CN115308781A - 基于bdgim辅助的相位平滑伪距高精度时间传递方法 - Google Patents

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CN115308781A CN202211072123.7A CN202211072123A CN115308781A CN 115308781 A CN115308781 A CN 115308781A CN 202211072123 A CN202211072123 A CN 202211072123A CN 115308781 A CN115308781 A CN 115308781A
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Abstract

本申请涉及一种基于BDGIM辅助的相位平滑伪距高精度时间传递方法。所述方法包括：通过两个观测站分别实时接收的由北斗三卫星播发的伪距和载波相位观测值以及广播星历数据，并根据广播星历数据提取电离层参数，再基于北斗全球广播电离层延迟校正模型得到电离层延迟，根据电离层延迟和载波相位观测值对伪距观测值进行平滑处理得到平滑伪距观测值，利用对应的平滑伪距观测值采用加权最小二乘法实时估计两个观测站中接收机的钟差，最后计算两个观测站中接收机钟差之间的差值，得到实时时间传递的结果。采用本方法能够提高时间传递精度。

Description

基于BDGIM辅助的相位平滑伪距高精度时间传递方法
技术领域
本申请涉及卫星时间传递技术领域，特别是涉及一种基于BDGIM辅助的相位平滑伪距高精度时间传递方法。
背景技术
时间是衡量运动规律和时间尺度的基本物理量。高精度时间传递技术已广泛应用于通信、电力、金融服务、自动驾驶、航空航天等领域，是保持不同国家的计时实验室和时间尺度同步的前提条件。
随着全球导航卫星系统(GNSS)技术的发展，基于GNSS的时间传递技术得到了增强。目前，基于伪距观测的GNSS时间传递方法可包括共视(common-view,CV)时间传递、全视(all-in-view,AV)时间传递、双向卫星时间频率传递(two-way satellite time andfrequency transfer,TWSTFT)，它们大大提高了时间传递的准确性。上述时间传递技术一直是广泛学术研究的主题。1980年，Allan等人总结了GPS时间传递方法，并详细描述了时间传递中涉及的误差改正方法。
众所周知，CV时间传递可以以GNSS时钟时间为参考，获得两个相距较远站的本地原子钟时间与GNSS卫星时钟时间的差值。然后通过比较两个原子钟来确定两个原子钟时间之间的偏差。在一定地理距离内，可以消除卫星时钟误差、轨道误差和大气延迟，提高远程时间传递的准确性，具有成本低、全天候、高精度等优点。然而，CV时间传递受到地理距离和伪距观测精度的限制，具有明显的缺点。随着两个站之间距离的增加，可以观察到的共同卫星越来越少，时间传递的准确性降低。随着IGS精密产品的发展，2006年国际计时实验室正式采用AV时间传递进行时间比较。与CV时间传递相比，AV时间传递不受距离限制，可以直接计算两个站点之间的时间差，时间传递精度与CV时间传递相当。然而不幸的是，AV时间传递相对依赖于星历。AV时间传递可能会受到卫星轨道误差、时钟误差和两个站附近的大气延迟的负面影响。同样，AV时间转移的准确性也受到伪距观测值的限制。除了CV和AV时间传递之外，还有TWSTFT时间传递，它利用卫星信号在同一路径和方向相反的发射和接收的特性，通过消除测站位置误差、卫星误差和大气延迟的影响来提高时间传递的性能，也是当前国际原子时TAI计算的重要手段。时间传递精度比CV时间传递高一个数量级。如上分析所示，伪距观测质量对时间传递的影响很大，因此提高伪距观测值的精度势在必行。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高时间传递精度的基于BDGIM辅助的相位平滑伪距高精度时间传递方法。
一种基于BDGIM辅助的相位平滑伪距高精度时间传递方法，所述方法包括：
