一种基于低轨卫星和北斗PPP-B2b的时间同步方法技术

本发明专利技术公开了一种基于低轨卫星和北斗PPP

【技术实现步骤摘要】
一种基于低轨卫星和北斗PPP
‑
B2b的时间同步方法


[0001]本专利技术涉及卫星导航时间频率传递
，特别涉及一种基于低轨卫星和北斗PPP
‑
B2b的时间同步方法。

技术介绍

[0002]随着精密单点定位(Precise point positioning，PPP)技术的发展，5G通信、高精度时间同步和滑坡监测等应用的实时性需求，要求轨道和钟差具有更高的实时性和精度。国际GNSS服务组织(International GNSS Service，IGS)在2007年启动了RPP工程(Real
‑
time Pilot Project)，并在2013年开放了RTS服务(real
‑
time service)，可以通过网络以RTCM(Radio Technical Commission for Maritime service)信息格式NTRIP(Network Transport of RTCM over the Internet Protocol)协议为用户提供实时的卫星轨道和钟差改正数据，这为实时PPP时间传递奠定了基础。但是IGS RTS服务依赖于通讯网络，一旦网络中断就会导致无法进行正常的工作；同时，通讯网络设施的铺设成本较高，并受限于地形地貌。因此，星际增强服务是解决此类问题的一种有效途径，通过卫星实时的播发轨道和钟差改正数据，能够实现全天候、全天时、全球范围的PPP服务。
[0003]为促进实时PPP服务应用，北斗三号卫星系统于2020年10月正式开通了星际增强服务和星基精密星历播发服务，依托北斗的地球同步轨道卫星，在B2b频点向亚太地区乃至全球范围播发星基增强改正信息，面向全球的实时播发服务为北斗实时PPP时间传递研究提供了基础保障。目前，北斗三号由3颗GEO卫星，24颗MEO卫星和3颗IGSO卫星组成，在保留北斗二号B1I和B3I信号的基础上，增加了B1C、B2a和B2b信号。PPP
‑
B2b信号可以为北斗CNAV1和GPS LNAV广播星历提供差分信息，主要包括卫星掩码(包含在信息类型1)、用户测距精度(包含在信息类型2)、轨道改正数(包含在信息类型2)、码间偏差改正数(包含在信息类型3)和钟差改正数(包含在信息类型4)。
[0004]由于PPP
‑
B2b信号弱容易受电磁干扰，在实际应用中PPP
‑
B2b仍存在较为严重的安全隐患。具体地，由于PPP
‑
B2b信号功率低，且卫星到地球表面的距离较为遥远，信号到达地球表面时已经十分微弱，通常约为
‑
160dBW，而且地表建筑、树木等影响地面导航接收机接收信号，很容易造成地面导航接收机无法正常锁定卫星信号。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种基于低轨卫星和北斗PPP
‑
B2b的时间同步方法，以解决在不依赖互联网情况下，提高北斗卫星导航客户端在干扰、遮挡及复杂环境下的时间同步性能的技术问题。
[0006]本专利技术基于低轨卫星和北斗PPP
‑
B2b的时间同步方法包括以下步骤：
[0007]1)中心站和客户端分别通过各自的接收机获取实时PPP
‑
B2b信号、BDS
‑
3卫星播发的伪距、载波相位观测值和广播星历，以及低轨卫星播发的伪距、载波相位观测值和广播星历；
[0008]2)中心站和客户端分别通过如下步骤解算中心站接收机钟差和客户端接收机钟差：
[0009]①
卫星轨道改正：
[0010]利用接收机收到的广播星历计算出卫星位置向量X
brdc
，
[0011]对接收的PPP
‑
B2b信号进行解码，将PPP
‑
B2b信号包含的轨道信息与广播星历匹配后计算卫星位置改正向量ΔX；ΔX的计算公式为：
[0012][0013]式中，r、分别表示广播星历中卫星位置向量和速度向量；e
R
、e
C
、e
A
分别对应径向、切向和法向的单位矢量；Δ
orbit
为轨道改正向量；
[0014]然后根据如下公式计算改正后的卫星位置：
[0015]X
orbit
＝X
brdc
‑
ΔX
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0016]式中，X
orbit
表示改正后的卫星位置；
[0017]②
卫星钟差改正：
[0018]在PPP
‑
