本發(fā)明屬于衛(wèi)星授時，具體涉及一種基于北斗衛(wèi)星的海洋高精度授時方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、授時服務(wù)是gnss的主要功能之一，可實時提供高精度的時間信息。然而，在深遠海的環(huán)境中，由于受到環(huán)境復(fù)雜、無參考基站、無網(wǎng)的環(huán)境等影響，其授時精度、可靠性仍存在一定問題。

2、在陸地上，接收機可認為是靜止狀態(tài)、網(wǎng)絡(luò)通訊條件比較好且有大量的cors站可提供相應(yīng)的服務(wù)。然而，在深遠海的環(huán)境下，接收機隨著海面環(huán)境的波動一直處于運動的狀態(tài)，而位置參數(shù)的高程方向和接收機鐘差參數(shù)具有強相關(guān)性，導(dǎo)致接收機鐘差參數(shù)與位置高程參數(shù)難以完全分離，進而導(dǎo)致授時精度較低。當(dāng)前海洋上授時多基于偽距單點定位模型(spp)，僅基于偽距觀測值，其精度較低難以滿足高精度的時間需求。因此，在深遠海授時中，一種可靠的深遠海授時方法從而提高授時精度是非常重要的。

3、當(dāng)前，衛(wèi)星授時的方法主要包含：(1)單站衛(wèi)星授時，該方法多基于偽距單點定位方法，精度約10～20納秒；(2)共視授時和全視授時，這兩種方法基于偽距觀測值且需要網(wǎng)絡(luò)來傳輸數(shù)據(jù)，精度約2～5納秒；(3)基于分析中心產(chǎn)品的ppp高精度授時方法，精度約1ns左右。

4、目前海洋授時多基于第一種授時方法，盡管第三種授時方法可實現(xiàn)納秒到亞納秒的精度，但是難以應(yīng)用于深遠海授時，因為，第三種授時方法需要依賴網(wǎng)絡(luò)來傳輸改正數(shù)據(jù)，且難以適用于海洋動態(tài)的環(huán)境。

5、盡管當(dāng)前衛(wèi)星授時取得了一定的成果，但是在深遠海的環(huán)境下，當(dāng)前的衛(wèi)星授時方法(spp)仍不足以滿足高精度需求，授時精度約(10～20ns)。若租用衛(wèi)星來通訊將產(chǎn)生昂貴的費用，不利大范圍應(yīng)用?；诜治鲋行漠a(chǎn)品的ppp授時方法可實現(xiàn)高精度授時，授時精度約為1納秒，但在無網(wǎng)的海洋環(huán)境難以通過互聯(lián)網(wǎng)傳輸相應(yīng)的改正數(shù)，這種ppp授時方法將失效。此外，當(dāng)前的衛(wèi)星授時應(yīng)用于陸地上的靜態(tài)測站，而海洋上的測站一直處于運動的狀態(tài)，對于這種動態(tài)的高精度衛(wèi)星授時尚沒有很好的解決方案，因此，需要研發(fā)一種新的基于北斗衛(wèi)星的海洋高精度授時方法和系統(tǒng)來解決現(xiàn)有的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于北斗衛(wèi)星的海洋高精度授時方法及系統(tǒng)，以解決海洋授時精度不高的問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種基于北斗衛(wèi)星的海洋高精度授時方法，包括如下步驟：

3、建立接收機鐘模型，確定隨機游走模型的過程噪聲；

4、建立考慮海洋運動狀態(tài)的位置參數(shù)隨機模型，降低接收機鐘差與坐標高程方向的相關(guān)性；

5、建立考慮北斗三號ppp-b2b精度和海洋上衛(wèi)星信噪比的信噪比隨機模型；

6、生成接收機鐘差參數(shù)；

7、時鐘馴服，利用基于北斗三號的ppp-b2b改正數(shù)的ppp授時方法實時估計出接收機鐘差，實現(xiàn)高精度同步與北斗時鐘的本地同步時鐘，完成海洋高精度授時。

8、優(yōu)選的，所述建立接收機鐘模型，確定隨機游走模型的過程噪聲包括如下步驟：

9、將接收機放到陸地上連續(xù)靜態(tài)觀測一段時間，獲得接收機鐘的數(shù)據(jù)，對接收機鐘該段時間內(nèi)的數(shù)據(jù)進行分析，判斷是否存在鐘跳現(xiàn)象，如存在鐘跳現(xiàn)象則建立接收機鐘跳探測算法，根據(jù)接收機鐘跳躍的大小來確定鐘跳探測的閾值，隨后利用allan方差來分析接收機鐘的特性并根據(jù)對應(yīng)采樣間隔的allan方差值來建立接收機鐘模型，具體包括利用gps精密單點定位方法計算出這個接收機的接收機鐘差，然后利用allan方差來計算這個接收機鐘差的allan方差值，然后根據(jù)allan方差的計算公式計算出來對應(yīng)采樣間隔的allan方差值；采用隨機游走模型來估計接收機鐘差參數(shù)，通過allan方差來確定隨機游走模型的過程噪聲。

