一种动态授时系统及方法

技术领域

本发明属于授时技术领域，具体涉及一种动态授时系统及方法。

背景技术

高精度时间是国家的重要战略资源，在国防建设和经济社会的运行中起着基础性的支撑作用。高精度时间需要授时，因此授时是国计民生不可或缺的一部分。

目前常用的授时手段包括短波授时、长波授时、互联网授时、电话授时、光纤授时及GNSS(Global Navigation Satellite System)授时。GNSS授时鉴于其具有全球覆盖、全天候、全天时、成本低、精度高等特点是使用最广泛的授时手段之一。

GNSS授时为了实现实时动态授时，使用共视技术，即用户站以及授时基准站同时观测同一颗卫星，以实现两站之间的时间同步。现有常见的GNSS授时通常观测GPS卫星，利用获取的码观测数据来解算两站钟差，实现授时。

由于卫星的实时动态变化，用户站与授时基准站常常需要调整自身的角度，以便可以实现共视，当卫星动态变化到难以共视的角度时，用户站与授时基准站会出现时差。为了纠正该时差需要根据卫星的移动速度、用户站角度、授时基准站角度等信息去计算两者的时差，该过程计算复杂且对信息的精度要求较高，授时极易出现不稳定情况。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种动态授时系统及方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

第一方面，本发明提供的一种动态授时系统，包括用户站以及授时基准站，所述授时基准站连接UTC(k)信号，

所述授时基准站，用于以第一视角观测多个授时系统中的多个卫星，实时生成第一观测数据；

所述用户站，用于以第一视角对应的第二视角观测所述多个授时系统中的多个卫星，实时生成第二观测数据；

其中，所述第一观测数据包括各卫星每个历元每个频点的信号强度、各个频点的第一伪距观测数据以及各个频点的第一相位观测数据，所述第一伪距观测数据以及第一相位观测数据中携带各卫星搭载的卫星钟以及外接的UTC(k)时钟，所述第二观测数据包括各卫星每个历元每个频点的信号强度、各个频点的第二伪距观测数据以及各个频点的第二相位观测数据，所述第二伪距观测数据以及第二相位观测数据中携带各卫星搭载的卫星钟以及用户站时钟；

所述授时基准站，用于将所述第一观测数据发送给所述用户站；

所述用户站，用于接收所述第一观测数据，将所述第一观测数据以及第二观测数据进行匹配，确定同一卫星的待定观测数据，并在所述待定观测数据中确定同一观测时刻相同频点的相同观测数据，将所述相同观测数据按照信号强度进行预处理，计算预处理之后的相同观测数据的伪距观测值以及相位观测值，针对同一卫星同一观测时刻的相同观测数据，对该相同观测数据进行差分，获得差分观测数据，基于所述差分观测数据，确定用户站与所述UTC(k)时钟之差，基于时钟之差确定自身的时钟；

其中，相同观测数据包括同一观测时刻相同频点的第一观测数据以及第二观测数据。

可选的，所述用户站，在所述待定观测数据中确定同一观测时刻相同频点的相同观测数据之后，进一步用于，

判断所述相同观测数据的信号强度是否大于预设的信号强度门限值，将不大于所述信号强度门限值的相同观测数据剔除；

当剔除之后的相同观测数据中同时包括北斗GEO卫星和其他系统卫星的相同观测数据时，优先选择GEO卫星的相同观测数据确定为预处理之后的相同观测数据。

可选的，所述用户站，进一步在选择GEO卫星的相同观测数据之后，判断该相同观测数据是否是多个卫星的多频观测数据，如果是则将该相同观测数据确定为预处理之后的相同观测数据。

