一种多站差分后处理高精度时间同步方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种多站差分后处理高精度时间同步方法及系统，其包括安装在每个飞行器上的卫星导航接收机，卫星导航接收机接收卫星导航信号，产生PPS秒脉冲信号，产生时刻为TA0、TB0，将卫星导航接收机基带原始观测量信息以及TA0、TB0都传输至数据传输系统，由数据传输系统将接收到的基带原始观测量信息发送到地面接收机系统，飞行器之间不需要进行通信；地面接收机系统同时接收多个飞行器上的卫星导航接收机的原始观测量信息，并传输至数据处理系统，数据处理系统同时解算多个卫星导航接收机的原始观测量信息，得到共视卫星，再经过相对差分计算，修正每个接收机触发PPS的时标，实现多站时间高度同步。本发明专利技术能在卫星导航高精度授时领域中应用。

A High Precision Time Synchronization Method and System for Multi-Station Differential Post-Processing

The invention relates to a multi-station differential post-processing high precision time synchronization method and system, which includes a satellite navigation receiver installed on each aircraft. The satellite navigation receiver receives satellite navigation signals, generates PPS second pulse signals, generates time TA0 and TB0, and transmits the original baseband observation information of the satellite navigation receiver and TA0 and TB0 to the data transmission system. The data transmission system transmits the received baseband original observation information to the ground receiver system, and there is no need for communication between the aircraft. The ground receiver system receives the original observation information of satellite navigation receivers on multiple aircraft at the same time and transmits it to the data processing system. The data processing system calculates the original observation information of multiple satellite navigation receivers at the same time. The common-view satellite is obtained, and then the time scales of each receiver triggering PPS are corrected by relative difference calculation to achieve multi-station time and height synchronization. The invention can be applied in the field of high precision time service of satellite navigation.

【技术实现步骤摘要】
一种多站差分后处理高精度时间同步方法及系统
本专利技术涉及一种卫星导航高精度授时领域，特别是关于一种多站差分后处理高精度时间同步方法及系统。
技术介绍
卫星导航技术在飞行器上使用非常普遍，提供实时位置和时间。由于卫星接收机各自有各自的时钟源，虽然都接收导航卫星的扩频信息得到同步时间，与世协调时(UTC)保持同步，但是受卫星自身时钟源抖动、空间电离层误差干扰、以及卫星导航接收机自身晶振漂移等多种因素影响，一般接收机触发的PPS精度相对于UTC时间在±30ns量级，卫星接收机两两之间的时间精度可能达到60ns，不满足高度时间同步要求的使用场合应用。目前比较成熟的卫星共视技术可以使两地间时间高度统一，达到1ns级别，再结合双向比对技术可以更高精度。但是该技术实施的前提是两地卫星导航接收机是静态的，且预先精确测量卫星接收机天线位置，共视同步过程需要10分钟到30分钟之久，无法直接使用在飞行器场合上使用。
技术实现思路
