一种消除多卫星导航系统载波相位时间传递天跳变的方法技术方案

本发明专利技术提供了一种消除多卫星导航系统载波相位时间传递天跳变的方法，从IGSMGEX数据中心下载分析中心提供的精密轨道、精密钟差和地球自转参数文件；从各时间实验室获取包括伪距和载波相位观测值的RINEX格式的天文件；利用伪距和载波相位观测值以双频消电离层的处理模式形成观测方程；一旦发生周跳，在对应的历元增加一个新的未知数，标记该未知数为模糊度参数，在数据预处理后，开始进行误差修正。本发明专利技术能够获取连续完整的时间传递结果，减小比对链路的不确定度，改善短期比对链路的稳定度，从而提高本地时间的准确度。

A Method for Eliminating Sky Jump of Carrier Phase Time Transfer in Multi-Satellite Navigation System

The invention provides a method for eliminating the sky jump of carrier phase time transfer in multi-satellite navigation system, downloads precise orbit, precise clock difference and earth rotation parameter files provided by IGSMGEX data center, obtains RINEX format sky files including pseudo-range and carrier phase observations from time laboratories, and uses pseudo-range and carrier phase observations to de-ionize with dual-frequency. Once cycle slip occurs, a new unknown number is added to the corresponding epoch, and the unknown number is marked as the ambiguity parameter. After data preprocessing, error correction begins. The invention can obtain continuous and complete time transfer results, reduce the uncertainty of comparison links, improve the stability of short-term comparison links, and thus improve the accuracy of local time.

【技术实现步骤摘要】
一种消除多卫星导航系统载波相位时间传递天跳变的方法
本专利技术是一种消除载波相位时间传递天跳变的方法，涉及时间频率领域。
技术介绍
从2009年起，利用GPS载波相位方法获得的远程实验室钟的比对结果纳入协调世界时的计算体系以来，目前已经有超过40％的时间实验室加入到GPSPPP的比对网中。GPS载波相位时间传递方法的优势在于载波相位观测值的噪声仅为码伪距观测值噪声的1/100，相比于仅用码伪距观测值的共视/全视方法，组合两种类型观测值参与计算能够实现亚纳秒量级的比对精度。然而，随着研究的深入，载波相位时间传递方法中固有的天跳变现象成为亟待解决的问题。这种阶跃现象出现在跨天的时刻，放大了时间传递链路的噪声，淹没了原子钟的真实性能，不利于及时发现本地钟的异常，从而影响本地时间的快速形成。这种现象不仅存在于GPS系统,还存在于多GNSS系统中。GLONASS的比对结果已经参与到协调世界时计算，随着多卫星导航系统的逐渐成熟，Galileo和BDS时间比对的结果也会纳入世界时计算。解决天跳变问题是多卫星导航系统参与时间比对的前提。部分学者从测站温度、天线电缆和接收机等角度分析了相关因素和天跳变的关系，还有部分学者从构建单差模式的观测方程和构建原子钟的三状态滤波方程角度削弱天跳变，但是都无法完全消除天跳变。
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消除多系统载波相位时间传递天跳变的方法，能够完全消除单卫星导航系统或多卫星导航系统载波相位时间传递中的天跳变现象，在较短的时间内发现原子钟的异常，更加频繁地将本地原子钟驾驭到远程原子钟，较快地实现高精度时间同步，加速综合时间尺度的实现。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：步骤1，从IGSMGEX数据中心下载分析中心提供的精密轨道、精密钟差和地球自转参数文件；步骤2，从各时间实验室获取包括伪距和载波相位观测值的RINEX格式的天文件；步骤3，利用伪距和载波相位观测值以双频消电离层的处理模式形成观测方程其中，指载波相位观测值，S指导航卫星，i指频率；PiS指伪距观测值，指卫星和地面的几何距离，c指光速，δtr指接收机鈡差，指卫星鈡差，NiS指卫星模糊度，Troi指对流层时延，指载波相位观测值以及未能模型化的噪声，指伪距观测值以及未能模型化的噪声；步骤4，剔除步骤2中天文件观测值的粗差；一旦发生周跳，在对应的历元增加一个新的未知数，标记该未知数为模糊度参数，在数据预处理后，开始进行误差修正；对流层干时延采用萨斯塔莫宁模型进行改正，湿延迟采用参数估计；Sagnac效应通过测站和卫星的地固系坐标进行改正；天线相位缠绕和天线相位中心改正采用IGS官网上公布的igs14.atx文件进行修正；四系统观测方程其中，G、C、E、R分别表示GPS、BDS、Galileo、GLONASS卫星导航系统，ISBC、ISBE、ISBR表示BDS、Galileo、GLONASS卫星导航系统与GPS卫星导航系统的偏差；当观测卫星离开视线范围时，在对应的历元减少一个模糊度参数；当观测卫星进入视线范围时，在对应的历元增加一个新的未知数，标记该未知数为模糊度参数；观测卫星增加时，滤波器中原有卫星对应的状态向量、初值和初始协方差阵保存不变，对新增卫星的整周模糊度参数初值及其协方差重新设定，观测卫星减少时，滤波器的状态向量维数减少，保留现有卫星对应的状态向量值和协方差部分；建立钟差、钟速和钟漂的三状态方程，观测方程系数阵参数估计选用卡尔曼滤波方法；根据噪声系数计算噪声协方差阵；通过时间实验室的历史钟差数据计算原子钟时间序列的稳定度，获得多个采样间隔的哈德玛方差；通过最小二乘法反演获取调频白噪声系数、调频游走噪声系数和调频随机奔跑噪声，其中τ表示时间间隔，表示不同采样间隔的哈德玛方差、q1表示调相白噪声，q2表示调频随机游走噪声，q3表示调频随机奔跑噪声；在开始计算新一天的观测值时，接收机钟差的状态初值采用前一历元的钟差；将钟差的跳变部分约束到模糊度参数，在天文件的第一个历元重置模糊度初值和方差值；模糊度初值由伪距减去载波相位观测值获得，方差值是预设的经验值，方差阵Q重置前其中，σ表示方差，σclock表示接收机钟差方差，σtrop表示对流层方差，σs,amb表示卫星模糊度方差；重置后，本专利技术的有益效果是：能够获取连续完整的时间传递结果，减小比对链路的不确定度，改善短期比对链路的稳定度，从而提高本地时间的准确度。附图说明图1是本专利技术的方法流程图。图2是时间比对示意图。图3是NTSC站改善效果示意图。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。本专利技术技术方案包括以下步骤：步骤1，从IGSMGEX数据中心下载分析中心提供的精密轨道、精密钟差、地球自转参数文件；步骤2，从各时间实验室获取包括伪距和载波相位观测值的RINEX格式的天文件；步骤3，利用伪距和载波相位观测值以双频消电离层的处理模式形成观测方程；指载波相位观测值，S指导航卫星，i指频率；PiS指伪距观测值，指卫星和地面的几何距离，c指光速，δtr指接收机鈡差，指卫星鈡差，指卫星模糊度，Troi指对流层时延，指载波相位观测值以及未能模型化的噪声，指伪距观测值以及未能模型化的噪声。步骤4，首先剔除步骤2中天文件观测值的粗差，一旦发生周跳，在对应的历元增加一个新的未知数，标记该未知数为模糊度参数，在数据预处理后，开始进行误差修正；对流层干时延采用萨斯塔莫宁模型进行改正，湿延迟采用参数估计；Sagnac效应通过测站和卫星的地固系坐标进行改正；天线相位缠绕和天线相位中心改正采用IGS官网上公布的igs14.atx文件进行修正。需要指出的是参与计算的接收机均属于时间实验室，接收机都进行过校准，硬件时延已知。由于多系统精密钟差的时间参考是各自导航系统的时间基准，需要将其归算到GPS系统时间形成唯一时间参考，观测方程中增加了两个新的未知数，即BDS、Galileo、GLONASS和GPS系统间的偏差，当作白噪声进行逐历元估计。四系统观测方程调整为：其中，G、C、E、R分别表示GPS、BDS、Galileo、GLONASS卫星导航系统，ISBC、ISBE、ISBR表示BDS、Galileo、GLONASS卫星导航系统与GPS卫星导航系统的偏差。当观测卫星离开视线范围时，在对应的历元减少一个模糊度参数；当观测卫星进入视线范围时，在对应的历元增加一个新的未知数，标记该未知数为模糊度参数。观测卫星增加时，滤波器中原有卫星对应的状态向量、初值和初始协方差阵保存不变，对新增卫星的整周模糊度参数初值及其协方差需要重新设定，观测卫星减少时，滤波器的状态向量维数减少，保留现有卫星对应的状态向量值和协方差部分。大多数时间实验室配备的主钟都是性能优良的氢原子钟或铯原子钟。氢原子钟的特点在于短期稳定度性能优良，长期运行出现漂移。铯原子钟虽然没有明显的漂移，但是因为随机游走噪声的存在，在滤波矩阵中同样要设置漂移参数。根据此特点，相比于常规方法参数估计时只顾及钟差的情况，本专利技术建立钟差、钟速和钟漂的三状态方程，充分考虑原子钟的物理特性。观测方程系数阵可列为：参数估计选用卡尔曼滤波方法。噪声协方差阵是根据噪声系数计算的。通过时间实验室的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种消除多卫星导航系统载波相位时间传递天跳变的方法，其特征在于包括下述步骤：步骤1，从IGS MGEX数据中心下载分析中心提供的精密轨道、精密钟差和地球自转参数文件；步骤2，从各时间实验室获取包括伪距和载波相位观测值的RINEX格式的天文件；步骤3，利用伪距和载波相位观测值以双频消电离层的处理模式形成观测方程

