基于北斗短报文和伽利略高精度服务的授时方法及系统与流程

2026-04-10 10:40:06 367次浏览

本发明涉及授时，具体是基于北斗短报文和伽利略高精度服务的授时方法及系统。
背景技术：
：：1、gnss授时是目前精度最高的时间同步技术之一。目前，基于gnss卫星的授时技术主要包含：全视技术（av）、共视技术（cv）、精密单点定位（ppp）技术，cv和av技术精度相对较低，ppp技术精度相对高一些。然而，利用上述高精度授时技术进行授时均需要通过网络进行传输数据，难以保证高精度授时的可靠性，此外，采用ppp技术授时需要网络或者租用通讯卫星传输相应的改正数，难以保证时间同步的可靠性或低成本应用。技术实现思路1、为了解决上述问题，本发明提出了一种授时精度高达亚纳秒级、可靠性好的基于北斗短报文和伽利略高精度服务的授时方法及系统。2、为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：3、本发明的基于北斗短报文和伽利略高精度服务的授时方法，包括如下操作：4、在基站端进行如下操作：5、基于伽利略高精度服务，采用gps/伽利略精密单点定位技术实时估计基站端接收机钟差；6、对基站端接收机钟差以设定的弧段进行滑动建模并预报基站端接收机钟差；7、将当前的基站端接收机钟差和预报的基站端接收机钟差通过北斗短报文服务播发；8、在客户端进行如下操作：9、客户端接收机接收伽利略高精度服务，使用gps/伽利略精密单点定位技术实时估计出客户端接收机钟差；10、接收北斗短报文服务播发的基站端接收机钟差，将接收到的基站端接收机钟差拟合和内插出当前时刻的基站接收机钟差并与gps/伽利略精密单点定位技术估计出的客户端接收机钟差作差，进而获得客户端本地时间与基站时间差；11、时钟驯服，利用客户端本地时间与基站时间差对本地时钟进行实时调控进而获得高精度时间信息。12、本发明的进一步改进在于：基于伽利略高精度服务，采用gps/伽利略精密单点定位技术实时估计基站端接收机钟差，具体包括如下操作：13、利用基站端接收机获取伪距和载波观测值、广播星历和高精度服务播发的改正数；14、将广播星历和高精度服务播发的改正数合并计算实时精密轨道和实时精密钟差，其中，实时精密轨道的计算表达式为：15、<mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><mo>{</mo><mtablecolumnalign="left"><mtr><mtd><msubsup><mi>b</mi><mrow/><mrow/></msubsup><mi>=</mi><msubsup><mi>b</mi><mi>brd</mi><mrow/></msubsup><mo>+</mo><mi>(</mi><msub><mi>h</mi><mi>r</mi></msub><mi>,</mi><msub><mi>h</mi><mi>a</mi></msub><mi>,</mi><msub><mi>h</mi><mi>c</mi></msub><mi>)</mi><mi>⋅</mi><mi>δ</mi><mi>d</mi></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>δ</mi><mi>d</mi><mi>=</mi><mi>[</mi><mi>δ</mi><msub><mi>d</mi><mi>r</mi></msub><mi>,</mi><mi>δ</mi><msub><mi>d</mi><mi>a</mi></msub><mi>,</mi><mi>δ</mi><msub><mi>d</mi><mi>c</mi></msub><mi>]</mi></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>h</mi><mi>r</mi></msub><mi>=</mi><mfrac><mi>r</mi><mrow><mo>|</mo><mi>r</mi><mo>|</mo></mrow></mfrac></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>h</mi><mi>c</mi></msub><mi>=</mi><mfrac><mrow><mi>r</mi><mi>×</mi><moveraccent="true"><mi>r</mi><mo>˙</mo></mover></mrow><mrow><mo>|</mo><mrow><mrow><mi>r</mi><mi>×</mi><moveraccent="true"><mi>r</mi><mo>˙</mo></mover></mrow><mo>|</mo></mrow></mrow></mfrac></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>h</mi><mi>a</mi></msub><mi>=</mi><msub><mi>h</mi><mi>c</mi></msub><mi>×</mi><msub><mi>h</mi><mi>r</mi></msub></mtd></mtr></mtable></