可选的，所述用户站，进一步，

使用用户站伪距观测公式，计算相同观测数据种第一观测数据的伪距观测值以及使用用户站相位观测公式计算相同观测数据种第一观测数据的相位观测值；

使用授时基站站伪距观测公式，计算相同观测数据种第二观测数据的伪距观测值以及使用授时基准站相位观测公式计算相同观测数据种第二观测数据的相位观测值；

其中，用户站伪距观测公式：

用户站相位观测公式：

其中，角标1以及2为区分无物理含义，角标1表示第一观测数据的相关参数，f为观测信号频率，k为观测卫星，t为观测时刻，

授时基准站伪距观测公式：

授时基准站相位观测公式：

其中，角标2表示第一观测数据的相关参数，

可选的，所述用户站，进一步用于，使用预设的差分处理公式，对该相同观测数据进行差分，获得差分观测数据；

所述差分处理公式包括相位差分公式以及伪距差分公式，所述伪距差分公式为：

所述相位差分公式为：

其中，s表示卫星，t表示历元或时刻，

可选的，所述用户站，进一步用于，

消除授时基准站至用户站之间大气折射误差；

根据授时基准站的三维坐标、用户站的三维坐标、导航电文中携带的卫星轨道三维坐标以及不少于4个卫星的相同观测数据，使用所述伪距差分公式，计算用户站与所述UTC(k)在当前历元的时钟之差；

其中，

其中，(x

可选的，所述用户站，进一步用于，

消除授时基准站至用户站之间大气折射误差；

根据授时基准站的三维坐标、用户站的三维坐标、导航电文中携带的卫星轨道三维坐标以及1个卫星的相同观测数据，使用所述伪距差分公式，计算用户站与所述UTC(k)在当前历元的时钟之差；

其中，

其中，(x

可选的，所述用户站，进一步用于，

令所述伪距差分公式中的

可选的，所述服务站，在计算用户站与所述UTC(k)时钟之差之后，进一步用于，

将所述用户站与所述UTC(k)在当前历元的时钟之差输入所述相位差分公式，获得

针对每个历元，在所述

使用所述迭代更新后的相位差分公式，计算所述用户站与所述UTC(k)的时钟之差。

第二方面，本发明提供的一种动态授时方法，应用于第一方面的动态授时系统，所述动态授时系统包括用户站以及授时基准站，其特征在于，所述授时基准站连接UTC(k)信号，所述动态授时方法包括：

所述授时基准站以第一视角观测多个授时系统中的多个卫星，实时生成第一观测数据；

所述用户站以第一视角对应的第二视角观测所述多个授时系统中的多个卫星，实时生成第二观测数据；

其中，所述第一观测数据包括各卫星每个历元每个频点的信号强度、各个频点的第一伪距观测数据以及各个频点的第一相位观测数据，所述第一伪距观测数据以及第一相位观测数据中携带各卫星搭载的卫星钟以及外接的UTC(k)时钟，所述第二观测数据包括各卫星每个历元每个频点的信号强度、各个频点的第二伪距观测数据以及各个频点的第二相位观测数据，所述第二伪距观测数据以及第二相位观测数据中携带各卫星搭载的卫星钟以及用户站时钟；

所述授时基准站将所述第一观测数据发送给所述用户站；

所述用户站接收所述第一观测数据，将所述第一观测数据以及第二观测数据进行匹配，确定同一卫星的待定观测数据，并在所述待定观测数据中确定同一观测时刻相同频点的相同观测数据，将所述相同观测数据按照信号强度进行预处理，计算预处理之后的相同观测数据的伪距观测值以及相位观测值，针对同一卫星同一观测时刻的相同观测数据，对该相同观测数据进行差分，获得差分观测数据，基于所述差分观测数据，确定用户站与所述UTC(k)时钟之差，基于时钟之差确定自身的时钟；

