本發(fā)明涉及衛(wèi)星授時(shí)技術(shù)，尤其涉及一種基于廣播星歷的單北斗全球精密授時(shí)方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、衛(wèi)星授時(shí)技術(shù)以其高精度和廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，已成為授時(shí)行業(yè)中的佼佼者，覆蓋了電力、金融、智能交通、智慧生活、物聯(lián)網(wǎng)、5g通信以及軍事等多個(gè)重要領(lǐng)域。然而，隨著科技進(jìn)步，傳統(tǒng)衛(wèi)星授時(shí)方法——依賴于廣播星歷，精度在20至50納秒之間——開始無法滿足高精度科技行業(yè)的需求。為了提升授時(shí)精度，目前主要采用共視衛(wèi)星授時(shí)、全視衛(wèi)星授時(shí)以及精密單點(diǎn)定位(ppp)授時(shí)等高精度技術(shù)。在這些方法中，ppp授時(shí)的精度最高，但它們都需要網(wǎng)絡(luò)通信來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，這在多種環(huán)境下難以保證時(shí)間服務(wù)的需求。因此，傳統(tǒng)的衛(wèi)星授時(shí)技術(shù)在面對(duì)不同環(huán)境下的高精度科技需求時(shí)顯得力不從心。北斗三號(hào)(bds-3)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的成功組網(wǎng)，為高精度授時(shí)服務(wù)提供了新的可能性。利用北斗三號(hào)的廣播星歷和觀測值，結(jié)合ppp授時(shí)方法，用戶可以直接接收這些數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)高精度全球授時(shí)，而無需依賴網(wǎng)絡(luò)通信。這一進(jìn)步滿足了全球用戶對(duì)高精度時(shí)間服務(wù)的需求，為高精度科技行業(yè)帶來了新的解決方案。不過目前的授時(shí)方法的授時(shí)精度依然有待提升。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種授時(shí)精度更高的基于廣播星歷的單北斗全球精密授時(shí)方法、設(shè)備及系統(tǒng)。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種基于廣播星歷的單北斗全球精密授時(shí)方法，包括如下步驟：

4、(1)獲取北斗衛(wèi)星發(fā)送的廣播星歷數(shù)據(jù)和衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)，對(duì)廣播星歷數(shù)據(jù)解析得到實(shí)時(shí)衛(wèi)星軌道和實(shí)時(shí)衛(wèi)星鐘差；

5、(2)根據(jù)實(shí)時(shí)衛(wèi)星軌道和實(shí)時(shí)衛(wèi)星鐘差分別與國際gnss服務(wù)發(fā)布的北斗衛(wèi)星精密產(chǎn)品的差值，計(jì)算廣播星歷上次授時(shí)的空間距離誤差實(shí)際值，并根據(jù)空間距離誤差實(shí)際值，估計(jì)空間距離誤差的allan方差；

6、(3)根據(jù)空間距離誤差的allan方差對(duì)空間距離誤差進(jìn)行估計(jì)，得到本次授時(shí)的空間距離誤差估計(jì)值；

7、(4)建立基于空間距離誤差的廣播星歷單北斗ppp授時(shí)模型；

8、(5)將衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)和空間距離誤差估計(jì)值代入廣播星歷單北斗ppp授時(shí)模型，求解模型得到修正后的接收機(jī)鐘差；

9、(6)根據(jù)修正后的接收機(jī)鐘差進(jìn)行時(shí)鐘馴服，并將馴服后的時(shí)鐘信號(hào)發(fā)送給北斗衛(wèi)星接收機(jī)，使得北斗衛(wèi)星接收機(jī)輸出修正后的時(shí)間信息，完成精密授時(shí)。

10、進(jìn)一步的，步驟(2)具體包括：

11、(2-1)將實(shí)時(shí)衛(wèi)星軌道與北斗衛(wèi)星精密產(chǎn)品的精密衛(wèi)星軌道做差，差值作為實(shí)時(shí)精密軌道差值，將實(shí)時(shí)衛(wèi)星鐘差與北斗衛(wèi)星精密產(chǎn)品的精密衛(wèi)星鐘差做差，差值作為實(shí)時(shí)精密鐘差差值；

12、(2-2)將步驟(2-1)獲得的實(shí)時(shí)精密軌道差值和實(shí)時(shí)精密鐘差差值，計(jì)算出廣播星歷上一次授時(shí)的空間距離誤差實(shí)際值：