10、優(yōu)選的，所述閾值不超過2ns。

11、優(yōu)選的，建立位置參數(shù)隨機模型，降低接收機鐘差與坐標高程方向的相關(guān)性的方法包括如下步驟：

12、將接收機放到海洋浮標上，收集至少一周的觀測數(shù)據(jù)，計算出接收機的坐標，進而獲得海洋運動載體的坐標序列，分析海洋運動載體的運動狀態(tài)和特性，深度挖掘海洋上載體的坐標序列，獲取相應(yīng)的噪聲、特性，將噪聲的大小作為隨機噪聲，作為后續(xù)kalman濾波參數(shù)估計器中接收機位置參數(shù)的隨機噪聲，以降低接收機鐘差與坐標高程方向的相關(guān)性。

13、優(yōu)選的，所述建立的考慮北斗三號ppp-b2b精度和海洋上衛(wèi)星信噪比的信噪比隨機模型在進行求解時：

14、收集一段時間的ppp-b2b改正數(shù)，解碼并與廣播星歷合并生成精密星歷；將生成的精密星歷與現(xiàn)有的最終精密星歷進行比對，分析ppp-b2b提供的實時改正數(shù)生成的軌道和鐘差的精度，并將此精度和信噪比加入到ppp的隨機模型中，以實現(xiàn)最后的求解。分析ppp-b2b提供的實時改正數(shù)生成的軌道和鐘差的精度包括：把實時合并的衛(wèi)星軌道和鐘差產(chǎn)品與事后的產(chǎn)品進行做差對比，得出實時合并的產(chǎn)品的精度；

15、優(yōu)選的，所述生成接收機鐘差參數(shù)包括如下步驟：

16、海洋運動載體架設(shè)的接收機接收廣播星歷、觀測值、ppp-b2b改正數(shù)；將ppp-b2b改正數(shù)進行解碼并與廣播星歷實時生成精密星歷，精密星歷包括精密軌道和精密鐘差，精密軌道的生成公式為：

17、

18、式中，x為精密軌道；(er,ea,ec)經(jīng)向、法向、切向三個方向的轉(zhuǎn)換矩陣；xbrd廣播星歷計算的衛(wèi)星坐標；△c是北斗三號播發(fā)的ppp-b2b改正數(shù)；和r是衛(wèi)星速度和位置向量；δcr,δca,δcc為徑向、法向、切向三個方向上的改正數(shù)；

19、精密鐘差計算公式可表示為：

20、

21、tbrd廣播星歷計算的衛(wèi)星鐘差；t為生成的精密星歷；△t是北斗三號播發(fā)的ppp-b2b鐘差改正數(shù)；結(jié)合觀測值和各種誤差模型構(gòu)建ppp函數(shù)模型，該模型采用無電離層組合模型，將建立的接收機鐘模型、考慮海洋運動狀態(tài)的位置參數(shù)隨機模型以及考慮北斗三號ppp-b2b精度和海洋上衛(wèi)星信噪比的信噪比隨機模型加入到ppp方程中，解算得到接收機鐘差。

22、優(yōu)選的，所述時鐘馴服包括如下步驟：采用恒溫晶振作為授時裝置的時鐘源，利用基于北斗三號播發(fā)的ppp-b2b改正數(shù)的ppp授時方法實時估計出接收機鐘差，將接收機鐘差傳入fpga+arm的時鐘校準器模塊以實時調(diào)整恒溫晶振，以實現(xiàn)高精度同步與北斗時鐘的本地同步時鐘，其中時鐘校準器包括本地壓控晶振和d/a轉(zhuǎn)換模塊，輸出1pps和10mhz的時鐘信息。

23、本發(fā)明還公開了一種基于北斗衛(wèi)星的海洋高精度授時系統(tǒng)，包括：

24、接收機鐘模型建立模塊，用于建立接收機鐘模型，確定隨機游走模型的過程噪聲；

25、位置參數(shù)隨機模型建立模塊，用于建立考慮海洋運動狀態(tài)的位置參數(shù)的隨機模型，降低接收機鐘差與坐標高程方向的相關(guān)性；

26、信噪比隨機模型建立模塊，用于建立考慮北斗三號ppp-b2b精度和海洋上衛(wèi)星信噪比的信噪比隨機模型；

27、鐘差參數(shù)生成模塊，用于生成接收機鐘差參數(shù)；

28、時鐘馴服模塊，用于利用基于北斗三號的ppp-b2b改正數(shù)的ppp授時方法實時估計出接收機鐘差，實現(xiàn)高精度同步與北斗時鐘的本地同步時鐘，完成海洋高精度授時。

29、本發(fā)明的技術(shù)效果和優(yōu)點：該基于北斗衛(wèi)星的海洋高精度授時方法及系統(tǒng)，通過接收北斗三號衛(wèi)星精密單點定位服務(wù)(ppp-b2b)所播發(fā)的軌道和鐘差改正數(shù)，克服現(xiàn)有海洋無互聯(lián)網(wǎng)、無基站、復(fù)雜環(huán)境和授時精度低等問題，實現(xiàn)深遠海環(huán)境下高精度單站授時，授時精度甚至可達到亞納秒級別，從而為海洋時空基準的建立提供高精的時間信息服務(wù)，本發(fā)明不僅僅適用海洋授時，陸地上同樣適用，因此具有適用范圍廣等優(yōu)點。