其中，相同观测数据包括同一观测时刻相同频点的第一观测数据以及第二观测数据。

本发明提供的一种动态授时系统及方法，通过授时基准站以及用户站以相互对应的视角共同观测多个卫星，获得第一观测数据以及第二观测数据，用户站在接收到第一观测数据后，对第一观测数据以及第二观测数据进行匹配，确定同一卫星的待定观测数据，然后对待定观测数据进行预处理，提高数据可靠性，之后计算预处理之后的相同观测数据的伪距观测值以及相位观测值，进一步进行差分，获得差分观测数据，根据授时基准站连接的UTC(k)信号以及差分观测数据，获得用户站与UTC(k)时钟之差，从而确定自身的时钟。相比于现有技术，本发明可以进行多个授时系统多颗卫星的授时，提高授时系统的鲁棒性，在授时基准站以及用户站在难以实现共视时，可以实现精准授时，同时本发明提供的动态授时系统可以提高动态授时的稳定性。

以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种动态授时系统的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种动态授时方法的流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例一

如图1所示，本发明提供的一种动态授时系统，包括用户站以及授时基准站，所述授时基准站连接UTC(k)信号，

所述授时基准站，用于以第一视角观测多个授时系统中的多个卫星，实时生成第一观测数据；

所述用户站，用于以第一视角对应的第二视角观测所述多个授时系统中的多个卫星，实时生成第二观测数据；

其中，所述第一观测数据包括各卫星每个历元每个频点的信号强度、各个频点的第一伪距观测数据以及各个频点的第一相位观测数据，所述第一伪距观测数据以及第一相位观测数据中携带各卫星搭载的卫星钟以及外接的UTC(k)时钟，所述第二观测数据包括各卫星每个历元每个频点的信号强度、各个频点的第二伪距观测数据以及各个频点的第二相位观测数据，所述第二伪距观测数据以及第二相位观测数据中携带各卫星搭载的卫星钟以及用户站时钟；

所述授时基准站，用于将所述第一观测数据发送给所述用户站；

所述用户站，用于接收所述第一观测数据，将所述第一观测数据以及第二观测数据进行匹配，确定同一卫星的待定观测数据，并在所述待定观测数据中确定同一观测时刻相同频点的相同观测数据，将所述相同观测数据按照信号强度进行预处理，计算预处理之后的相同观测数据的伪距观测值以及相位观测值，针对同一卫星同一观测时刻的相同观测数据，对该相同观测数据进行差分，获得差分观测数据，基于所述差分观测数据，确定用户站与所述UTC(k)时钟之差，基于时钟之差确定自身的时钟；

其中，相同观测数据包括同一观测时刻相同频点的第一观测数据以及第二观测数据。

可以理解，授时基准站和用户站间距离小于等于100km，且授时基准站和用户站至少可以同时观测到GNSS中n个导航系统的m颗卫星,n≥1且m≥2。GNSS包括GPS、GLONASS、Galileo、BDS等各个导航系统的某一个或某几个的组合。授时基准站，包括基准接收机、频率分配器、脉冲分配器，UTC(k)信号等。授时基准站连接UTC(k)信号，UTC(k)信号可以但是不限于包括10M信号和1PPS信号，授时基准站将GNSS观测数据实时通过通信链路播发给用户站，该通信链路可采用互联网、GPRS、通信卫星、光纤等通信手段建立而成。

本发明提供的一种动态授时系统，通过授时基准站以及用户站以相互对应的视角共同观测多个卫星，获得第一观测数据以及第二观测数据，用户站在接收到第一观测数据后，对第一观测数据以及第二观测数据进行匹配，确定同一卫星的待定观测数据，然后对待定观测数据进行预处理，提高数据可靠性，之后计算预处理之后的相同观测数据的伪距观测值以及相位观测值，进一步进行差分，获得差分观测数据，根据授时基准站连接的UTC(k)信号以及差分观测数据，获得用户站与UTC(k)时钟之差，从而确定自身的时钟。相比于现有技术，本发明可以进行多个授时系统多颗卫星的授时，提高授时系统的鲁棒性，在授时基准站以及用户站在难以实现共视时，可以实现精准授时，同时本发明提供的动态授时系统可以提高动态授时的稳定性。