分别获取两个观测站实时接收的由北斗三卫星播发的伪距和载波相位观测值以及广播星历数据；
提取所述广播星历数据中的电离层参数，并基于北斗全球广播电离层延迟校正模型以及所述电离层参数计算得到电离层延迟；
根据所述电离层延迟和载波相位观测值对所述伪距观测值进行平滑处理得到平滑伪距观测值；
利用对应的平滑伪距观测值采用加权最小二乘法实时估计两个所述观测站中接收机的钟差；
计算两个观测站中接收机钟差之间的差值，得到实时时间传递的结果。
在其中一实施例中，在对所述伪距观测值进行平滑处理之前，同时对所述载波相位观测值进行周跳探测以及修复，同时对所述伪距观测值进行粗差探测。
在其中一实施例中，根据所述电离层延迟和载波相位观测值对所述伪距观测值进行平滑处理得到平滑伪距观测值包括：
根据连续历元之间的所述载波相位观测值差值以及所述电离层延迟差值也就是连续历元间的电离层延迟变化对所述伪距观测值进行平滑处理。
在其中一实施例中，所述平滑伪距观测值表示为：
Figure BDA0003830787550000031
在上式中，ωk＝1/k表示平滑因子，k和k-1表示第k历元和第k-1历元，
Figure BDA0003830787550000032
和Pk表示第k个历元的平滑伪距观测值和伪距观测值，
Figure BDA0003830787550000033
和
Figure BDA0003830787550000034
表示第k个和第k-1个历元的相位观测值，ΔIBDGIM＝Ik-Ik-1表示第k个和第k-1个历元之间的电离层延迟变化。
在其中一实施例中，两个所述观测站中的接收机为单频接收机。
一种基于BDGIM辅助的相位平滑伪距高精度时间传递装置，所述装置包括：
观测值接收模块，用于分别获取两个观测站实时接收的由北斗三卫星播发的伪距和载波相位观测值以及广播星历数据；
电离层延迟计算模块，用于提取所述广播星历数据中的电离层参数，并基于北斗全球广播电离层延迟校正模型以及所述电离层参数计算得到电离层延迟；
平滑伪距观测值得到模块，用于根据所述电离层延迟和载波相位观测值对所述伪距观测值进行平滑处理得到平滑伪距观测值；
钟差估计模块，用于利用对应的平滑伪距观测值采用加权最小二乘法实时估计两个所述观测站中接收机的钟差；
时间传递结果实时解算模块，用于计算两个观测站中接收机钟差之间的差值，得到实时时间传递的结果。
一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
分别获取两个观测站实时接收的由北斗三卫星播发的伪距和载波相位观测值以及广播星历数据；
提取所述广播星历数据中的电离层参数，并基于北斗全球广播电离层延迟校正模型以及所述电离层参数计算得到电离层延迟；
根据所述电离层延迟和载波相位观测值对所述伪距观测值进行平滑处理得到平滑伪距观测值；
利用对应的平滑伪距观测值采用加权最小二乘法实时估计两个所述观测站中接收机的钟差；
计算两个观测站中接收机钟差之间的差值，得到实时时间传递的结果。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
分别获取两个观测站实时接收的由北斗三卫星播发的伪距和载波相位观测值以及广播星历数据；
提取所述广播星历数据中的电离层参数，并基于北斗全球广播电离层延迟校正模型以及所述电离层参数计算得到电离层延迟；
根据所述电离层延迟和载波相位观测值对所述伪距观测值进行平滑处理得到平滑伪距观测值；
利用对应的平滑伪距观测值采用加权最小二乘法实时估计两个所述观测站中接收机的钟差；
计算两个观测站中接收机钟差之间的差值，得到实时时间传递的结果。
上述基于BDGIM辅助的相位平滑伪距高精度时间传递方法，通过两个观测站分别实时接收的由北斗三卫星播发的伪距和载波相位观测值以及广播星历数据，根据广播星历数据提取电离层参数，再基于北斗全球广播电离层延迟校正模型得到电离层延迟，根据电离层延迟和载波相位观测值对伪距观测值进行平滑处理得到平滑伪距观测值，利用对应的平滑伪距观测值采用加权最小二乘法实时估计两个观测站中接收机的钟差，最后计算两个观测站中接收机钟差之间的差值，得到实时时间传递的结果。本方法兼顾了电离层延迟变化，因此更加适用于单频接收机，同时单频接收机相对于多频接收机便宜，降低了使用成本。其次电离层延迟变化量由最新发布的BDGIM(北斗全球广播电离层延迟校正模型)计算，计算的电离层延迟精度高。在本方法中使用高精度的载波相位平滑伪距，提高了伪距精度，从而进一步提高了时间传递精度。
