一种基于北斗卫星的时间同步方法技术

本发明专利技术公开了一种基于北斗卫星的时间同步方法，包括以下步骤：

【技术实现步骤摘要】
一种基于北斗卫星的时间同步方法


[0001]本专利技术属于卫星时间同步
，具体涉及一种基于北斗卫星的时间同步方法
。

技术介绍

[0002]2020
年8月北斗3号卫星正式建成并开通全球服务后，为全球提供了定位导航授时服务
(PNT)
，短报文通信
、
国际搜救
、
星基增强
(SBAS)
和精度单点定位
(PPP)
服务
。
其中
PPP
服务就是通过三颗
GEO
卫星播发的
PPP
‑
B2b
信号来实现，目前依靠
PPP
‑
B2b
信号所播发的
26
颗
BDS3
卫星的精密改正产品
。
可以实现实时动态分米级和静态厘米级的定位精度
。
[0003]然而目前常用的技术采用的是
RTK
技术来实现设备之间的高精度时间同步，但是采用
RTK
技术需要搭建一个观察基站，然后再通过观测基站给各个分站传递时间偏差，通过传递的时间偏差来补偿分站的相位，从而保证各个分站之间的时间同步，如果观测基站一旦播发异常，则各个分站不能保证时间的同步
。
[0004]针上述问题，本系统提出了一种基于
PPP
‑
B2b
的高精度时间同步技术，该技术通过北斗三号卫星播发的
PPP
‑
B2b
服务信号，实现了设备间的
PPP
‑
B2b
精密单点定位
GNSS
的时间同步方法，该方法可以使设备之间的同步精度达到
3ns
级别，该技术满足国防军事领域对时间同步精度和灵活性的双重要求，同时还能为跨区域精密授时
、
时间尺度的快速备份
、
长基线测量提供了一种精密手段
。