实施例二

作为本发明一种可选的实施例，所述用户站，在所述待定观测数据中确定同一观测时刻相同频点的相同观测数据之后，进一步用于，

判断所述相同观测数据的信号强度是否大于预设的信号强度门限值，将不大于所述信号强度门限值的相同观测数据剔除；

当剔除之后的相同观测数据中包括属于北斗GEO卫星和其他系统卫星的相同观测数据时，选择GEO卫星的相同观测数据确定为预处理之后的相同观测数据。

可以理解，同一时刻，用户站和授时基准站观测到的相同卫星，相同频点的观测数据，称之为相同观测数据。相同观测数据可以是相同卫星的单频观测数据，也可以是多频观测数据。相同观测数据携带各卫星的信号强度，信号强度通常为0-9。将信号强度小于设定门限的观测值删除。通常，对于信号强度设定的门限为2或3。如果相同观测数据中包括GEO卫星以及其他卫星时，优先使用GEO卫星观测数据。如果相同观测数据中包含某颗或某几颗卫星的多频观测数据，优先使用。

实施例三

作为本发明一种可选的实施例，所述用户站，进一步在选择GEO卫星的相同观测数据之后，判断该相同观测数据是否是多个卫星的多频观测数据，如果是则将该相同观测数据确定为预处理之后的相同观测数据。

可以理解，GNSS实时观测数据可以包含多个频点，也可以只包含一个频点。

实施例四

作为本发明一种可选的实施例，所述用户站，进一步用于，

使用用户站伪距观测公式，计算相同观测数据种第一观测数据的伪距观测值以及使用用户站相位观测公式计算相同观测数据种第一观测数据的相位观测值；

使用授时基站站伪距观测公式，计算相同观测数据种第二观测数据的伪距观测值以及使用授时基准站相位观测公式计算相同观测数据种第二观测数据的相位观测值；

其中，用户站伪距观测公式：

用户站相位观测公式：

其中，角标1以及2为区分无物理含义，角标1表示第一观测数据的相关参数，f为观测信号频率，k为观测卫星，t为观测时刻，

授时基准站伪距观测公式：

授时基准站相位观测公式：

其中，角标2表示第一观测数据的相关参数，

实施例五

作为本发明一种可选的实施例，所述用户站，进一步用于，使用预设的差分处理公式，对该相同观测数据进行差分，获得差分观测数据；

所述差分处理公式包括相位差分公式以及伪距差分公式，所述伪距差分公式为：

所述相位差分公式为：

其中，s表示卫星，t表示历元或时刻，

实施例六

作为本发明一种可选的实施例，所述用户站，进一步用于，

消除授时基准站至用户站之间大气折射误差；

其中，令所述伪距差分公式中的

根据授时基准站的三维坐标、用户站的三维坐标、导航电文中携带的卫星轨道三维坐标以及不少于4个卫星的相同观测数据，使用所述伪距差分公式，计算用户站与所述UTC(k)在当前历元的时钟之差；

其中，

其中，(x

可以理解，由于基准站与用户站距离小于100km，所以基准站和用户站的电离层和对流层折射的影响具有很强的相关性，故可认为

实施例七

作为本发明一种可选的实施例，所述用户站，进一步用于，

消除授时基准站至用户站之间大气折射误差；

其中，令所述伪距差分公式中的

根据授时基准站的三维坐标、用户站的三维坐标、导航电文中携带的卫星轨道三维坐标以及1个卫星的相同观测数据，使用所述伪距差分公式，计算用户站与所述UTC(k)在当前历元的时钟之差；

其中，

其中，(x

由于基准站与用户站距离小于100km，所以基准站和用户站的电离层和对流层折射的影响具有很强的相关性，故可认为

实施例八

作为本发明一种可选的实施例，所述服务站，在计算用户站与所述UTC(k)时钟之差之后，进一步用于，

将所述用户站与所述UTC(k)在当前历元的时钟之差输入所述相位差分公式，获得

针对每个历元，在所述

使用所述迭代更新后的相位差分公式，计算所述用户站与所述UTC(k)的时钟之差。

可以理解，在初始阶段计算出的用户站与所述UTC(k)的时钟之差可能不太准确，在根据每一星历的钟差之差更新相位差分公式后，随着时间推移，计算出的时钟之差变化曲线会呈现平稳，此时钟差之差的波动变化在预设范围内，最终不再出现波动，授时会更加精确。