附图说明
图1为一个实施例中基于BDGIM辅助的相位平滑伪距高精度时间传递方法的流程示意图；
图2为一个实施例中基于BDGIM辅助的相位平滑伪距高精度时间传递方法的流程框架示意图；
图3为一实验中测站地理位置的分布示意图；
图4为一实验中USUD和LCK3站可视卫星数量和PDOP值的示意图；
图5为一实验中SF SPP解算的USUD站接收机钟差误差示意图；
图6为一实验中SF SPP解算的LCK3站接收机钟差误差示意图；
图7为一实验中USUD和LCK3站的伪距残差示意图；
图8为一实验中LCK3-USUD链路事件传递结果示意图；
图9为一实验中钟差误差STD值及其改善程度示意图；
图10为一实验中各链路时间传递结果误差箱线示意图；
图11为一实验中各链路时间传递结果误差STD值及其改善程度示意图；
图12为一实验中各链路时间传递结果的MDEV示意图；
图13为一个实施例中基于BDGIM辅助的相位平滑伪距高精度时间传递装置的结构框图；
图14为一个实施例中计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
现有技术中，基于SPP(伪距单点定位)的时间传递具有时间传递精度低，只能达到几十纳秒的精度，且观测数据利用不够充分，仅使用了伪距观测值。传统SPP时间传递仅利用伪距观测值进行时间传递，由于伪距观测值精度低，使得SPP精度提高受限。相位平滑伪距方法是提高伪距精度的有效方法之一，但是该方法忽略了电离层延迟的影响，导致精度提高有限。
针对上述基于SPP方法的时间传递精度低的问题，如图1所示，提供了一种基于BDGIM辅助的相位平滑伪距高精度时间传递方法，包括以下步骤：
步骤S100，获取两个观测站分别实时接收的由北斗三卫星播发的伪距和载波相位观测值以及广播星历数据；
步骤S110，提取广播星历数据中的电离层参数，并基于北斗全球广播电离层延迟校正模型以及电离层参数计算得到电离层延迟；
步骤S120，根据电离层延迟和载波相位观测值对伪距观测值进行平滑处理得到平滑伪距观测值；
步骤S130，利用对应的平滑伪距观测值采用加权最小二乘法实时估计两个观测站中接收机的钟差；
步骤S140，计算两个观测站中接收机钟差之间的差值，得到实时时间传递的结果。
在本实施例中，两个观测站中的接收机均为单频接收机，也就是说，本方法应用于单频用户。而对于单频用户而言，电离层延迟变化是导致相位平滑伪距劣化的主要因素，因此提高单频相位平滑伪距性能的关键是准确计算并消除相邻历元之间的电离层延迟变化。而在本实施例中，在广播星历数据中提取出电离层参数后，利用北斗全球广播电离层延迟校正(BDGIM)模型计算得到电离层延迟，利用该模型计算得到的电力层延迟精度更高，并且BDGIM模型的辅助下，本方法可以在全天候、全天时为中国用户提供高精度的时间传递服务，同时在卫星较少的情况下也可以运行。
在步骤S120，为了避免整周模糊度对载波相位的影响，在对伪距观测值进行平滑处理之前，对载波相位观测值进行周跳探测以及修复，对伪距观测值进行粗差探测。
具体的，通过接收机接收到的原始载波相位观测值以及原始伪距观测值分别为：
P＝ρ+c(dtr-dts)+mw·ZTW+I+c(dr-ds)+εP (1)
Figure BDA0003830787550000071
在公式(1)和公式(2)中，P和L分别表示原始伪距和载波相位观测值，单位为m，ρ表示卫星到接收机之间的几何距离(m)，c表示光速(m/s)，dtr和dts分别表示接收机和卫星钟差(s)，T表示对流层延迟(m)，I表示电离层延迟(m)，mw表示对流层延迟湿分量映射函数，ZTD表示天顶方向的对流层延迟，dr和ds分别表示接收机和卫星端伪距硬件延迟(m/s)，λ表示频率f对用的载波波长(m)，br和bs分别表示接收机和卫星端载波相位硬件延迟(周)，N表示相位模糊度(周)，εP和ξL分别表示伪距和载波相位观测噪声(m)。
