基于GNSS的国家标准时间亚纳秒级授时方法技术

本发明专利技术提供了一种基于GNSS的国家标准时间亚纳秒级授时方法，服务端基于iGMAS和IGS跟踪网络产生的GNSS观测数据，生成GNSS精密卫星钟差产品、精密卫星轨道产品或精密共视数据，而且参考钟设置为我国标准时间UTC(NTSC)；所述的GNSS精密卫星钟差产品、精密卫星轨道产品或精密共视数据通过通信网络传播；用户端接收后与GNSS观测数据一起解算UTC(NTSC)与本地钟的钟差，从而实现授时，且授时内容为我国标准时间UTC(NTSC)。本发明专利技术能够直接获取国家标准时间UTC(NTSC)，增加了授时可靠性，将授时精度从十数纳秒提高到亚纳秒级。

【技术实现步骤摘要】
基于GNSS的国家标准时间亚纳秒级授时方法
本专利技术涉及一种高精度授时方法，特别涉及一种亚纳秒级授时方法。
技术介绍
确定、保持某种时间尺度，通过一定方式把代表这种尺度的时间信息传送出去，供应用者使用，这一整套工作在中国称为授时，在其他国家称为时间服务。授时服务为用户提供三种基本信息：一是日期和一天中的时刻，它告诉人们某事发生于何时；二是精密时间间隔，它告诉人们事件发生经历“多长”的时间；三是标准频率，它标注某些事件法的速率。随着人类社会的发展和科学技术的进步，授时技术取得了重大进展。授时服务已经称为国计民生中不可或缺的公益工程，它甚至攸关国家安全。目前，大多数授时方法都以某种类型的无线电发播为基础。根据授时手段的不同分为短波授时、长波授时、电视授时、互联网授时、电话授时和卫星授时等。各种授时技术的精度如表1所示。其中，卫星授时，信号覆盖范围大，传送精度高，传播衰减小，是目前被广泛采用的高精度授时方法。表1各种授时技术的精度比较高精度的卫星授时依赖于GNSS高精度的空间基准和时间基准，包括高精度的卫星星历和GNSS系统时间，所以也称为GNSS授时。同时，授时精度还受卫星信号和传播过程影响，包括信号强度影响、对流层和电离层实验影响以及接收机信号处理时延影响等。GNSS授时的基本原理为，在GNSS卫星上载有原子钟，地面上的用户可接收发自GNSS卫星的时间服务信号来校正本地时钟，使之与GNSS时钟同步，完成授时过程。由于GNSS本身的特点，GNSS授时存在一定的不足。首先，GNSS授时是通过求解用户位置坐标和用户相对GNSS系统时间的时间差，进而修正用户时钟实现与GNSS系统时间的同步。也就是说，GNSS授时基于各导航系统所保持的系统时间，如GPST。而我国的标准时间是中国科学院国家授时中心产生、保持并发布的UTC(NTSC)，其100天稳定度可达10-16，远优于GNSS系统时间。如果基于国家标准时间UTC(NTSC)授时，可以较大程度的改善GNSS授时的稳定度，同时对完善我国授时体系有重要意义。其次，目前的卫星授时精度为10～40ns，无法满足深空探测、物联网、科学实验等领域对时间提出的更高精度的需求。最后，由于导航卫星离地面20000～30000km，卫星信号非常微弱，极容易受到各种恶意干扰，进而影响授时的可靠性。尤其是基于某一种导航系统授时，授时可靠性较低。因此，建立一种高精度，高可靠性且可完善我国标准时间的授时方法是十分迫切的。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种基于GNSS的国家标准时间亚纳秒级授时方法，利用该方法能够直接获取国家标准时间UTC(NTSC)，完善了我国标准时间授时体系；并且，该方法采用多GNSS备份，利用PPP和精密共视等多种技术手段，一方面增加了授时可靠性，另一方面将授时精度从十数纳秒提高到亚纳秒级。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：(1)服务端基于iGMAS和IGS跟踪网络产生的GNSS观测数据，生成GNSS精密卫星钟差产品、精密卫星轨道产品或精密共视数据，而且参考钟设置为我国标准时间UTC(NTSC)；(2)所述的GNSS精密卫星钟差产品、精密卫星轨道产品或精密共视数据通过通信网络传播；(3)用户端通过GNSS接收机获取GNSS观测数据，通过通信网络接收GNSS精密卫星钟差产品、精密卫星轨道产品或精密共视数据；利用GNSS精密卫星钟差产品、精密卫星轨道产品进行精密单点定位PPP；利用精密单点定位或精密共视解算UTC(NTSC)与本地钟的钟差，对授时中的误差项进行模型改正，从而实现授时，且授时内容为我国标准时间UTC(NTSC)。所述的GNSS包括GPS、GLONASS、Galileo、BDS、QZSS、IRNSS、SBAS中的一种或多种组合。所述的GNSS精密卫星钟差产品包括实时产品和事后产品。所述的通信网络包括卫星通信网络和互联网。所述的精密共视在亚太地区选择BDS系统GEO卫星进行共视。所述的步骤(3)中，同时精密单点定位和精密共视解算UTC(NTSC)与本地钟的钟差，相互备份，增加授时的可靠性。所述的步骤(3)中，当用户站不在共视范围内时，通过增加部署基准站将用户站纳入共视范围；各基准站之间利用双向时间比对技术实现时间同步。所述的步骤(3)中，当用户站不在共视范围内时，通过增加部署和NTSC建立双向比对链路的基准站将用户站纳入共视范围；各基准站之间利用双向时间比对技术实现时间同步。本专利技术的有益效果是：1、该授时方法的授时内容为我国标准时间UTC(NTSC)通过将GNSS精密卫星钟差和轨道产品归算至UTC(NTSC)，使授时内容成为我国标准时间。UTC(NTSC)是我国自主生成、保持并发布的国家标准时间。授时关系到国计民生甚至国家安全，而利用该方法，可以削弱对GNSS系统时间的依赖，增加授时安全性，并完善我国标准时间的授时体系。2、该授时方法的授时精度为亚纳秒级该方法采用高精度的授时技术，例如PPP和精密共视，在授时观测中主要采用的是载波相位数据，并利用GNSS精密产品对授时中的误差项进行模型改正，将授时精度从目前的十数纳秒提高到了亚纳秒量级，解决了目前授时精度无法满足某些高精度应用需求的问题。3、该授时方法可靠性较高相比于利用单一导航系统授时，该方法利用多GNSS系统授时，使授时系统不依赖于某一种导航系统，避免了单一导航系统的低可靠性对授时系统的影响。与此同时，该方法采用2种授时技术相互备份，增加授时系统的可靠性。附图说明图1是本专利技术的授时原理图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明，本专利技术包括但不仅限于下述实施例。本专利技术的实现主要依靠服务端、通信网络及用户端，包括以下步骤：服务端基于iGMAS和IGS跟踪网络产生的GNSS观测数据，生成GNSS精密卫星钟差、轨道产品或精密共视数据。所说的GNSS是指GPS、GLONASS、Galileo、BDS、QZSS、IRNSS、SBAS等各大导航系统的一种或多种组合，所说的GNSS精密卫星钟差产品包括实时产品及事后产品。精密卫星钟差产品的参考钟设置为我国标准时间UTC(NTSC)。UTC(NTSC)天稳远优于GPST等各导航系统的系统时间。因此，通过将精密钟差产品的参考钟设置为UTC(NTSC)，一方面可以提高授时精度，另一方面可以减少对GNSS系统的依赖，并完善我国标准时间的授时体系。仅当用户端采用精密共视手段实现授时，服务端产生精密共视数据。通信网络可通过卫星或互联网实现。用户端配置GNSS多模(共视)接收机，通过GNSS接收机，开展观测，获取GNSS观测数据。用户端利用PPP(精密单点定位)或精密共视，解算UTC(NTSC)与本地钟的钟差，从而实现授时，且授时内容为我国标准时间UTC(NTSC)。所说的精密共视，是指利用卫星载波相位观测数据和GNSS精密产品进行共视并数据处理。值得特别关注的是，在亚太地区可以选择BDS系统GEO卫星进行共视，为双方连续无间断的相互比对提供便利。当用户站不在共视范围内时，可在全球范围内部署多个基准站(优先选择和NTSC建立双向比对链路的站点)，以扩大共视范围。各基准站之间利用双向时间比对技术实现时间同步。如图1所示，本专利技术实施例的步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于GNSS的国家标准时间亚纳秒级授时方法，其特征在于包括下述步骤：(1)服务端基于iGMAS和IGS跟踪网络产生的GNSS观测数据，生成GNSS精密卫星钟差产品、精密卫星轨道产品或精密共视数据，而且参考钟设置为我国标准时间UTC(NTSC)；(2)所述的GNSS精密卫星钟差产品、精密卫星轨道产品或精密共视数据通过通信网络传播；(3)用户端通过GNSS接收机获取GNSS观测数据，通过通信网络接收GNSS精密卫星钟差产品、精密卫星轨道产品或精密共视数据；利用GNSS精密卫星钟差产品、精密卫星轨道产品进行精密单点定位PPP；利用精密单点定位或精密共视解算UTC(NTSC)与本地钟的钟差，对授时中的误差项进行模型改正，从而实现授时，且授时内容为我国标准时间UTC(NTSC)。

