CN102354101A - 一种利用导航卫星的授时方法及装置 - Google Patents

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Abstract

一种利用导航卫星的授时方法,所述方法包括,***启动授时同步操作;首先获取导航电文的发送时间T1;***同步当前时间到由T1得到的时分秒信息。采用这种授时方法及装置缩短了同步时间,节省授时接收机的功耗。本发明适用于多种卫星导航***,如:GPS、北斗一代导航卫星、北斗二代导航卫星、GLONASS、GALILEO等卫星导航***。此外,本发明还适合双模/多模卫星导航***以及双模/多模混合卫星导航***。

Description

一种利用导航卫星的授时方法及装置
技术领域
本发明涉及一种利用导航卫星的授时方法及装置。
背景技术
现有的基于导航卫星进行授时的方法都是授时接收机通过捕获跟踪卫星并解调出导航卫星的导航电文的发送时间,导航卫星的导航***运行时间、获取世界标准时间修正参数UTCp以及计算卫星与接收机之间的距离进而折算导航信号传输时延进行时间同步。接收机接收到卫星导航电文的发送时间可以解析出时分秒信息,接收到导航卫星的导航***运行时间后可以解析出年月日信息。一般授时接收机解释出这两个信息后才输出授时时间,以时分秒、年月日信息同时输出的形式输出。但是时分秒信息和年月日信息在导航电文的数据帧中的位置不同,两者并不是同时解调出来的。因此授时所需要的时间相对较长,但对授时所需时间要求比较严格以及功耗要求严格时,现有的授时方法不能满足要求。例如,卫星授时手表等便携式授时设备,这些都属于对功耗非常敏感的设备。但为降低功耗对获得时间同步所需时间有严格的要求,现有的授时方法很难满足其对授时时间以及低功耗的要求。
发明内容
本发明的目的是本发明的目的是提供一种能够缩短授时同步时间,降低功耗的授时方法及装置。
本发明是这样实现的:一种利用导航卫星的授时方法,所述方法包括,***启动授时同步操作;首先获取导航电文的发送时间T1;***同步当前时间到由T1得到的时分秒信息。
更进一步,所述方法还包括,所述由T1得到的时分秒信息是T2,其中,T2=T1+Tc,Tc =(到地最大传输时间 + 到地最短传输时间)/ 2。
更进一步,所述方法还包括,从导航电文获取导航***的运行时间T3,***同步当前时间到T3。
更进一步,所述方法还包括,从导航电文获取获取UTC修正参数UTCp,根据获取的UTC修正参数对所述获取的授时时分秒年月日信息进行修正,***同步当前时间到该经过修正的时间。
更进一步,所述方法还包括,所述同步是根据用户或者***设置来完成的。
更进一步,所述导航卫星***为北斗二代导航卫星、GLONASS、GALILEO卫星导航***、或者双模/多模卫星导航***。
本发明还提供一种利用上述授时方法的授时装置。
更进一步,所述授时装置为授时手表。
本发明还提供一种授时模组,所述授时模组包括输入输出接口,基带处理单元,所述基带处理单元包括时间同步处理单元,所述时间同步处理单元根据根据***设置进行不同策略的授时选择,所述输入输出接口在收到时分秒信息后输出后输出:$GPRMC,hhmmss,A,,,,,,,,,,N*hh;在收到年月日信息后输出$GPRMC,hhmmss,A,,,,,,,ddmmyy,,,N*hh;其中hhmmss代表时分秒,ddmmyy代表日月年,hh为校验和。
采用这种授时方法及装置缩短了同步时间,节省授时接收机的功耗。对于功耗敏感的卫星授时手表等便携式授时设备,这种授时方法及装置,同样容量的电池可以提高设备电池的使用时间。而在同样的使用时间的前提下,可以减少电池的容量,相应的也就减小了电池的体积,有利于将授时手表等便携式授时设备做得更小。 
附图说明
图1是一种导航卫星授时装置***图;
图2为本发明软件处理流程图;
图3为导航信号最长和最短传输路径示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
卫星授时接收机通过接收导航电文中时间信息来给用户提供授时时间。各个卫星***的导航电文帧格式都不相同,但是它们的导航电文里面基本包含了TOW(Time Of Week,周内秒),WN(Week Number,整周数),UTC( Universal Coordinated Time,世界协调时)修正参数等信息,TOW出现的频率最高,WN其次,UTC修正参数出现最少、最慢。比如GPS的电文,一页导航电文由五个子帧组成,每个子帧由10个字组成。所有子帧的前两个字中均有导航电文的发送时间TOW,而导航***的运行时间WN只位于导航电文子帧1,UTCp位于子帧5的第25页,收到TOW与收到WN的时间最短差0秒,最长差24秒。而收到UTCp,最长需要12.5分钟。这样授时接收机在收到TOW后就立即输出时分秒信息比在收到WN后才输出时分秒和年月日信息就可以使用户提前24秒时间获取授时时间进行时间同步。同理收到TOW后就输出时分秒信息的方法比在收到UTCp后才输出时分秒年月日信息的方法要提前12.5分钟获得授时时间进行同步。