从公式(2)中可以看出，载波观测值存在整数模糊性，因此在应用伪距平滑之前提出整周模糊度。通过连续历元之间的载波变化可以最大限度地减少模糊性的影响，同时还可以获得高精度的载波相位变化，假设在卫星连续跟踪时不发生周跳。
分别对连续历元间的伪距和载波相位观测值进行做差，可以得到以下等式：
ΔPk,k-1＝Pk-Pk-1＝ρk-ρk-1+Tk-Tk-1+Ik-Ik-1+εP,k-εP,k-1 (3)
ΔLk,k-1＝Lk-Lk-1＝ρk-ρk-1+Tk-Tk-1-Ik+Ik-1+ξL,k-ξL,k-1 (4)
从公式(3)和(4)中有第k个和第k-1个历元之间的电离层延迟变化Ik-Ik-1。而电离层延迟使用BDGIM模型计算得到，则电离层延迟变化可以表示为ΔIBDGIM＝Ik-Ik-1。
传统的相位平滑伪距公式可表示为：
Figure BDA0003830787550000072
而在本申请，是根据连续历元之间的伪距观测值差值以及电离层延迟差值也就是电离层延迟变化对所述伪距观测值进行平滑处理，则平滑伪距观测值表示为：
Figure BDA0003830787550000081
在公式(6)中，ωk＝1/k表示平滑因子，k和k-1表示第k历元和第k-1历元，
Figure BDA0003830787550000082
和Pk表示第k个历元的平滑伪距观测值和伪距观测值，
Figure BDA0003830787550000083
和
Figure BDA0003830787550000084
表示第k个和第k-1个历元的相位观测值，ΔIBDGIM＝Ik-Ik-1表示第k个和第k-1个历元之间的电离层延迟变化。
在这里假设伪距观测误差εP和相位观测误差ξL相互独立，它们的方差分别为
Figure BDA0003830787550000085
和
Figure BDA0003830787550000086
则根据误差传播规律，有
Figure BDA0003830787550000087
由于载波相位的精度远高于伪距的精度，
Figure BDA0003830787550000088
因此：
Figure BDA0003830787550000089
则由公式(7)可知，平滑伪距的精度大约是原始伪距的
Figure BDA00038307875500000810
倍。因此，可以推断出使用相位平滑伪距的时间传递性能更好。
接下来，在步骤S130中，采用加权最小二乘实时估计接收机的钟差dtr，具体估计方法如下所示：
如果观测站的近似坐标为(X0,Y0,Z0),将公式(6)在(X0,Y0,Z0)出用泰勒级数展开后可以得到线性化的观测方程：
Figure BDA00038307875500000811
令，
Figure BDA00038307875500000812
将公式(8)简化为：
Figure BDA0003830787550000091
进一步的：
Figure BDA0003830787550000092
可以简化为
V＝L-AX (12)
估计准则为延后残差平方和最小准测：
min＝VTPV (13)
在公式(13)中，V表示观测值的残差，P为根据观测进行确定的方差。
将公式(12)带入公式(13)中得到：
min＝(AX-L)TP(AX-L) (14)
利用数学求极值的原理，对X求导整理后的正则方程为：
ATAWX＝ATWL (15)
待估参数为：
X＝(ATWA)-1ATWL (16)
V＝-(QVW)L (17)
QV＝W-1-A(ATWA)AT (18)
在公式(16)-(18)中，权阵W＝P-1。
最后，则待估参数向量可以表示为[X cdtr T]，其中，cdtr即为解算出来的接收机钟差。
接下来，进行时间传递实验以证明本方法的有效性。
从6个MGEX站收集了观测数据，所有这些站都可以接收到BDS-3(北斗三卫星)的信号。该数据集涵盖2022年3月27日至3月31日的五天(DOY86-90,2022)。广播星历由中国卫星导航办公室(CSNO)提供，GIM电离层产品下载自CODE。图3为六个站点的地理分布图。需要注意的是，本专利以USUD站为中心节点进行时间传递，设计了五个时间链路，即BRUX-USUD、LCK3-USUD、CUSV-USUD、STR1-USUD和HOB2-USUD。以北斗三号B1I信号为例进行SF PPP时间传递研究。