【技术特征摘要】
1.一种消除多卫星导航系统载波相位时间传递天跳变的方法，其特征在于包括下述步骤：步骤1，从IGSMGEX数据中心下载分析中心提供的精密轨道、精密钟差和地球自转参数文件；步骤2，从各时间实验室获取包括伪距和载波相位观测值的RINEX格式的天文件；步骤3，利用伪距和载波相位观测值以双频消电离层的处理模式形成观测方程其中，指载波相位观测值，S指导航卫星，i指频率；PiS指伪距观测值，指卫星和地面的几何距离，c指光速，δtr指接收机鈡差，指卫星鈡差，指卫星模糊度，Troi指对流层时延，指载波相位观测值以及未能模型化的噪声，指伪距观测值以及未能模型化的噪声；步骤4，剔除步骤2中天文件观测值的粗差；一旦发生周跳，在对应的历元增加一个新的未知数，标记该未知数为模糊度参数，在数据预处理后，开始进行误差修正；对流层干时延采用萨斯塔莫宁模型进行改正，湿延迟采用参数估计；Sagnac效应通过测站和卫星的地固系坐标进行改正；天线相位缠绕和天线相位中心改正采用IGS官网上公布的igs14.atx文件进行修正；四系统观测方程其中，G、C、E、R分别表示GPS、BDS、Galileo、GLONASS卫星导航系统，ISBC、ISBE、ISBR表示BDS、Galileo、GLONASS卫星导航系统与GPS卫星导航系...

【专利技术属性】
技术研发人员：钦伟瑾，葛玉龙，韦沛，杨旭海，
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