图1是一种导航卫星授时装置***图。天线101接收到卫星信号,射频前端102在晶振103作用下解调出中频信号送到基带处理单元111,其中包括捕获通道106,跟踪通道107,然后时间同步处理单元104根据解调得到的时间信息进行授时输出。捕获通道106包括N1个捕获通道,跟踪通道107包括了N2个跟踪通道。基带处理部分111还包括嵌入式处理器109,复位模块105,此外,还有电源接口108,输入输出接口110,其中电源接口108用于获得外部的供电,并为射频前端供电,输入输出接口110用于对外输出数据,以及用于同步的PPS(pulses per second,秒脉冲),以及自身控制程序的更新。主控微处理器112用于接收来自信号处理单元111的数据,并发送相关数据或者控制指令给信号处理单元111,控制时间同步处理单元104,根据***设置进行不同策略的授时选择。同时控制时间信息的显示、用户界面的生成与交互、等等。***程序存储器116用于存储控制程序,FLASH存储器117用于存储用户数据。电源113为整个***提供电力,电源检测控制单元114用于检测电源的电量并分配电力给信号处理单元111。
图2为本发明软件处理流程图。步骤201表示授时接收机捕获跟踪导航卫星。步骤202表示接收机获取导航电文的发送时间T1(周内秒)。步骤203表示经过把估算的信号传播时延同步到本地时间T2,T2=T1+Tc,其中,Tc是依据卫星轨道的高度到地面距离来估计的电文传播时间,由于没有接收机位置信息,无法计算出准确的导航电文传播时间Tc,本方法依据不同类型的卫星轨道的高度到地面距离的不同来估计电文传播时间Tc = (到地最大传输时间 + 到地最短传输时间)/ 2。
图3为导航信号最长和最短传输路径示意图。由于导航卫星的对地高度是已知的,所以导航信号最长和最短传输路径就能够计算出来,而导航信号最长和最短传输路径就对应着到地最大传输时间和到地最短传输时间。由图3中可以看出:导航信号最长传输路径302和最短传输路径301之差 <= 地球半径(约6380km);因此由Tc引起的授时误差<=22ms(地球半径/光速)。
步骤204表示经过判断后确定授时设备本轮时间同步处理不要更新年月日信息,接收机立即输出时分秒信息,用于便携式授时设备进行时分秒的同步调整。步骤205表示经过判断后确定授时设备本轮时间同步处理要更新年月日信息,接收机不立即输出时分秒信息,接收机从导航电文获取导航***的运行时间T3(整周数)。步骤206表示经过判断后确定授时设备本轮时间同步处理不需要更新UTC闰秒修正参数来调整授时时间,因为UTC闰秒修正值许多年才会做一次调整。接收机同时输出时分秒、年月日信息,便携式授时设备获取年月日信息。步骤207表示经过判断后确定授时设备本轮时间同步处理需要更新UTC闰秒修正参数来调整授时时间,接收机不立即输出时分秒、年月日信息,接收机从导航电文中获取UTC修正参数UTCp,步骤208表示软件根据获取的UTC修正参数对输出的授时时分秒年月日信息进行调整输出T4。
授时接收机在步骤204输出时分秒信息,在步骤206输出时分秒、年月日信息,在步骤208输出调整后的时分秒年月日信息。如果是GPS授时接收机,那么授时设备在步骤204进行时间同步可以比在步骤206进行时间同步提前最多24秒,比在步骤208进行时间同步提前最多12.5分钟。
另外,对于一些低精度的授时***,其输出的时分秒信息可以不考虑传输延迟Tc而直接输出获取的导航电文的发送时间T1。
这种授时方法主要是将授时输出的NMEA(National Marine Electronics Association,美国国家海洋电子协会)语句中的授时RMC语句进行拆分,RMC语句遵从NMEA0183 V2.0协议,以用户自定义的格式将时分秒、年月日分先后顺序输出,授时接收机只要得到用于同步的时分秒信息就立刻输出。例如:
$GPRMC,hhmmss,A,,,,,,,,,,N*hh,(收到时分秒信息后输出)
$GPRMC,hhmmss,A,,,,,,,ddmmyy,,,N*hh。(收到年月日信息后输出)
hhmmss代表时分秒,ddmmyy代表日月年,hh为校验和。
对于授时手表等便携式授时设备而言,年月日信息是不需要经常更新的,但是对时分秒的同步次数会很多。将授时NMEA语句的时分秒年月日信息拆分成两种格式输出,这样可以缩短同步时间,节省授时手表等便携式授时设备的功耗。
本发明适用于多种卫星导航***,如:GPS、北斗一代导航卫星、北斗二代导航卫星、GLONASS、GALILEO等卫星导航***。此外,本发明还适合双模/多模卫星导航***以及双模/多模混合卫星导航***。对于导航电文的发送时间T1,在GPS、COMPASS、GALILEO***中发送时间表示为周内秒(TOW),T1=TOW;在GLONASS***中发送时间表示为天内秒(TOD),T1= TOD。对于导航***运行时间T3,在GPS、COMPASS、GALILEO***中***运行时间表示为整周数(WN),T3 = WN × 604800秒;在GLONASS***中***运行时间表示为天数(DN),T3 = DN × 86400秒。
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 (9)

