CN112286038A - 一种北斗卫星导航的共视时间同步方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种北斗卫星导航的共视时间同步方法及其装置，包括将位于不同地点的至少两个观测站分别获取北斗卫星导航播发的针对待定位设备的同一时间信号的原始观测数据并计算出基准站时间与各颗卫星的观测钟差观测数据；所述北斗卫星采用同一信号作为共视基准源，所有异地基准站在进行RTK观测的同时，采用北斗共视的方式和共视基准源进行实时时差比对，并利用比对结果修正内部时钟输出与基准源保持同步。本发明有效利用了基准站接收机已有高精度卫星观测能力的优势，在不影响RTK差分定位的基础上，进行北斗共视功能适应性改造，并输出与数据处理中心基准时间同步的标准时间信号。

Description

一种北斗卫星导航的共视时间同步方法及其装置
技术领域
本发明属于卫星导航应用领域，具体涉及一种北斗卫星导航的共视时间同步方法及其装置。
背景技术
北斗卫星导航***是我国着眼于国家安全和经济社会发展需要，自主建设、独立运行的卫星导航***，是为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、授时、导航服务的国家重要空间基础设施。北斗***建成后，我国成为四大全球卫星导航***核心供应商之一。
目前，北斗二号卫星导航***已经在国内各行业领域均取得广泛的应用，尤其是高精度定位，在车道导航、无人驾驶、精细农业、国土资源管理、城市规划、水利整治、交通管理等取得广泛应用。国家电网规划建设的“电力北斗精准服务网”，目标是在全国范围内实现实时米级、分米级、厘米级定位以及纳秒级授时服务，为国网运检、基建、营销等业务提供高精度位置与时间服务，保障智能电网的建设。
传统的卫星授时精度约为30ns～50ns的精度，精度偏低。新兴的光纤授时等技术，精度很高达到ns量级，但无法满足广区域、大范围的布设要求。因此，需要一种北斗卫星导航的共视时间同步方法及其装置。
发明内容
本发明应用在***同步辐射装置的光束线站上，为实现本发明目的，本发明提供了一种北斗卫星导航的共视时间同步方法及其装置。
本发明包括以下步骤：
A将位于不同地点的至少两个观测站分别获取北斗卫星导航播发的针对待定位设备的同一时间信号的原始观测数据并计算出基准站时间与各颗卫星的观测钟差观测数据。
B所述观测钟差观测数据通过北斗卫星共视设备异地同时接收该卫星转发的中心站发射的同一时间信号，测量本地时钟信号与该卫星时标信号的伪距/时间差，获得第一修正时间；
C所述北斗卫星采用同一信号作为共视基准源，所有异地基准站在进行RTK观测的同时，采用北斗共视的方式和共视基准源进行实时时差比对，并利用比对结果修正内部时钟输出与基准源保持同步。
D数据处理中心得到各基准站与电网时间UTC(SGCC)的钟差修正数，然后将钟差修正数反馈回各基准站，各基准站对第一修正时间的内部时钟经过第二次修正后，输出标准时间信号到观测站，实现精确同步。
一种北斗卫星导航的共视时间同步装置，包括扼流圈天线、高精度卫星接收机、控制主板、通信模块、电源模块，其特征在于，还包括卫星共视处理模块、数据处理中心和时频输出模块，所述卫星共视处理模块通过所述控制主板与所述数据处理中心进行无线通讯连接，所述数据处理中心的数据输出端通过所述控制主板与所述时频输出模块的数据输入端连接；
所述共视处理模块通过接收卫星原始观测电文，包括载波相位、伪码测距等观测信息，计算产生共视格式数据，并通过控制主板转发至数据处理中心；
所述数据处理中心将处理后的时差结果返回至接收机的时频信号产生模块；
所述时频信号产生模块，驯服内部晶振输出并产生同步、稳定、准确、连续的标准时间信号。
进一步地，数据处理中心采用一台标准卫星共视接收机作为共视基准源，标准时间1pps信号采用稳定的铷钟进行模拟。
一种存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有程序，所述程序被处理器运行时执行所述的方法。
一种电子设备，其特征在于，包括：处理器、存储器和总线，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当所述电子设备运行时，所述处理器与所述存储器之间通过总线通信，所述机器可读指令被所述处理器执行时执行所述的方法。