全球分布有120多个监测站，均可用于计算GBM产品。此外，GBM产品是使用B1I/B3IIF对三天的观测计算得出的，其轨道精度约为2.0cm，钟差精度约为75.0ps。使用精确点定位(PPP)技术的时间传递精度可以达到亚纳秒级。因此，本专利以北斗三号GBM PPP计算的时间传递结果作为参考。由于双频PPP精度优于SF PPP，所以采用B1I/B3I无电离层观测进行GBM PPP。
为了更好地评估时间传递的性能，下面以USUD和LCK3站为例进行了实验。在进行时间传递实验之前，统计了两个站的北斗三号可见卫星(NSAT)和位置精度(PDOP)，如图4所示。USUD站的NSAT平均值为6.9，PDOP平均值值为4.7。LCK3站的NSAT平均值为11.7，PDOP平均值为1.6。
图5和图6显示了USUD和LCK3站相对于GBM PPP解算结果的钟差误差。其中，方案1(Scheme1)表示不使用相位平滑伪距的SF SPP，方案2(Scheme2)表示使用改进的相位平滑伪距的SF SPP。从这两个图中，有三个发现。首先，不难发现方案1的时钟误差序列有很多离散点，而方案2的时钟误差序列相当平滑，离散点明显减少，几乎变成了一条细线，可以从图5局部放大图。这表明平滑算法在时间传递上具有相当大的潜力，平滑后的伪距观测值更接近真实值，降低了伪距观测值的噪声。平滑后的接收机时钟误差更加稳定，更有利于提高时间传递性能。其次，注意到在初始阶段有一个钟差的收敛阶段，这是因为PPP算法使用卡尔曼滤波器来估接收机钟差，这需要一些时间才能收敛到“真实值”。第三，两站的时钟误差并没有围绕零值波动。这是由于不同频率下的接收机硬件延迟是不同的。GBM PPP计算的接收机钟差吸收了B1I/B3I信号的接硬件延迟，而SF SPP计算的接收机钟差吸收了B1I信号的硬件延迟。
为了更全面地评估相位平滑伪距的性能。统计了USUD和LCK3站的伪距残差，如图7所示。不同颜色深浅代表每颗卫星。可以发现平滑后伪距残差的波动范围明显减小。USUD站方案1和方案2的伪距残差的RMS值分别为1.26m和0.95m，降低了24.6％。LCK3站方案1和方案2的伪距残差RMS值分别为1.18m和0.97m，降低了17.8％，这进一步表明改进的方法具有更好的SPP性能。
如上所述，钟差误差越小意味着时间传递结果越好。图8给出了LCK3-USUD时间链路的SF SPP时间传递结果。不难发现，方案2对方案1有明显的平滑作用。同样的，初始阶段的收敛问题也是由PPP收敛引起的。
接下来，如图9所示，统计了每个站的接收机钟差误差的STD，以及方案2的STD值相对于方案1改善程度。从图中可以得出两个发现。首先，对于所有站点，方案2的STD值都小于方案1。方案1的STD值范围为1.16ns至2.11ns，平均值为1.75ns，而方案2的STD值范围为1.08ns至1.81ns，平均值为1.51ns。方案2的STD值相对于方案1平均提高了13.6％。这进一步验证了本方法的可行性。二是，中、低纬度台站钟差STD小于高纬度台站。一方面，这可能是由于北斗三号观测质量相对较差。另一方面，这可能是由于高纬地区的电离层校正率低于低纬地区。
以GBM产品的时间传递结果为参考，统计了5个时间链路的箱线图，如图10所示。方案1和方案2的时钟差集中在±5ns之间，但方案2的箱体长度比方案1短，说明方案2比方案1的时钟误差波动范围更小，时间传递精度更高。不难发现，方案2的异常值明显少于方案1，说明平滑后，大量异常值被拉回正常值。同样，平滑后时钟差的峰峰值也降低了。
进一步，评估了本方法对SF SPP时间传递的贡献。我们通过计算时间传递的误差的STD值来评估时间传递的A类的不确定度。此外，还展示了方案2相对于方案1在STD中时间转移的提升百分比，如图11所示。方案1的STD值范围为2.05ns至2.56ns，平均值为2.34ns，而方案2的STD值范围为1.92ns至2.40ns，平均值为2.08ns。方案2的STD值较方案1提高5.0％～19.8％，平均值为11.1％。总的来说，基于BDGIM的相位平滑伪距方法在时域上对SFSPP时间传递性能有很好的改善效果。
