基于差分观测与回归方程模型修正北斗和晶振秒时钟的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于差分观测与回归方程模型修正北斗和晶振秒时钟的方法，首先建立公共端与其他用户之间的差分观测模型以减小北斗秒时钟的随机漂移误差。然后建立晶振秒时钟与北斗秒时钟的偏差的一元二次回归方程模型，并实时计算得到回归方程模型回归系数的当前估计值，基于估计值来计算晶振秒时钟的修正值。本发明专利技术采用差分观测模型消除卫星信号在传输过程中受到的接收机误差因素的影响，从而减小北斗秒时钟随机漂移误差，对北斗秒时钟进行修正。用修正后的北斗秒时钟信号作为参数将提高晶振秒时钟与北斗秒时钟的偏差的一元二次回归方程模型的拟合精度，提高时间信号的准确度。度。度。

【技术实现步骤摘要】
基于差分观测与回归方程模型修正北斗和晶振秒时钟的方法


[0001]本专利技术涉及卫星授时
，特别涉及一种基于差分观测与回归方程模型修正北斗和晶振秒时钟的方法。

技术介绍

[0002]随着社会信息化程度不断提高，高精度授时日益广泛和普及。虽然目前北斗授时技术能够满足工作和生活中的大多数需求，但在如电力系统故障测距、第四代和第五代移动通信技术、航天器飞行控制等精细作业领域，对时间精度的要求达到了微秒级甚至是纳秒级，如何提高授时精度收到了广泛关注。
[0003]目前主要采用的卫星授时方式存在以下缺陷：
[0004]1)由于卫星信号在传输过程中受卫星钟差、电离层误差、对流层误差、接收机误差、跟踪卫星过少等因素的影响，会产生随机抖动，信号准确度和稳定性难以得到保证；
[0005]2)地面晶振由于受老化、温度等因素影响，输出信号会包含累计误差导致频率偏移；
[0006]为提高卫星时钟的准确度和稳定性，有学者提出利用卡尔曼滤波算法来克服北斗卫星秒信号抖动及测量噪声，但该方法没有考虑晶振频率漂移的影响，且该方法的实时性不高，应用受到一定限制。