13、

14、式中，δρc表示空間距離誤差實(shí)際值，為衛(wèi)星到接收機(jī)的視線向量，δxc表示實(shí)時(shí)精密軌道差值，δtc表示實(shí)時(shí)精密鐘差差值，c為光速，r為接收機(jī)，上標(biāo)c表示北斗衛(wèi)星；

15、(2-3)根據(jù)實(shí)時(shí)空間距離誤差實(shí)際值，按照下式估計(jì)空間距離誤差的allan方差：

16、

17、式中，為采樣間隔τ時(shí)刻的allan方差；q0表示調(diào)相白噪聲，q1表示調(diào)頻白噪聲，q2表示調(diào)頻隨機(jī)游走噪聲，q3表示隨機(jī)奔跑噪聲，q0、q1、q2、q3通過對(duì)實(shí)時(shí)空間距離誤差實(shí)際值進(jìn)行最小二乘方法估計(jì)得到。

18、進(jìn)一步的，步驟(3)具體包括：

19、根據(jù)空間距離誤差的allan方差，對(duì)空間距離誤差采用隨機(jī)游走進(jìn)行參數(shù)估計(jì)，得到本次授時(shí)的空間距離誤差估計(jì)值；其中，隨機(jī)游走采用的先驗(yàn)噪聲方差為：

20、w＝(δallan(τ)·τ·c)2

21、式中，w為先驗(yàn)噪聲方差，δallan(τ)為空間距離誤差的allan方差，c為光速，τ為采樣時(shí)刻。

22、進(jìn)一步的，步驟(4)中所述基于空間距離誤差的廣播星歷單北斗ppp授時(shí)模型具體為：

23、

24、式中，if為無電離層組合觀測值，r表示接收機(jī)，上表c表示北斗衛(wèi)星，為偽距觀測值，為載波觀測值；為本次授時(shí)的空間距離誤差估計(jì)值，表示北斗衛(wèi)星和接收機(jī)的空間距離，dtr為接收機(jī)鐘差，dtc為衛(wèi)星鐘差，為對(duì)流層延遲，為偽距噪聲，為浮點(diǎn)解模糊度，為載波噪聲。

25、進(jìn)一步的，步驟(6)具體包括：

26、(6-1)利用估計(jì)得到的接收機(jī)鐘差估計(jì)時(shí)鐘駕馭參數(shù)，具體的計(jì)算公式如下所示：

27、

28、式中，dtr表示接收機(jī)鐘差，t0為晶振的初始頻率偏差，a0為時(shí)鐘的初始時(shí)間偏差，為晶振隨機(jī)噪聲誤差，a表示晶振的頻率漂移或頻率老化系數(shù)，估計(jì)的時(shí)鐘駕馭參數(shù)包括a0和a；

29、(6-2)根據(jù)時(shí)鐘駕馭參數(shù)使用直接數(shù)字頻率合成技術(shù)合成馴服后的時(shí)鐘信號(hào)；

30、(6-3)將馴服后的時(shí)鐘信號(hào)發(fā)送給北斗衛(wèi)星接收機(jī)，使得北斗衛(wèi)星接收機(jī)輸出修正后的時(shí)間信息，完成精密授時(shí)。

31、一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括存儲(chǔ)器、處理器及存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器上并可在處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序以實(shí)現(xiàn)上述方法。

32、一種基于廣播星歷的單北斗全球精密授時(shí)系統(tǒng)，包括：

33、北斗衛(wèi)星接收機(jī)，用于接收北斗衛(wèi)星發(fā)送的觀測數(shù)據(jù)和廣播星歷數(shù)據(jù)，以及在接收到馴服后的時(shí)鐘信號(hào)時(shí)，輸出修正后的時(shí)間信息，完成精密授時(shí)；

34、解析模塊，用于獲取北斗衛(wèi)星發(fā)送的廣播星歷數(shù)據(jù)和衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)，對(duì)廣播星歷數(shù)據(jù)解析得到實(shí)時(shí)衛(wèi)星軌道和實(shí)時(shí)衛(wèi)星鐘差；