针对上述多站之间无站间数据链时的高精度时间同步技术难题，本专利技术的目的是提供一种多站差分后处理高精度时间同步方法及系统，其能使相互间距离为20千米以内的飞行器，快速获取5ns高精度时间同步精度。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种多站差分后处理高精度时间同步系统，其包括安装在每个飞行器上的卫星导航接收机、卫星导航天线、数据传输系统和数据传输系统天线，以及设置在地面接收站的地面接收机系统和数据处理系统；所述卫星导航接收机通过所述卫星导航天线接收卫星导航信号，产生PPS秒脉冲信号，产生时刻为TA0、TB0，将所述卫星导航接收机基带原始观测量信息以及TA0、TB0都传输至所述数据传输系统，由所述数据传输系统将接收到的基带原始观测量信息经所述数据传输系统天线发送所述到地面接收机系统，飞行器之间不需要进行通信；所述地面接收机系统同时接收多个飞行器上的所述卫星导航接收机的原始观测量信息，并传输至所述数据处理系统，所述数据处理系统同时解算多个所述卫星导航接收机的原始观测量信息，得到共视卫星，再经过相对差分计算，修正每个接收机触发PPS的时标为TA1,TB1，实现多站时间高度同步。一种基于上述系统的多站差分后处理高精度时间同步方法，其包括以下步骤：1)卫星导航接收机接收导航卫星信号，产生PPS秒脉冲信号，卫星导航接收机实时计算出PPS的时标分别为TA0和TB0，并输出基带原始观测量信息，通过数据传输系统发送到地面数据接收系统；飞行器上的数据传输系统负责向地面接收系统发送卫星观测量信息；2)数据接收系统接收多个飞行器上的原始观测量信息，并由地面接收站的数据处理系统同时解算多个卫星接收机原始观测量信息，找出共视卫星，再经过相对差分计算，修正每个卫星导航接收机触发PPS的时标。进一步，所述步骤1)中，PPS的时标TA0和TB0计算公式如下：TA0＝tAt+tAk+tAR+ΔtA，TB0＝tBt+tBk+tBR+ΔtB式中，tAt，tBt分别代表A与B卫星导航接收机自身时钟引入的误差；tAK，tBK分别代表A与B卫星导航接收机计算时标时由多颗卫星空间公有误差引入的误差量；tAR，tBR代表A与B卫星导航接收机触发PPS时刻的理想时标；ΔtA,ΔtB代表系统噪声。进一步，所述步骤1)中，卫星导航接收机观测量误差包含接收机公有误差和自有误差，卫星导航接收机公有误差通过伪距差分消除，其方法如下：卫星导航接收机距离基站在200km以内情况下，利用基站伪距改正数修正卫星导航接收机n的伪距测量值：消除公有误差，即：式中，ΔD表示差分后的系统误差；(xn，yn，zn)表示卫星导航接收机n的坐标；表示伪距改正数；表示卫星导航接收机n接收到卫星i的伪距；卫星i的坐标为(xi，yi，zi)；卫星导航接收机n的观测量误差经过上述修正，公有误差基本被消除。进一步，所述步骤2)中，每个卫星导航接收机触发PPS的时标修正包括以下步骤：2.1)以其中任意一个卫星导航接收机为主站，其它卫星导航接收机为从站，然后对主站进行定位解算，获得主站当前时刻位置、速度，以及PPS触发时刻的时标，并得到该时刻每个卫星差分修正量信息；2.2)采用主站生成的差分和共视数据参数，处理其它从站卫星导航接收机数据，根据相对差分原理以及卫星共视授时基本原理，重新解算出各个从站差分定位结果，并重新计算出各从站PPS秒脉冲触发时刻的时标TA1与TB1，即：TA1＝tAt+tAk+tAR+Δt0，TB1＝tBt+tAk+tBR+Δt1式中，tAt，tBt分别代表A与B卫星导航接收机自身时钟引入的误差；tAK，tBK分别代表A与B卫星导航接收机计算时标时由多颗卫星空间公有误差引入的误差量；tAR，tBR代表A与B卫星导航接收机触发PPS时刻的理想时标；ΔtA,ΔtB代表系统噪声；Δt0和Δt1表示差分和共视处理后卫星导航接收机A与B的系统噪声；卫星接收机两个卫星导航接收机在短基线情况下空间公有误差接近相等，都用主站的tAk修正，又采取共视信息，都用同一个颗卫星钟差信息计算各个PPS触发的时标，计算出tAt与tBt的差值，达到A与B卫星导航接收机时间同步，或时间基准同源。进一步，所述步骤2.2)中，采用伪距差分相对定位原理，针对飞行器间空间距离小于10km，以其中任意一个载体为基准站，载体上的卫星导航接收机高速运动，基准站基准位置由该飞行器上卫星导航接收机自身单点定为获得，后处理时将计算出的伪距误差存盘，用作其它从站的修正量，即是基站和从站基于同一个误差基准即公有误差，得到从站差分相对位置。进一步，所述步骤2.2)中，导航卫星共视法包括以下步骤：2.2.1)假设A、B两个卫星导航接收机在两地，同时测量卫星i的信号，那么两卫星导航接收机的伪距观测方程式改写为：其中，分别为A、B卫星导航接收机对卫星i的伪距测量值，两卫星导航接收机到卫星的几何距离差分处理后是已知的，而两地的接收机距离较近时，两地的电离层和对流层基本相互抵消掉；δtA、δtB表示A、B卫星导航接收机的钟差引起的伪距误差量；δti表示卫星i的钟差引起的伪距误差量；和分别表示A与B卫星导航接收机测量噪声；2.2.2)将上述步骤中的两式相减可表示为：其中，(δtA-δtB)为A与B两卫星接收机的钟差之差，表示A与B两卫星接收机对卫星i的观测量噪声误差；通过对多个卫星形成观测量方程，计算出A与B卫星导航接收机时钟之差，然后对A与B卫星导航接收机的时钟进行修正，得到同步修正时间。