实施例九

如图2所示，本发明提供的一种动态授时方法，应用于实施例一的动态授时系统，所述动态授时系统包括用户站以及授时基准站，所述授时基准站连接UTC(k)信号，所述动态授时方法包括：

S1，授时基准站以第一视角观测多个授时系统中的多个卫星，实时生成第一观测数据；

S2，用户站以第一视角对应的第二视角观测多个授时系统中的多个卫星，实时生成第二观测数据；

其中，第一观测数据包括各卫星每个历元每个频点的信号强度、各个频点的第一伪距观测数据以及各个频点的第一相位观测数据，第一伪距观测数据以及第一相位观测数据中携带各卫星搭载的卫星钟以及外接的UTC(k)时钟，第二观测数据包括各卫星每个历元每个频点的信号强度、各个频点的第二伪距观测数据以及各个频点的第二相位观测数据，第二伪距观测数据以及第二相位观测数据中携带各卫星搭载的卫星钟以及用户站时钟；

S3，授时基准站将第一观测数据发送给用户站；

S4，用户站接收第一观测数据，将第一观测数据以及第二观测数据进行匹配，确定同一卫星的待定观测数据，并在待定观测数据中确定同一观测时刻相同频点的相同观测数据，将相同观测数据按照信号强度进行预处理，计算预处理之后的相同观测数据的伪距观测值以及相位观测值，针对同一卫星同一观测时刻的相同观测数据，对该相同观测数据进行差分，获得差分观测数据，基于差分观测数据，确定用户站与UTC(k)时钟之差，基于时钟之差确定自身的时钟；

其中，相同观测数据包括同一观测时刻相同频点的第一观测数据以及第二观测数据。

本发明提供的一种动态授时方法，通过授时基准站以及用户站以相互对应的视角共同观测多个卫星，获得第一观测数据以及第二观测数据，用户站在接收到第一观测数据后，对第一观测数据以及第二观测数据进行匹配，确定同一卫星的待定观测数据，然后对待定观测数据进行预处理，提高数据可靠性，之后计算预处理之后的相同观测数据的伪距观测值以及相位观测值，进一步进行差分，获得差分观测数据，根据授时基准站连接的UTC(k)信号以及差分观测数据，获得用户站与UTC(k)时钟之差，从而确定自身的时钟。相比于现有技术，本发明可以进行多个授时系统多颗卫星的授时，在授时基准站以及用户站在难以实现共视时，可以实现精准授时，同时本发明提供的动态授时方法可以提高动态授时的稳定性。

实施例十

作为本发明一种可选的实施例，所述用户站，在所述待定观测数据中确定同一观测时刻相同频点的相同观测数据之后，进一步用于

判断所述相同观测数据的信号强度是否大于预设的信号强度门限值，将不大于所述信号强度门限值的相同观测数据剔除；

当剔除之后的相同观测数据中包括属于北斗GEO卫星和其他导航系统卫星的相同观测数据时，选择GEO卫星的相同观测数据确定为预处理之后的相同观测数据。

实施例十一

作为本发明一种可选的实施例，所述用户站，进一步在选择GEO卫星的相同观测数据之后，判断该相同观测数据是否是多个卫星的多频观测数据，如果是则将该相同观测数据确定为预处理之后的相同观测数据。

授时方法是在授时系统上完成，因此过程相同此处不再赘述。

尽管在此结合各实施例对本申请进行了描述，然而，在实施所要求保护的本申请过程中，本领域技术人员通过查看所述附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现所述公开实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”(comprising)一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中列举的若干项功能。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。