35、空間距離誤差估計(jì)模塊，用于根據(jù)實(shí)時(shí)衛(wèi)星軌道和實(shí)時(shí)衛(wèi)星鐘差分別與國際gnss服務(wù)發(fā)布的北斗衛(wèi)星精密產(chǎn)品的差值，計(jì)算廣播星歷上次授時(shí)的空間距離誤差實(shí)際值，并根據(jù)空間距離誤差實(shí)際值，估計(jì)空間距離誤差的allan方差，之后根據(jù)空間距離誤差的allan方差對(duì)空間距離誤差進(jìn)行估計(jì)，得到本次授時(shí)的空間距離誤差估計(jì)值；

36、接收機(jī)鐘差修正模塊，用于建立基于空間距離誤差的廣播星歷單北斗ppp授時(shí)模型，并將衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)和空間距離誤差估計(jì)值代入廣播星歷單北斗ppp授時(shí)模型，根據(jù)廣播星歷單北斗ppp授時(shí)模型對(duì)接收機(jī)鐘差進(jìn)行修正；

37、時(shí)鐘馴服模塊，用于根據(jù)修正后的接收機(jī)鐘差進(jìn)行時(shí)鐘馴服，并將馴服后的時(shí)鐘信號(hào)發(fā)送給北斗衛(wèi)星接收機(jī)。

38、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果是：本發(fā)明不僅提升了授時(shí)精度，還擴(kuò)大了應(yīng)用范圍，特別是在無網(wǎng)絡(luò)覆蓋環(huán)境下，也能提供高精度的授時(shí)服務(wù)。這一技術(shù)能夠?yàn)楦鞣N環(huán)境下的用戶帶來高精準(zhǔn)度、穩(wěn)定且可靠的時(shí)間信息。

技術(shù)特征：

1.一種基于廣播星歷的單北斗全球精密授時(shí)方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于廣播星歷的單北斗全球精密授時(shí)方法，其特征在于：步驟(2)具體包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于廣播星歷的單北斗全球精密授時(shí)方法，其特征在于：步驟(3)具體包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于廣播星歷的單北斗全球精密授時(shí)方法，其特征在于：步驟(4)中所述基于空間距離誤差的廣播星歷單北斗ppp授時(shí)模型具體為：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于廣播星歷的單北斗全球精密授時(shí)方法，其特征在于：步驟(5)包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于廣播星歷的單北斗全球精密授時(shí)方法，其特征在于：步驟(5-2)包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于廣播星歷的單北斗全球精密授時(shí)方法，其特征在于：步驟(6)具體包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于廣播星歷的單北斗全球精密授時(shí)方法，其特征在于：在估計(jì)時(shí)鐘駕馭參數(shù)前，先對(duì)接收機(jī)鐘差采用滑動(dòng)窗口中位數(shù)探測法進(jìn)行預(yù)處理。

9.一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括存儲(chǔ)器、處理器及存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器上并可在處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，其特征在于：所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序以實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的方法。

10.一種基于廣播星歷的單北斗全球精密授時(shí)系統(tǒng)，其特征在于，包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于廣播星歷的單北斗全球精密授時(shí)方法及系統(tǒng)，方法包括：獲取北斗衛(wèi)星發(fā)送的廣播星歷數(shù)據(jù)和衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)，并解析得到實(shí)時(shí)衛(wèi)星軌道和實(shí)時(shí)衛(wèi)星鐘差；根據(jù)實(shí)時(shí)衛(wèi)星軌道和實(shí)時(shí)衛(wèi)星鐘差分別與國際GNSS服務(wù)發(fā)布的北斗衛(wèi)星精密產(chǎn)品的差值，計(jì)算廣播星歷上次授時(shí)的空間距離誤差實(shí)際值，并根據(jù)上次授時(shí)的空間距離誤差實(shí)際值，估計(jì)得本次授時(shí)的空間距離誤差估計(jì)值；將衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)和空間距離誤差估計(jì)值代入基于空間距離誤差的廣播星歷單北斗PPP授時(shí)模型，對(duì)接收機(jī)鐘差進(jìn)行修正；根據(jù)修正后的接收機(jī)鐘差進(jìn)行時(shí)鐘馴服，并將馴服后的時(shí)鐘信號(hào)發(fā)送給北斗衛(wèi)星接收機(jī)，使得北斗衛(wèi)星接收機(jī)輸出修正后的時(shí)間信息，完成精密授時(shí)。本發(fā)明精度更高，穩(wěn)定性更好。

技術(shù)研發(fā)人員：葛玉龍,曹新運(yùn),沈飛
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京師范大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2