【技术特征摘要】
1.一种基于GNSS的国家标准时间亚纳秒级授时方法，其特征在于包括下述步骤：(1)服务端基于iGMAS和IGS跟踪网络产生的GNSS观测数据，生成GNSS精密卫星钟差产品、精密卫星轨道产品或精密共视数据，而且参考钟设置为我国标准时间UTC(NTSC)；(2)所述的GNSS精密卫星钟差产品、精密卫星轨道产品或精密共视数据通过通信网络传播；(3)用户端通过GNSS接收机获取GNSS观测数据，通过通信网络接收GNSS精密卫星钟差产品、精密卫星轨道产品或精密共视数据；利用GNSS精密卫星钟差产品、精密卫星轨道产品进行精密单点定位PPP；利用精密单点定位或精密共视解算UTC(NTSC)与本地钟的钟差，对授时中的误差项进行模型改正，从而实现授时，且授时内容为我国标准时间UTC(NTSC)。2.根据权利要求1所述的基于GNSS的国家标准时间亚纳秒级授时方法，其特征在于：所述的GNSS包括GPS、GLONASS、Galileo、BDS、QZSS、IRNSS、SBAS中的一种或多种组合。3.根据权利要求1所述的基于GNSS的国家标准时间亚纳秒级授时方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：武美芳，孙保琪，杨旭海，张喆，苏行，王源昕，
申请(专利权)人：中国科学院国家授时中心，
类型：发明
国别省市：陕西,61