卫星钟差参考时间的第二偏差；
所述服务端的短报文终端，用于将所述标准时间与PPP-B2b钟差参考时间第一偏差按照短报文协议进行编码，依照约定时间间隔将编码后的第一偏差通过通信链路发送至用户端的短报文终端；
所述用户端的短报文终端，用于将接收到的服务端数据进行解析，获得标准时间与PPP-B2b钟差参考时间第一偏差，将所第一偏差传输至用户端的处理单元；
所述用户端的处理单元，用于将第一偏差与所述第二偏差进行作差，以消除PPP-B2b精密钟差参考时间，获得标准时间与用户本地时间的第三偏差，并通过第三偏差对用户本地时间进行改正完成授时。
2.根据权利要求1所述的不依赖互联网的北斗B2b PPP精密授时方法，其特征在于，所述服务端以及用户端的处理单元构建的基本观测方程表示为：
Figure FDA0004051931730000021
Figure FDA0004051931730000022
其中，
Figure FDA0004051931730000023
和/>
Figure FDA0004051931730000024
分别表码伪距和载波相位观测值；s和r分别表示卫星和接收机；/>
Figure FDA0004051931730000025
表示接收机与卫星间的几何距离；dtr和dts分别表示接收机和卫星钟差；/>
Figure FDA0004051931730000026
表示电离层延迟；/>
Figure FDA0004051931730000027
表示对流层延迟；dr和br分别表示接收机端码伪距和载波相位硬件延迟；ds和bs分别表示卫星端码伪距和载波相位硬件延迟；λ表示载波波长；/>
Figure FDA0004051931730000028
表示载波相位模糊度；/>
Figure FDA0004051931730000029
和/>
Figure FDA00040519317300000210
分别表示码伪距和载波相位的观测噪声。
3.根据权利要求2所述的不依赖互联网的北斗B2b PPP精密授时方法，其特征在于，所述对构建的基本观测方程进行PPP解算包括：
对所述基本观测方程中电离层延迟通过构建双频消电离层组合消除，或将所述电离层延迟作为未知参数进行估计得出；
对所述基本观测方程中流层延迟通过模型进行修正；
对所述基本观测方程中其它未知参数采用最小二乘或者滤波方式估计得出。
4.根据权利要求1所述的不依赖互联网的北斗B2b PPP精密授时方法，其特征在于，当所述用户端为多个时，所述服务端的短报文终端进一步用于，作为短报文指挥机对多个用户端进行一对多数据播发，将标准时间传输至多个用户端的短报文终端，完成多用户授时。
5.根据权利要求1所述的不依赖互联网的北斗B2b PPP精密授时方法，其特征在于，所述服务端以及用户端的接收机为北斗/GNSS接收机。
6.一种不依赖互联网的北斗B2b PPP精密授时系统，包括服务端以及用户端，其特征在于，所述服务端外接标准时间源，所述用户端外接用户本地时间源，所述服务端以及所述用户端都包括接收机、短报文终端以及处理单元，所述服务端的短报文终端与所述用户端的短报文终端建立通信链路，所述不依赖互联网的北斗B2b PPP精密授时方法包括：
所述服务端的接收机以及所述用户端的接收机，用于实时接收卫星观测数据和PPP-B2b改正信息，各自传入自身的处理单元；所述PPP-B2b是指北斗卫星导航系统在B2b频点播发的精密单点定位服务信号；
所述服务端的处理单元，用于根据自身接收的观测数据以及PPP-B2b改正信息构建基本观测方程，并对构建的基本观测方程进行精密单点定位PPP解算，得到标准时间与PPP-B2b精密卫星钟差参考时间的第一偏差，并发送至服务端的短报文终端；
所述用户端的处理单元，用于根据自身接收的观测数据以及PPP-B2b改正信息，构建基本观测方程，并对构建的基本观测方程进行PPP解算，得到用户本地时间与PPP-B2b精密卫星钟差参考时间的第二偏差；
所述服务端的短报文终端，用于将所述标准时间与PPP-B2b钟差参考时间第一偏差按照短报文协议进行编码，依照约定时间间隔将编码后的第一偏差通过通信链路发送至用户端的短报文终端；
所述用户端的短报文终端，用于将接收到的服务端数据进行解析，获得标准时间与PPP-B2b钟差参考时间第一偏差，将所第一偏差传输至用户端的处理单元；
所述用户端的处理单元，用于将第一偏差与所述第二偏差进行作差，以消除PPP-B2b精密钟差参考时间，获得标准时间与用户本地时间的第三偏差，并通过第三偏差对用户本地时间进行改正完成授时。
7.根据权利要求6所述的不依赖互联网的北斗B2b PPP精密授时系统，其特征在于，所述服务端以及用户端的处理单元构建的基本观测方程表示为：
Figure FDA0004051931730000041
Figure FDA0004051931730000042
其中，
Figure FDA0004051931730000043
和/>
Figure FDA0004051931730000044
分别表码伪距和载波相位观测值；s和r分别表示卫星和接收机；/>
Figure FDA0004051931730000045
表示接收机与卫星间的几何距离；dtr和dts分别表示接收机和卫星钟差；/>
Figure FDA0004051931730000046
表示电离层延迟；/>
Figure FDA0004051931730000047
表示对流层延迟；dr和br分别表示接收机端码伪距和载波相位硬件延迟；ds和bs分别表示卫星端码伪距和载波相位硬件延迟；λ表示载波波长；/>
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表示载波相位模糊度；/>
Figure FDA0004051931730000049
和/>
Figure FDA00040519317300000410
分别表示码伪距和载波相位的观测噪声。
8.根据权利要求7所述的不依赖互联网的北斗B2b PPP精密授时系统，其特征在于，所述对构建的基本观测方程进行PPP解算包括：
对所述基本观测方程中电离层延迟通过构建双频消电离层组合消除，或将所述电离层延迟作为未知参数进行估计得出；
对所述基本观测方程中流层延迟通过模型进行修正；
对所述基本观测方程中其它未知参数采用最小二乘或者滤波方式估计得出。
9.根据权利要求6所述的不依赖互联网的北斗B2b PPP精密授时系统，其特征在于，当所述用户端为多个时，所述服务端的短报文终端进一步用于，作为短报文指挥机对多个用户端进行一对多数据播发，将标准时间传输至多个用户端的短报文终端，完成多用户授时。
10.根据权利要求6所述的不依赖互联网的北斗B2b PPP精密授时系统，其特征在于，所述服务端以及用户端的接收机为北斗/GNSS接收机。
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