mstyle>16、其中，为精密轨道，分别为经向、法向、切向三个方向的转换矩阵，为广播星历计算的卫星坐标、为伽利略播发的高精度服务改正数，为卫星速度向量，为卫星位置向量，、、分别为径向、法向、切向轨道改正数；17、实时精密钟差的计算表达式为：18、19、其中，为广播星历中的卫星钟差，为实时精密卫星钟差，为伽利略播发的高精度服务钟差改正数，c为光速；20、利用实时精密轨道和实时精密钟差修正卫星轨道和钟差误差，并利用无电离层组合模型消除电离层误差，得到伪距和载波观测方程，伪距和载波观测方程的表达式为：21、22、23、其中，和为无电离层组合的伪距和载波最小修正量，s和r分别为卫星和接收机，为坐标增量，为坐标线性化的系数向量，和为不同频率，为接收机钟差参数，为对流层湿份量，为湿份量投影函数，为无电离层组合模糊度，和分别为相位和载波观测值噪声；24、对伪距和载波观测方程中的各项误差进行修正，利用卡尔曼滤波或者最小二乘参数估计方法，进行参数估计，包括坐标、接收机钟差、对流层、无电离层组合模糊度。25、本发明的进一步改进在于：对基站端接收机钟差以设定的弧段进行滑动建模并预报基站端接收机钟差，具体包括：26、检测基站端接收机的硬件延迟，将估计的基站端接收机钟差减去硬件延迟，得到修正后的基站端接收机钟差，并保存至数据库；27、以10分钟为一个弧段，滑动从数据库实时获取存储的基站端接收机钟差数据，将获取到的基站端接收机钟差数据利用人工智能方法建立接收机钟差模型；28、利用建立的接收机钟差模型向前预报30秒、3分钟和5分钟的钟差。29、本发明的进一步改进在于：客户端接收机接收伽利略高精度服务，使用gps/伽利略精密单点定位技术实时估计出客户端接收机钟差，具体包括：30、利用客户端接收机接收伪距和载波观测值、广播星历和高精度服务播发的改正数；31、将广播星历和高精度服务播发的改正数合并计算实时精密轨道和实时精密钟差；32、利用实时精密轨道和实时精密钟差修正卫星轨道和钟差误差，并利用无电离层组合模型消除电离层误差，得到伪距和载波观测方程，利用伪距和载波观测方程、卡尔曼滤波方法实时估计出客户端接收机钟差。33、本发明的进一步改进在于：时钟驯服，利用客户端本地时间与基站时间差对本地时钟进行实时调控进而获得高精度时间信息，具体包括如下操作：34、对客户端本地时间与基站时间差进行异常探测并剔除，得到干净的客户端本地时间与基站时间差；35、将干净的客户端本地时间与基站时间差生成时钟驾驭参数，表达式为：36、37、其中，为时钟驾驭参数，为铷钟的初始时间偏差，为晶振的初始频率偏差，为晶振的频率漂移或频率老化系数，为晶振随机噪声误差，t为时间；38、基于时钟驾驭参数，通过直接数字频率合成技术对信号频率与相位进行控制，获得高精度时间信息。39、本发明的基于北斗短报文和伽利略高精度服务的授时系统，所述系统包括：40、基站端接收模块，用于利用基站端接收机获取伪距和载波观测值、广播星历和高精度服务播发的改正数；41、基站端精密单点定位解算模块，用于采用gps/伽利略精密单点定位技术实时估计基站端接收机钟差，并对估计的基站端接收机钟差进行修正；42、钟差存储模块，用于存储修正后的基站端接收机钟差；43、短报文播发钟差模块，用于对基站端接收机钟差以设定的弧段进行滑动建模并预报基站端接收机钟差，将当前的基站端接收机钟差和预报的基站端接收机钟差通过北斗短报文服务播发；44、客户端接收模块，用于利用客户端接收机接收伪距和载波观测值、广播星历和高精度服务播发的改正数；45、客户端精密单点定位解算模块，用于使用gps/伽利略精密单点定位技术实时估计出客户端接收机钟差；46、短报文接收钟差模块，用于接收北斗短报文服务播发的基站端接收机钟差；47、差值计算模块，用于将接收到的基站端接收机钟差拟合和内插出当前时刻的基站接收机钟差并与gps/伽利略精密单点定位技术估计出的客户端接收机钟差作差，进而获得客户端本地时间与基站时间差；48、驯钟模块，用于利用客户端本地时间与基站时间差对本地时钟进行实时调控进而获得高精度时间信息。49、本发明的进一步改进在于：基站端精密单点定位解算模块进行的具体操作包括：50、将广播星历和高精度服务播发的改正数合并计算实时精密轨道和实时精密钟差，其中，实时精密轨道的计算表达式为：51、<mstyledisplaystyle="true"mathcolor="#000000"><mo>{</mo><mtablecolumnalign="left"><mtr><mtd><msubsup><mi>b</mi><mrow/><mrow/></msubsup><mi>=</mi><msubsup><mi>b</mi><mi>brd</mi><mrow/></msubsup><mo>+</mo><mi>(</mi><msub><mi>h</mi><mi>r</mi></msub><mi>,</mi><msub><mi>h</mi><mi>a</mi></msub><mi>,</mi><msub><mi>h</mi><mi>c</mi></msub><mi>)</mi><mi>⋅</mi><mi>δ</mi><mi>d</mi></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>δ</mi><mi>d</mi><mi>=</