B2b信号包含的轨道信息与广播星历成功匹配后，再将卫星钟差改正信息中的版本号与轨道改正消息中的版本号匹配，方法如下：
[0019][0020]式中，t
s
‑
c
表示改正后的卫星钟差改正数；t
brdc
表示由广播星历计算得到的卫星钟差改正数；C0表示PPP
‑
B2b提供的钟差改正参数；
[0021]③
卫星码间偏差修正：
[0022]对照PPP
‑
B2b中差分码偏差改正类型对卫星码间偏差进行实时改正，从而实现各类信号同步处理，修正算法为：
[0023]P
corr
＝P
ini
‑
P
sig
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0024]式中，P
corr
表示修正后观测值；P
ini
表示原始观测值；P
sig
表示对应信号的码间偏差；
[0025]④
利用BDS
‑
3和低轨卫星的伪距和载波观测值，列出BDS和低轨卫星联合精密单点定位数学模型：
[0026]BDS和低轨卫星均发射双频信号，通过双频组合消除电离层误差一阶项，组合观测值数学模型由下式表示：
[0027][0028]式中，f1、f2为载波频率；P1、P2、Φ1、Φ2分别为f1、f2对应的伪距与载波观测值；P
IF
、Φ
IF
分别为无电离层组合的伪距与载波观测值；
[0029]客户端r与卫星s的无电离层伪距及载波相位观测值由下式表示：
[0030][0031]其中，上标B表示BDS卫星，上部L表示低轨卫星；下标IF代表无电离层组合，下标r表示客户端；P表示伪距，Φ表示载波观测值；为客户端r到卫星s的实际距离；c为光速；dt
r
表示接收机钟差，dt
s
表示卫星钟差；d
trop
为对流层延迟；d
orb
为卫星轨道误差；λ1为载波频率f1所对应的波长；N为载波的整周本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于低轨卫星和北斗PPP
‑
B2b的时间同步方法，其特征在于：包括以下步骤：1)中心站和客户端分别通过各自的接收机获取实时PPP
‑
B2b信号、BDS
‑
3卫星播发的伪距、载波相位观测值和广播星历，以及低轨卫星播发的伪距、载波相位观测值和广播星历；2)中心站和客户端分别通过如下步骤解算中心站接收机钟差和客户端接收机钟差：
①
卫星轨道改正：利用接收机收到的广播星历计算出卫星位置向量X
brdc
，对接收的PPP
‑
B2b信号进行解码，将PPP
‑
B2b信号包含的轨道信息与广播星历匹配后计算对应的北斗卫星位置改正向量ΔX；ΔX的计算公式为：式中，r、分别表示广播星历中卫星位置向量和速度向量；e
R
、e
C
、e
A
分别对应径向、切向和法向的单位矢量；Δ
orbit
为轨道改正向量；然后根据如下公式计算改正后的卫星位置：X
orbit
＝X
brdc
‑
ΔX
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)式中，X
orbit
表示改正后的卫星位置；
②
卫星钟差改正：在PPP
‑
B2b信号包含的轨道信息与广播星历成功匹配后，再将卫星钟差改正信息中的版本号与轨道改正消息中的版本号匹配，方法如下：式中，t
s
‑
c
表示改正后的卫星钟差改正数；t
brdc
表示由广播星历计算得到的卫星钟差改正数；C0表示PPP
‑
B2b提供的钟差改正参数；
③
卫星码间偏差修正：对照PPP
‑
B2b中差分码偏差改正类型对卫星码间偏差进行实时改正，从而实现各类信号同步处理，修正算法为：P
corr
＝P
ini
‑
P
sig
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)式中，P
corr
表示修正后观测值；P
ini
表示原始观测值；P
sig
表示对应信号的码间偏差；
④
利用BDS
‑
3和低轨卫星的伪距和载波观测值，列出BDS和低轨卫星联合精密单点定位数学模型：BDS和低轨卫星均发射双频信号，通过双频组合消除电离层误差一阶项，组合观测值数学模型由下式表示：
式中，f1、f2为载波频率；P1、P2、Φ1、Φ2分别为f1、f2对应的伪距与载波观测值；P
IF
、Φ
IF
分别为无电离层组合的伪距与载波观测值；客户端r与卫星s的无电离层伪距及载波相位...

【专利技术属性】
技术研发人员：班亚，于灵，徐新平，费添豪，陈雨阳，刘洪静，
申请(专利权)人：重庆市计量质量检测研究院，
类型：发明
国别省市：