在前文中已经分析了SF SPP时间传递在时域中的性能。更进一步，分析时间传递的频率稳定性，这是评估时间传递性能的另一个指标。使用修正Allan偏差(MDEV)来表示时间链路的频率稳定性，可以表示为：
Figure BDA0003830787550000121
在公式(19)中，N代表采样点数；m表示平滑因子，其最大值小N的一半；τ是采样间隔；xi并表示时钟差数据。
图12为五个时间链路的MDEV。不难发现，经过平滑处理后，所有时间链路的频率稳定性都有很大的提高。方案1和方案2在960s时的平均频率稳定性分别为2.93E-12和1.43E-12，方案2相对于方案1提高了51.2％。方案1和方案2在61440s时的平均频率稳定性分别为4.19E-13和1.68E-13，方案2相对于方案1提高了59.9％。因此，本方法在SF SPP时间传递性能在频域上也有很好的提升。
上述基于BDGIM辅助的相位平滑伪距高精度时间传递方法中，兼顾了电离层延迟变化，因此更加适用于单频接收机，同时单频接收机相对于多频接收机便宜，降低了使用成本。其次电离层延迟变化量由最新发布的BDGIM(北斗全球广播电离层延迟校正)模型计算，计算的电离层延迟精度高。在本方法中使用高精度的载波相位平滑伪距，提高了伪距精度，从而进一步提高了时间传递精度。且本方法无需在参于时间传递的节点之间建立通讯网络，不会增加系统的通讯负担，只需要节点能够单向的接受导航卫星的观测数据和广播星历；同时，本方法采用SPP技术，能够对时间传递过程中的各项误差进行修正，提高了时间传递的性能；同时，无需铺设大量的地面设施，降低了成本的同时更加自由灵活。因此，本申请提出的基于BDGIM辅助的相位平滑伪距高精度时间传递方法具有较好的应用场景。
应该理解的是，虽然图1的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
在一个实施例中，如图13所示，提供了一种基于BDGIM辅助的相位平滑伪距高精度时间传递装置，包括：观测值接收模块200、电离层延迟计算模块210、平滑伪距观测值得到模块220、钟差估计模块230和时间传递结果实时解算模块240，其中：
观测值接收模块200，用于获取两个观测站分别实时接收的由北斗三卫星播发的伪距和载波相位观测值以及广播星历数据；
电离层延迟计算模块210，用于提取所述广播星历数据中的电离层参数，并基于北斗全球广播电离层延迟校正模型以及所述电离层参数计算得到电离层延迟；
平滑伪距观测值得到模块220，用于根据所述电离层延迟和载波相位观测值对所述伪距观测值进行平滑处理得到平滑伪距观测值；
钟差估计模块230，用于利用对应的平滑伪距观测值采用加权最小二乘法实时估计两个所述观测站中接收机的钟差；
时间传递结果实时解算模块240，用于计算两个观测站中接收机钟差之间的差值，得到实时时间传递的结果。
关于基于BDGIM辅助的相位平滑伪距高精度时间传递装置的具体限定可以参见上文中对于基于BDGIM辅助的相位平滑伪距高精度时间传递方法的限定，在此不再赘述。上述基于BDGIM辅助的相位平滑伪距高精度时间传递装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是终端，其内部结构图可以如图14所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种基于BDGIM辅助的相位平滑伪距高精度时间传递方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
本领域技术人员可以理解，图14中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现以下步骤：
分别获取两个观测站实时接收的由北斗三卫星播发的伪距和载波相位观测值以及广播星历数据；
提取所述广播星历数据中的电离层参数，并基于北斗全球广播电离层延迟校正模型以及所述电离层参数计算得到电离层延迟；
根据所述电离层延迟和载波相位观测值对所述伪距观测值进行平滑处理得到平滑伪距观测值；