本发明的有益效果在于：
本发明采用北斗差分和共视相结合的技术方案，在满足基准站RTK地基增强技术能力的同时，实现全国范围内国网基准站时间的精确同步，其同步指标优于5ns，然后依托基准站复现的标准时间，向周边各电力***用时用频机构进行辐射，全网高精度度授时的实现，将具有显著的实际应用价值。
附图说明
图1北斗共视方法实现时间同步示意图；
图2各基准站基于北斗共视的时间同步原理图；
图3基准站基于北斗共视时间同步业务流程图；
图4基准站接收机增加共视授时原理图；
图5北斗四颗卫星钟差观测曲线图；
图6四台接收机共视授时测试设备连接图；
图7四台接收机共视授时的比对时差曲线图；
具体实施方式
下面根据实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。
A将位于不同地点的至少两个观测站分别获取北斗卫星导航播发的针对待定位设备的同一时间信号的原始观测数据并计算出基准站时间与各颗卫星的观测钟差观测数据。
B所述观测钟差观测数据通过北斗卫星共视设备异地同时接收该卫星转发的中心站发射的同一时间信号，测量本地时钟信号与该卫星时标信号的伪距/时间差，获得第一修正时间；
如图1所示，北斗地面中心站在本地时间基准的控制下定时向北斗卫星发射时间信号，该信号经卫星转发后被用户所接收，位于不同地点的A、B两个观测站，用北斗卫星共视设备异地同时接收该卫星转发的中心站发射的同一时间信号，测量本地时钟信号与该卫星时标信号的伪距/时间差，经过数据处理、各项修正和观测结果传递交换、再处理，实现异地两两之间的共视时间传递。
C所述北斗卫星采用同一信号作为共视基准源，所有异地基准站在进行RTK观测的同时，采用北斗共视的方式和共视基准源进行实时时差比对，并利用比对结果修正内部时钟输出与基准源保持同步。
由于北斗共视过程中，很多相同路径和因素的误差可以消除，如星载原子钟误差、卫星位置误差、电离层和对流层延迟修正等，在共视计算的时候通过直接相减相互抵消，因此北斗共视可以实现较高的比对精度。单星共视可以实现优于10ns的比对精度，多星共视可以实现优于5ns的比对精度，短基线甚至可以达到1ns以内的比对精度。因此北斗共视比对方法，是目前远程共视时间频率传递最广泛的手段之一。
D数据处理中心得到各基准站与电网时间UTC(SGCC)的钟差修正数，然后将钟差修正数反馈回各基准站，各基准站对第一修正时间的内部时钟经过第二次修正后，输出标准时间信号到观测站，实现精确同步。
在数据处理中心接入电力基准时间UTC(SGCC)信号作为共视基准源，所有异地基准站在进行RTK观测的同时，采用北斗共视的方式和共视基准源进行实时时差比对，并利用比对结果修正内部时钟输出，使之与基准源保持同步，从而实现全网基准站的时间同步。如图2所示，具体实现流程为：各基准站实时接收北斗卫星导航***发播的电文，计算出基准站时间与各颗卫星的观测钟差。如图3所示，各基准站将处理后的钟差观测数据统一发送到数据处理中心，数据处理中心利用北斗共视原理进行数据处理，得到各基准站与电网时间UTC(SGCC)的钟差修正数(即各基准站时间与标准时间的偏差)，然后将钟差修正数反馈回各基准站。各基准站对内部时钟经过修正后，输出标准时间信号，实现与数据处理中心电力时间UTC(SGCC)的精确同步。
由于传统的基准站接收机主要实现北斗实时精密差分的观测与处理，内部主要由扼流圈天线、高精度卫星接收机、控制主板、通信模块、电源模块等组成，具备1pps授时信号的输出，但精度较低，且无独立的时间保持能力。为满足基准站同时实现共视时间同步的功能，接收机必须进行重新设计，增加卫星共视和时频输出模块。具体的设计原理如图4所示。
图中上半部分为原基准站接收机的主要组成，下半部分通过扩展，新增共视处理模块和时频信号产生模块，实现共视授时功能的扩展。其中共视处理模块通过接收卫星原始观测电文，包括载波相位、伪码测距等观测信息，计算产生共视格式数据，并通过控制主板转发至数据处理中心。数据处理中心将处理后的时差结果返回至接收机时频信号产生模块，驯服内部晶振输出并产生同步、稳定、准确、连续的标准时间信号。