技术实现思路

[0005]为解决上述
技术介绍
中提出的问题，本专利技术提供一种基于北斗卫星的时间同步方法，以解决现有传统
RTK
模型中，需要建立固定基站，且在观测基站发什么播发异常时无法保证时间同步的问题
。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种基于北斗卫星的时间同步方法，包括以下步骤：
[0008]S1
：通过接收机获取北斗三号卫星的星历
、
卫星观测数据和
B2b
卫星改正数报文；
[0009]S2
：进行异常处理，异常处理包括预处理算法和周跳检测算法，预处理算法用于剔除低于预定值的卫星观测数据，周跳检测算法用于剔除卫星观测数据中异常的钟差数据；
[0010]S3
：结合星历和异常处理后的卫星观测数据，采用
PPP
浮点解函数模型进行伪距单点定位；
[0011]S4
：根据星历和
B2b
卫星改正数报文的数据，确定
B2b
卫星的位置和卫星钟差，通过钟差修正算法，恢复
B2b
卫星的精密星历，并解算出该卫星的位置坐标；
[0012]S5
：将伪距单点定位的结果和该卫星的位置坐标输入卡尔曼滤波器中进行滤波处理，将滤波后的数据进行
PPP
精密单点定位处理，解算出接收机的位置和接收机的钟差；
[0013]S6
：将
S5
中得到的接收机的钟差数据输入到钟控模块中，对时钟的频率及相位进行周期性的调节，完成时间同步
。
[0014]优选地，
S2
中的预处理算法具体为：
[0015]设接收机收到的卫星编号为
san1,san2,
……
san
n
，对应卫星的信噪比为
sig1,sig2,
……
sig
n
，对应卫星的仰角为
ele1,ele2,
……
ele
n
，预处理方法为通过信噪比及仰角来剔除不符合要求的卫星，具体公式如下：
[0016][0017][0018]以上两个公式相加为卫星质量计算值，即：
[0019]pre
＝
SIG+ELE
；
[0020]若当前卫星编号
san
n
计算结果
pre
小于
60
，则将该卫星标记为不健康的卫星，并将其剔除
。
[0021]优选地，
S2
中的周跳检测算法为采用组合观测值的相位载波宽巷组合，观测方程为：
[0022][0023][0024][0025]其中
δ
i
、
δ
j
表示当前的频率，
f
i
、f
j
表示对应的载波相位观测值，
t
i
表示采集数据的时间，
R
MW
(E,R)
表示周跳检测门限；
[0026]通过
K
zb
迭代计算出采集的观测值在周跳检测门限内，则将该数据保留参与后续计算
。
[0027]优选地，
S3
中，
PPP
浮点解函数模型同时使用仿距和载波相位观测值进行参数估计，并构建观测方程描述观测值与各种估计参数
、
改正误差之间的函数关系，设频率为
f
i
的伪距和载波相位观测方程为
:
[0028]式
A
：
[0029]其中，上标
s
表示卫星，下标
r
表示接收机，下标
i
表示观测值频段，
P
i
表示伪距观测值，单位为
m
，
L
i
表示载波相位观测值，单位为周，
ρ
表示接收机天线与卫星天线相位中心之间的几何距离，单位为
m
，
dt
r
和
dt
s
表示接收机和卫星时钟相对于时间基准的时间偏差
,
即钟差，单位为
s
，
c
表示真空中光速单位为
m/s
，
d
r,i
和表示与频率相关的接收机和卫星端伪距硬件延迟单位为
m
，表示与频率相关的接收机和卫星端载波相位硬件延迟，单位为周，
I
i
表示与频率相关的电离层延迟，单位为
m
，
M
v
表示与卫星高度角相关的对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于北斗卫星的时间同步方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1
：通过接收机获取北斗三号卫星的星历
、
卫星观测数据和
B2b
卫星改正数报文；
S2
：进行异常处理，异常处理包括预处理算法和周跳检测算法，预处理算法用于剔除低于预定值的卫星观测数据，周跳检测算法用于剔除卫星观测数据中异常的钟差数据；
S3
：结合星历和异常处理后的卫星观测数据，采用
PPP
浮点解函数模型进行伪距单点定位；
S4
：根据星历和
B2b
卫星改正数报文的数据，确定
B2b
卫星的位置和卫星钟差，通过钟差修正算法，恢复
B2b
卫星的精密星历，并解算出该卫星的位置坐标；
S5
：将伪距单点定位的结果和该卫星的位置坐标输入卡尔曼滤波器中进行滤波处理，将滤波后的数据进行
PPP
精密单点定位处理，解算出接收机的位置和接收机的钟差；
S6
：将
S5
中得到的接收机的钟差数据输入到钟控模块中，对时钟的频率及相位进行周期性的调节，完成时间同步
。2.
根据权利要求1所述的一种基于北斗卫星的时间同步方法，其特征在于，
S2
中的预处理算法具体为：设接收机收到的卫星编号为
san1,san2,
……
san
n
，对应卫星的信噪比为
sig1,sig2,
……
sig
n
，对应卫星的仰角为
ele1,ele2,
……
ele
n
，预处理方法为通过信噪比及仰角来剔除不符合要求的卫星，具体公式如下：合要求的卫星，具体公式如下：以上两个公式相加为卫星质量计算值，即：
pre
＝
SIG+ELE
；若当前卫星编号
san
n
计算结果
pre
小于
60
，则将该卫星标记为不健康的卫星，并将其剔除
。3.
根据权利要求1所述的一种基于北斗卫星的时间同步方法，其特征在于，
S2
中的周跳检测算法为采用组合观测值的相位载波宽巷组合，观测方程为：检测算法为采用组合观测值的相位载波宽巷组合，观测方程为：检测算法为采用组合观测值的相位载波宽巷组合，观测方程为：其中
δ
i
、
δ
j
表示当前的频率，
f
i
、f
j
表示对应的载波相位观测值，
t
i
表示采集数据的时间，
R
MW
(E,R)
表示周跳检测门限；通过
K
zb
迭代计算出采集的观测值在周跳检测门限内，则将该数据保留参与后续计算
。4.
根据权利要求1所述的一种基于北斗卫星的时间同步方法，其特征在于，
S3
中，
PPP
浮点解函数模型同时使用仿距和载波相位观测值进行参数估计，并构建观测方程描述观测值与各种估计参数
、
改正误差之间的函数关系，设频率为
f
i
的伪距和载波相位观测方程为
:
式
A
：其中，上标
s
表示卫星，下标
r
表示接收机，下标
i
表示观测值频段，
P
i
表示伪距观测值，单位为
m
，
L
i
表示载波相位观测值，单位为周，
ρ
表示接收机天线与卫星天线相位中心之间的几何距离，单位为
m
，
dt
r
和
dt
s
表示接收机和卫星时钟相对于时间基准的时间偏差
,

【专利技术属性】
技术研发人员：张恒，孙旭，张骏杨，尹茳，谢平，
申请(专利权)人：电信科学技术第五研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：