利用对应的平滑伪距观测值采用加权最小二乘法实时估计两个所述观测站中接收机的钟差；
计算两个观测站中接收机钟差之间的差值，得到实时时间传递的结果。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
分别获取两个观测站实时接收的由北斗三卫星播发的伪距和载波相位观测值以及广播星历数据；
提取所述广播星历数据中的电离层参数，并基于北斗全球广播电离层延迟校正模型以及所述电离层参数计算得到电离层延迟；
根据所述电离层延迟和载波相位观测值对所述伪距观测值进行平滑处理得到平滑伪距观测值；
利用对应的平滑伪距观测值采用加权最小二乘法实时估计两个所述观测站中接收机的钟差；
计算两个观测站中接收机钟差之间的差值，得到实时时间传递的结果。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.基于BDGIM辅助的相位平滑伪距高精度时间传递方法，其特征在于，所述方法包括：
分别获取两个观测站实时接收的由北斗三卫星播发的伪距和载波相位观测值以及广播星历数据；
提取所述广播星历数据中的电离层参数，并基于北斗全球广播电离层延迟校正模型以及所述电离层参数计算得到电离层延迟；
根据所述电离层延迟和载波相位观测值对所述伪距观测值进行平滑处理得到平滑伪距观测值；
利用对应的平滑伪距观测值采用加权最小二乘法实时估计两个所述观测站中接收机的钟差；
计算两个观测站中接收机钟差之间的差值，得到实时时间传递的结果。
2.根据权利要求1所述的相位平滑伪距高精度时间传递方法，其特征在于，在对所述伪距观测值进行平滑处理之前，对所述载波相位观测值进行周跳探测以及修复，同时对所述伪距观测值进行粗差探测。
3.根据权利要求2所述的相位平滑伪距高精度时间传递方法，其特征在于，根据所述电离层延迟和载波相位观测值对所述伪距观测值进行平滑处理得到平滑伪距观测值包括：
根据连续历元之间的所述载波相位观测值差值以及所述电离层延迟差值也就是连续历元间的电离层延迟变化对所述伪距观测值进行平滑处理。
4.根据权利要求3所述的相位平滑伪距高精度时间传递方法，其特征在于，所述平滑伪距观测值表示为：
Figure FDA0003830787540000011
在上式中，ωk＝1/k表示平滑因子，k和k-1表示第k历元和第k-1历元，
Figure FDA0003830787540000012
和Pk表示第k个历元的平滑伪距观测值和伪距观测值，
Figure FDA0003830787540000013
和
Figure FDA0003830787540000014
表示第k个和第k-1个历元的相位观测值，ΔIBDGIM＝Ik-Ik-1表示第k个和第k-1个历元之间的电离层延迟变化。
5.根据权利要求1-4任一项所述的相位平滑伪距高精度时间传递方法，其特征在于，两个所述观测站中的接收机为单频接收机。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20230232350A1 (en) * 2022-01-19 2023-07-20 Intelligent Fusion Technology, Inc. Methods and systems for time synchronization among unmanned aerial systems

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140077991A1 (en) * 2012-09-20 2014-03-20 California Institute Of Technology Enhanced broadcast ephemeris for high accuracy assisted gps positioning
CN105607089A (zh) * 2016-01-18 2016-05-25 西安测绘研究所 一种基于伪距辅助载波相位的北斗共视时间传递的方法
CN107579794A (zh) * 2017-08-21 2018-01-12 中国科学院国家授时中心 一种基于北斗geo导航卫星的精密共视时间频率传递方法