技术实现思路

[0007]针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提供一种实现方法简单、精度高、实时性好的高精度同步时钟产生方法。
[0008]一种基于差分观测与回归方程模型修正北斗和晶振秒时钟的方法，包括以下步骤：
[0009]步骤一，选取基准用户作为公共端，建立该公共端与其他用户之间的差分观测模型以减小北斗秒时钟的随机漂移误差，从而持续修正北斗秒时钟。
[0010]步骤二，建立晶振秒时钟与北斗秒时钟的偏差的一元二次回归方程模型，并基于晶振信号的频率来产生第一次的修正晶振秒时钟信号。
[0011]步骤三，将修正晶振秒时钟与修正北斗秒时钟进行相位比较，得到包括北斗秒时钟随机漂移误差和晶振秒时钟累计误差的当前偏差，并根据当前偏差实时计算得到回归方程模型回归系数的当前估计值。再根据回归系数的当前估计值，计算晶振秒时钟与国际标准时间之间的累计误差估计值，进而计算得到下一次修正晶振秒时钟的补偿值。然后将补偿值加上晶振信号的频率得到下一次修正晶振秒时钟的比较值，接下来对晶振信号进行计数，当计数值等于比较值时，输出作为修正晶振秒时钟的信号，重新执行步骤三，从而对晶振秒时钟进行持续修正。
[0012]所述的一种基于差分观测与回归方程模型修正北斗和晶振秒时钟的方法，所述步骤一中，减小北斗秒时钟的随机漂移误差包括以下步骤：
[0013]选取基准用户来作为用于测定北斗秒时钟的相对时钟偏差的公共端，并在基准用户和需要进行减少随机误差的用户所在位置分别通过卫星接收机同步观测同一卫星，来测定两用户接收机时钟的相对偏差。
[0014]L1＝ρ1+Cdt
‑
CdT1+Trop
‑
Ion+ξ1[0015]L2＝ρ2+Cdt
‑
CdT2+Trop
‑
Ion+ξ2[0016]其中L为用户的接收机对卫星的已知相位观测值，ρ为卫星至接收机的已知几何距离。dt为卫星钟差。dT为接收机钟差。Trop和Ion分别为对流层延迟和电离层延迟。ξ为观测值其他噪音。C为真空中的光速。下标数字1或2表示用户标号。
[0017]则观测值之差即差分观测模型为：ΔL＝Δρ
‑
CΔdT+Δξ
′
[0018]其中Δρ＝ρ1－ρ2，ΔdT＝dT1－dT2。Δξ
′
＝ξ1－ξ2，计算中忽略不计。
[0019]代入用户位置坐标，得到两用户时钟的相对接收机钟差为：
[0020][0021]以基准用户站接收机本地时间作为基准时间，接收机钟差为接收机本地时间与基准时间的时间之差，则有ΔT
p
＝0，其中ΔT
p
、分别为基准用户接收机钟差和用户接收机钟差，ΔdT
PP1
为基准用户与用户相对接收机钟差。
[0022]从而计算得到用户接收机钟差即能够消去由接收机钟差、偶然误差和卫星钟差所组成的北斗秒时钟随机漂移误差ε中的接收机钟差，从而减小北斗秒时钟随机漂移误差ε。
[0023]所述的一种基于差分观测与回归方程模型修正北斗和晶振秒时钟的方法，基准用户是以需要减少北斗授时的随机误差的所有用户所在的地理位置为选取范围，并取选取范围内在地理位置上最靠近中心的用户作为基准用户。
[0024]所述的一种基于差分观测与回归方程模型修正北斗和晶振秒时钟的方法，所述的步骤二中，一元二次回归方程模型通过以下步骤建立：
[0025]基于北斗秒时钟与国际标准时间UCT存在偏差ε，且ε服从正态分布：
[0026]ε～N(0,σ2)
[0027]其中σ表示标准差，N为表示正态分布的符号。
[0028]则北斗秒时钟输出的第x个秒时钟与国际标准时间的偏差μ
′
(x)＝ε
x
[0029]故北斗秒时钟输出的第x个秒时钟对应的国际标准时间y
′
x
为
[0030]y
′
x
＝x
‑
ε
x
,x＝1,2,...,n
[0031]另以晶振秒时钟序列中第零个秒时钟与国际标准时间的初始偏差为a。第零个秒时钟周期与国际标准时间秒周期的初始偏差为R。每个秒时间间隔的漂移为为d。则第x个秒时钟周期与国际标准时间秒周期的偏差ΔT
x
为：
[0032]ΔT
x
＝R+dx
[0033]晶振秒时钟输出的第x个秒时钟与国际标准时间的偏差μ
″
(x)为：
[0034][0035]记
[0036]则记第x个晶振秒时钟的时间误差μ
″
(x)为：
[0037]μ
″
(x)＝a+bx+cx2[0038]则晶振秒时钟输出第x个秒时钟对应的国际标准时间y
″
x
为：
[0039]y
″
x
＝x+a+bx+cx2,x＝1,2,...,n
[0040]得晶振秒时钟与北斗秒时钟的偏差的一元二次回归分析模型y
x
为：
[0041]y
x
＝y
″
x
‑
y
′
x
＝a+bx+cx2+ε