根据基准站接收机设计方案，对基准站接收机进行改造，增加时频模块，使具有共视授时功能。任取一台接收机，连接全频点卫星天线进行共视观测，可以得到当前接收机时间与各观测卫星的钟差情况。图5是依次是北斗01～04号GEO卫星的观测结果，图中上半部分绿线是本地时钟与卫星钟时差，下半部分红线是对应的残差。从图中可以看出，观测钟差连续，单次测量不确定度在1～2ns。
在本实施例子中，从三种不同型号的基准站接收机中随机选出四台接收机，进行共视授时试验采用零基线的方法，数据处理中心采用一台标准卫星共视接收机作为共视基准源，标准时间1pps信号采用一台稳定的铷钟进行模拟。然后利用多通道时间间隔计数器实测铷钟模拟的标准时间1pps与四台基准站接收机输出的1pps进行时差测量，测试设备连接和结果如图6和7所示。
表1四台接收机共视授时的比对时差结果
设备\指标 平均值 标准方差 RMS
接收机A 0.17ns 2.28ns 2.29ns
接收机B -2.94ns 2.48ns 3.85ns
接收机C -1.52ns 1.37ns 2.05ns
接收机D -1.09ns 1.48ns 1.84ns
从实际试验结果分析，各接收机在零基线测试的情况下，比对时差均在5ns以内，满足***设计要求，其中一台***偏差略大，还可以进一步进行校准。
本发明提出的基于卫星共视的方法，实现“电力北斗精准服务网”所有基准站接收机的共视时间同步，且同步精度优于5ns，并提出基准站接收机的具体解决方案并加以实现，并通过实测证实行之有效，满足***设计要求，有效利用基准站接收机已经具备高精度卫星观测能力的优势，采用卫星共视的思路进行时差的测量，并通过新增时频模块实现标准时频信号的输出，在全网范围内的共视时间频率同步提供连续、准确、稳定、可靠的服务。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (5)

1.一种北斗卫星导航的共视时间同步方法，其特征在于，
A将位于不同地点的至少两个观测站分别获取北斗卫星导航播发的针对待定位设备的同一时间信号的原始观测数据并计算出基准站时间与各颗卫星的观测钟差观测数据。
B所述观测钟差观测数据通过北斗卫星共视设备异地同时接收该卫星转发的中心站发射的同一时间信号，测量本地时钟信号与该卫星时标信号的伪距/时间差，获得第一修正时间；
C所述北斗卫星采用同一信号作为共视基准源，所有异地基准站在进行RTK观测的同时，采用北斗共视的方式和共视基准源进行实时时差比对，并利用比对结果修正内部时钟输出与基准源保持同步。
D数据处理中心得到各基准站与电网时间UTC(SGCC)的钟差修正数，然后将钟差修正数反馈回各基准站，各基准站对第一修正时间的内部时钟经过第二次修正后，输出标准时间信号到观测站，实现精确同步。
2.一种北斗卫星导航的共视时间同步装置，包括扼流圈天线、高精度卫星接收机、控制主板、通信模块、电源模块，其特征在于，还包括卫星共视处理模块、数据处理中心和时频输出模块，所述卫星共视处理模块通过所述控制主板与所述数据处理中心进行无线通讯连接，所述数据处理中心的数据输出端通过所述控制主板与所述时频输出模块的数据输入端连接；
所述共视处理模块通过接收卫星原始观测电文，包括载波相位、伪码测距等观测信息，计算产生共视格式数据，并通过控制主板转发至数据处理中心；
所述数据处理中心将处理后的时差结果返回至接收机的时频信号产生模块；
所述时频信号产生模块，驯服内部晶振输出并产生同步、稳定、准确、连续的标准时间信号。
3.根据权利要求2所述的一种北斗卫星导航的共视时间同步装置，其特征在于：数据处理中心采用一台标准卫星共视接收机作为共视基准源，标准时间1pps信号采用稳定的铷钟进行模拟。
4.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有程序，所述程序被处理器运行时执行如权利要求1任一项所述的方法。
5.一种电子设备，其特征在于，包括：处理器、存储器和总线，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当所述电子设备运行时，所述处理器与所述存储器之间通过总线通信，所述机器可读指令被所述处理器执行时执行如权利要求1所述的方法。
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