CN109709591A (zh) * 2018-12-07 2019-05-03 中国科学院光电研究院 一种面向智能终端的gnss高精度定位方法
CN110146906A (zh) * 2019-05-23 2019-08-20 中国科学院国家授时中心 基于单差载波相位观测值的远程时间传递方法
CN111766616A (zh) * 2020-06-15 2020-10-13 中国人民解放军61081部队 一种北斗二号时间传递星端多径误差改正方法
CN112859120A (zh) * 2021-01-11 2021-05-28 中国科学院国家授时中心 一种连续的gnss载波相位时间和频率传递方法
CN114779293A (zh) * 2022-05-31 2022-07-22 重庆两江卫星移动通信有限公司 低轨卫星辅助载波平滑伪距的方法、系统、终端及介质

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140077991A1 (en) * 2012-09-20 2014-03-20 California Institute Of Technology Enhanced broadcast ephemeris for high accuracy assisted gps positioning
CN105607089A (zh) * 2016-01-18 2016-05-25 西安测绘研究所 一种基于伪距辅助载波相位的北斗共视时间传递的方法
CN107579794A (zh) * 2017-08-21 2018-01-12 中国科学院国家授时中心 一种基于北斗geo导航卫星的精密共视时间频率传递方法
CN109709591A (zh) * 2018-12-07 2019-05-03 中国科学院光电研究院 一种面向智能终端的gnss高精度定位方法
CN110146906A (zh) * 2019-05-23 2019-08-20 中国科学院国家授时中心 基于单差载波相位观测值的远程时间传递方法
CN111766616A (zh) * 2020-06-15 2020-10-13 中国人民解放军61081部队 一种北斗二号时间传递星端多径误差改正方法
CN112859120A (zh) * 2021-01-11 2021-05-28 中国科学院国家授时中心 一种连续的gnss载波相位时间和频率传递方法
CN114779293A (zh) * 2022-05-31 2022-07-22 重庆两江卫星移动通信有限公司 低轨卫星辅助载波平滑伪距的方法、系统、终端及介质

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
NIE GUIGEN 等: "Application of Geodetic Receivers to Timing and Time Transfer", 地球空间信息科学学报（英文版） *
于合理 等: "一种实时GNSS时间传递算法", 天文学报 *
李雯 等: "基于不同轨道类型BDS卫星的载波相位共视时间传递分析", 时间频率学报 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20230232350A1 (en) * 2022-01-19 2023-07-20 Intelligent Fusion Technology, Inc. Methods and systems for time synchronization among unmanned aerial systems
US11864140B2 (en) * 2022-01-19 2024-01-02 Intelligent Fusion Technology, Inc. Methods and systems for time synchronization among unmanned aerial systems

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