1.一种利用导航卫星的授时方法,其特征在于,所述方法包括,
***启动授时同步操作;
首先获取导航电文的发送时间T1;
***同步当前时间到由T1得到的时分秒信息。
2.如权利要求1所述授时方法,其特征在于,所述方法还包括,所述由T1得到的时分秒信息是T2,其中,T2=T1+Tc,Tc =(到地最大传输时间 + 到地最短传输时间)/ 2。
3.如权利要求2所述授时方法,其特征在于,所述方法还包括,从导航电文获取导航***的运行时间T3,***同步当前时间到T3。
4.如权利要求3所述授时方法,其特征在于,所述方法还包括,从导航电文获取获取UTC修正参数UTCp,根据获取的UTC修正参数对所述获取的授时时分秒年月日信息进行修正,***同步当前时间到该经过修正的时间。
5.如权利要求1至4中任意一项所述的授时方法,其特征在于,所述方法还包括,所述同步是根据用户或者***设置来完成的。
6.如权利要求5所述的授时方法,其特征在于,所述导航卫星***为北斗二代导航卫星、GLONASS、GALILEO卫星导航***、或者双模/多模卫星导航***。
7.一种利用权利要求1所述授时方法的授时装置。
8.如权利要求7所述的授时装置,其特征在于,所述授时装置为授时手表。
9.一种用于权利要求7所述授时装置的授时模组,所述授时模组包括输入输出接口(110),基带处理单元(111),其特征在于,所述基带处理单元(111)包括时间同步处理单元(104),所述时间同步处理单元(104)根据根据***设置进行不同策略的授时选择,所述输入输出接口(110)在收到时分秒信息后输出后输出:$GPRMC,hhmmss,A,,,,,,,,,,N*hh;在收到年月日信息后输出$GPRMC,hhmmss,A,,,,,,,ddmmyy,,,N*hh;其中hhmmss代表时分秒,ddmmyy代表日月年,hh为校验和。
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