进一步，所述步骤2)中，共视卫星的寻找方法包括以下步骤：(1)共视基准站发起共视命令报文；(2)共视卫星导航接收机接到共视报文后，发送共视查询报文1类或者2类；(3)共视基准站接收到共视查询报文后，快速匹配共视卫星号；(4)计算当前共视卫星号时差模型，并按照预先设定的频度发送共视数据报文，循环执行；(5)共视卫星导航接收机接收到共视数据报文，对当前共视卫星号PPS进行补偿输出，循环执行；(6)如果共视基准站的当前共视卫星失效，回到步骤(1)；(7)如果共视接收机的当前共视卫星失效，回到步骤(2)。本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本专利技术基于卫星共视基本原理，飞行器不需要接收对方信号，只需要将自身信息发送到地面数据处理中心，由数据处理中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多站差分后处理高精度时间同步系统，其特征在于：包括安装在每个飞行器上的卫星导航接收机、卫星导航天线、数据传输系统和数据传输系统天线，以及设置在地面接收站的地面接收机系统和数据处理系统；所述卫星导航接收机通过所述卫星导航天线接收卫星导航信号，产生PPS秒脉冲信号，产生时刻为TA0、TB0，将所述卫星导航接收机基带原始观测量信息以及TA0、TB0都传输至所述数据传输系统，由所述数据传输系统将接收到的基带原始观测量信息经所述数据传输系统天线发送所述到地面接收机系统，飞行器之间不需要进行通信；所述地面接收机系统同时接收多个飞行器上的所述卫星导航接收机的原始观测量信息，并传输至所述数据处理系统，所述数据处理系统同时解算多个所述卫星导航接收机的原始观测量信息，得到共视卫星，再经过相对差分计算，修正每个接收机触发PPS的时标为TA1，TB1，实现多站时间高度同步。

【技术特征摘要】
1.一种多站差分后处理高精度时间同步系统，其特征在于：包括安装在每个飞行器上的卫星导航接收机、卫星导航天线、数据传输系统和数据传输系统天线，以及设置在地面接收站的地面接收机系统和数据处理系统；所述卫星导航接收机通过所述卫星导航天线接收卫星导航信号，产生PPS秒脉冲信号，产生时刻为TA0、TB0，将所述卫星导航接收机基带原始观测量信息以及TA0、TB0都传输至所述数据传输系统，由所述数据传输系统将接收到的基带原始观测量信息经所述数据传输系统天线发送所述到地面接收机系统，飞行器之间不需要进行通信；所述地面接收机系统同时接收多个飞行器上的所述卫星导航接收机的原始观测量信息，并传输至所述数据处理系统，所述数据处理系统同时解算多个所述卫星导航接收机的原始观测量信息，得到共视卫星，再经过相对差分计算，修正每个接收机触发PPS的时标为TA1，TB1，实现多站时间高度同步。2.一种基于如权利要求1所述系统的多站差分后处理高精度时间同步方法，其特征在于包括以下步骤：1)卫星导航接收机接收导航卫星信号，产生PPS秒脉冲信号，卫星导航接收机实时计算出PPS的时标分别为TA0和TB0，并输出基带原始观测量信息，通过数据传输系统发送到地面数据接收系统；飞行器上的数据传输系统负责向地面接收系统发送卫星观测量信息；2)数据接收系统接收多个飞行器上的原始观测量信息，并由地面接收站的数据处理系统同时解算多个卫星接收机原始观测量信息，找出共视卫星，再经过相对差分计算，修正每个卫星导航接收机触发PPS的时标。3.如权利要求2所述同步方法，其特征在于：所述步骤1)中，PPS的时标TA0和TB0计算公式如下：TA0＝tat+tAk+tAR+ΔtA，TB0＝tBt+tBk+tBR+ΔtB式中，tat，tBt分别代表A与B卫星导航接收机自身时钟引入的误差；tAK，tBK分别代表A与B卫星导航接收机计算时标时由多颗卫星空间公有误差引入的误差量；tAR，tBR代表A与B卫星导航接收机触发PPS时刻的理想时标；ΔtA，ΔtB代表系统噪声。4.如权利要求2或3所述同步方法，其特征在于：所述步骤1)中，卫星导航接收机观测量误差包含接收机公有误差和自有误差，卫星导航接收机公有误差通过伪距差分消除，其方法如下：卫星导航接收机距离基站在200km以内情况下，利用基站伪距改正数修正卫星导航接收机n的伪距测量值：消除公有误差，即：式中，ΔD表示差分后的系统误差；(xn，yn，zn)表示卫星导航接收机n的坐标；表示伪距改正数；表示卫星导航接收机n接收到卫星i的伪距；卫星i的坐标为(xi，yi，zi)；卫星导航接收机n的观测量误差经过上述修正，公有误差基本被消除。5.如权利要求2所述同步方法，其特征在于：所述步骤2)中，每个卫星导航接收机触发PPS的时标修正包括以下步骤：2.1)以其中任意一个卫星导航接收机为主站，其它卫星导航接收机为从站，然后对主站进行定位解算，获得主站当前时刻位置、速度，以及PPS触发时刻的时标，并得到该时刻每个卫星差分修正量...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄振，石磊，冯雪峰，张尚煜，何加智，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11