x
,x＝1,2...,n。
[0042]所述的一种基于差分观测与回归方程模型修正北斗和晶振秒时钟的方法，所述的步骤二中，基于晶振信号的频率来产生第一次的修正晶振秒时钟信号，是通过计数器对晶振信号进行计数，当计数器的计数结果等于晶振信号的频率值时，由分频电路输出高电平信号来作为第一次的修正晶振秒时钟信号。
[0043]所述的一种基于差分观测与回归方程模型修正北斗和晶振秒时钟的方法，所述步骤三中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于差分观测与回归方程模型修正北斗和晶振秒时钟的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，选取基准用户作为公共端，建立该公共端与其他用户之间的差分观测模型以减小北斗秒时钟的随机漂移误差，从而持续修正北斗秒时钟；步骤二，建立晶振秒时钟与北斗秒时钟的偏差的一元二次回归方程模型，并基于晶振信号的频率来产生第一次的修正晶振秒时钟信号；步骤三，将修正晶振秒时钟与修正北斗秒时钟进行相位比较，得到包括北斗秒时钟随机漂移误差和晶振秒时钟累计误差的当前偏差，并根据当前偏差实时计算得到回归方程模型回归系数的当前估计值；再根据回归系数的当前估计值，计算晶振秒时钟与国际标准时间之间的累计误差估计值，进而计算得到下一次修正晶振秒时钟的补偿值；然后将补偿值加上晶振信号的频率得到下一次修正晶振秒时钟的比较值，接下来对晶振信号进行计数，当计数值等于比较值时，输出作为修正晶振秒时钟的信号，重新执行步骤三，从而对晶振秒时钟进行持续修正。2.根据权利要求1所述的一种基于差分观测与回归方程模型修正北斗和晶振秒时钟的方法，其特征在于，所述步骤一中，减小北斗秒时钟的随机漂移误差包括以下步骤：选取基准用户来作为用于测定北斗秒时钟的相对时钟偏差的公共端，并在基准用户和需要进行减少随机误差的用户所在位置分别通过卫星接收机同步观测同一卫星，来测定两用户接收机时钟的相对偏差；L1＝ρ1+Cdt
‑
CdT1+Trop
‑
Ion+ξ1L2＝ρ2+Cdt
‑
CdT2+Trop
‑
Ion+ξ2其中L为用户的接收机对卫星的已知相位观测值，ρ为卫星至接收机的已知几何距离；dt为卫星钟差；dT为接收机钟差；Trop和Ion分别为对流层延迟和电离层延迟；ξ为观测值其他噪音；C为真空中的光速；下标数字1或2表示用户标号；则观测值之差即差分观测模型为：ΔL＝Δρ
‑
CΔdT+Δξ
′
其中Δρ＝ρ1－ρ2，ΔdT＝dT1－dT2；Δξ
′
＝ξ1－ξ2，计算中忽略不计；代入用户位置坐标，得到两用户时钟的相对接收机钟差为：以基准用户站接收机本地时间作为基准时间，接收机钟差为接收机本地时间与基准时间的时间之差，则有ΔT
p
＝0，其中ΔT
p
、分别为基准用户接收机钟差和用户接收机钟差，ΔdT
PP1
为基准用户与用户相对接收机钟差；从而计算得到用户接收机钟差即能够消去由接收机钟差、偶然误差和卫星钟差所组成的北斗秒时钟随机漂移误差ε中的接收机钟差，从而减小北斗秒时钟随机漂移误差ε。3.根据权利要求2所述的一种基于差分观测与回归方程模型修正北斗和晶振秒时钟的方法，其特征在于，基准用户是以需要减少北斗授时的随机误差的所有用户所在的地理位置为选取范围，并取选取范围内在地理位置上最靠近中心的用户作为基准用户。4.根据权利要求1所述的一种基于差分观测与回归方程模型修正北斗和晶振秒时钟的
方法，其特征在于，所述的步骤二中，一元二次回归方程模型通过以下步骤建立：基于北斗秒时钟与国际标准时间UCT存在偏差ε，且ε服从正态分布：ε～N(0,σ2)其中σ表示标准差，N为表示正态分布的符号；则北斗秒时钟输出的第x个秒时钟与国际标准时间的偏差μ
′
(x)＝ε
x
故北斗秒时钟输出的第x个秒时钟对应的国际标准时间y
′
x
为y
′
x
＝x
‑
ε
x
,x＝1,2,...,n另以晶振秒时钟序列中第零个秒时钟与国际标准时间的初始偏差为a；第零个秒时钟周期与国际标准时间秒周期的初始偏差为R；每个秒时间间隔的漂移为为d；则第x个秒时钟周期与国际标准时间秒周期的偏差ΔT
x
为：ΔT
x
＝R+dx晶振秒时钟输出的第x个秒时钟与国际标准时间的偏差μ
″
(x)为：记则记第x个晶振秒时钟的时间误差μ
″
(x)为：μ
″

【专利技术属性】
技术研发人员：陈艳霞，及洪泉，吕立平，陈平，于希娟，王宁，徐绍军，李鑫明，杨芮，赵曦，闻宇，李菁，
申请(专利权)人：国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：