mi><mi>[</mi><mi>δ</mi><msub><mi>d</mi><mi>r</mi></msub><mi>,</mi><mi>δ</mi><msub><mi>d</mi><mi>a</mi></msub><mi>,</mi><mi>δ</mi><msub><mi>d</mi><mi>c</mi></msub><mi>]</mi></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>h</mi><mi>r</mi></msub><mi>=</mi><mfrac><mi>r</mi><mrow><mo>|</mo><mi>r</mi><mo>|</mo></mrow></mfrac></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>h</mi><mi>c</mi></msub><mi>=</mi><mfrac><mrow><mi>r</mi><mi>×</mi><moveraccent="true"><mi>r</mi><mo>˙</mo></mover></mrow><mrow><mo>|</mo><mrow><mrow><mi>r</mi><mi>×</mi><moveraccent="true"><mi>r</mi><mo>˙</mo></mover></mrow><mo>|</mo></mrow></mrow></mfrac></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>h</mi><mi>a</mi></msub><mi>=</mi><msub><mi>h</mi><mi>c</mi></msub><mi>×</mi><msub><mi>h</mi><mi>r</mi></msub></mtd></mtr></mtable></mstyle>52、其中，为精密轨道，分别为经向、法向、切向三个方向的转换矩阵，为广播星历计算的卫星坐标、为伽利略播发的高精度服务改正数，为卫星速度向量，为卫星位置向量，、、分别为径向、法向、切向轨道改正数；53、实时精密钟差的计算表达式为：54、55、其中，为广播星历中的卫星钟差，为实时精密卫星钟差，为伽利略播发的高精度服务钟差改正数，c为光速；56、利用实时精密轨道和实时精密钟差修正卫星轨道和钟差误差，并利用无电离层组合模型消除电离层误差，得到伪距和载波观测方程，伪距和载波观测方程的表达式为：57、58、59、其中，和为无电离层组合的伪距和载波最小修正量，s和r分别为卫星和接收机，为坐标增量，为坐标线性化的系数向量，和为不同频率，为接收机钟差参数，为对流层湿份量，为湿份量投影函数，为无电离层组合模糊度，和分别为相位和载波观测值噪声；60、对伪距和载波观测方程中的各项误差进行修正，利用卡尔曼滤波或者最小二乘参数估计方法，进行参数估计，包括坐标、接收机钟差、对流层、无电离层组合模糊度；61、将估计的基站端接收机钟差减去检测得到的基站端接收机的硬件延迟，得到修正后的基站端接收机钟差。62、本发明的进一步改进在于：短报文播发钟差模块进行的具体操作包括：63、以10分钟为一个弧段，滑动从数据库实时获取存储的基站端接收机钟差数据，将获取到的基站端接收机钟差数据利用人工智能方法建立接收机钟差模型；64、利用建立的接收机钟差模型向前预报30秒、3分钟和5分钟的钟差；65、将当前的基站端接收机钟差和预报的基站端接收机钟差通过北斗短报文服务播发。66、本发明的进一步改进在于：客户端精密单点定位解算模块进行的具体操作包括：67、将广播星历和高精度服务播发的改正数合并计算实时精密轨道和实时精密钟差；68、利用实时精密轨道和实时精密钟差修正卫星轨道和钟差误差，并利用无电离层组合模型消除电离层误差，得到伪距和载波观测方程，利用伪距和载波观测方程、卡尔曼滤波方法实时估计出客户端接收机钟差。69、本发明的进一步改进在于：驯钟模块进行的具体操作包括：70、对客户端本地时间与基站时间差进行异常探测并剔除，得到干净的客户端本地时间与基站时间差；71、将干净的客户端本地时间与基站时间差生成时钟驾驭参数，表达式为：72、73、其中，为时钟驾驭参数，为铷钟的初始时间偏差，为晶振的初始频率偏差，为晶振的频率漂移或频率老化系数，为晶振随机噪声误差，t为时间；74、基于时钟驾驭参数，通过直接数字频率合成技术对信号频率与相位进行控制，获得高精度时间信息。75、本发明的有益效果是：本发明可实现全球任意地方，包括：海洋、沙漠等无网络通讯地方的高精度授时，授时精度优于0.5 ns，无需任何的网络通讯，既提高了可靠性、稳定性，又提高了精度。当前第1页12当前第1页12

文档序号 : 【 40165294 】

技术研发人员：徐磊,陈功,陈倩倩,蔡静,陈瑶,魏建雄,王子彦
技术所有人：南京市计量监督检测院

备注：该技术已申请专利，仅供学习研究，如用于商业用途，请联系技术所有人。
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徐磊丨陈功丨陈倩倩丨蔡静丨陈瑶丨魏建雄丨王子彦丨南京市计量监督检测院

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