[发明专利]基于钟差补偿的授时接收机硬件延迟校准方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于钟差补偿的授时接收机硬件延迟校准方法及系统，本方法适用于观测值提取时刻和1PPS保持同步的授时接收机，依据授时接收机信号处理过程，提出一种授时延迟的划分方法，强调不同频率卫星信号产生不同硬件延迟，在此基础上，提出基于钟差补偿的硬件延迟测量改进方案，搭建授时接收机和卫星导航信号模拟器共钟测试系统，用高采样率高精度示波器测量卫星导航模拟器测量模拟器延迟，用载波相位平滑伪距，区分接收卫星信号频率解算钟差，从而提高授时接收机硬件延迟校准精度。

技术领域

本发明属于全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)技术领域，特别涉及一种基于钟差补偿的GNSS授时接收机硬件延迟校准方法。

背景技术

通信、电力、金融以及国防等领域很多基础设施都是建立在时间同步基础之上，现在有越来越多的高精尖应用对时间同步精度要求越来越高。利用卫星导航系统(GNSS)进行时间比对可以达到纳秒级的时间同步精度，但通常只能进行两个节点之间时间比对，且比对结果存在滞后性，该类技术主要被时频实验室用来进行时间传递，不适合大范围地使用。通过GNSS授时的方法来实现时间同步具有成本低、实时、用户数不受限和全球覆盖等优点。

授时接收机一般通过输出1PPS信号来进行授时，1PPS输出表征的就是接收机所复现的卫星时间。在不考虑时间基准误差情况下，授时接收机的时间传递误差可以定义为复现的卫星时间与实际卫星时钟时间之间的偏差，主要由接收机钟差的估计误差、时钟调控误差和接收机硬件延迟造成。其中，接收机硬件延迟是指卫星信号从进入接收机到输出时频信息过程中由硬件导致的固定延迟。

目前针对硬件延迟精确校准的方法多基于时间比对接收机，并不能用来对授时接收机进行校准，授时接收机硬件延迟精确校准研究较少。中国科学院国家时间服务中心(NTSC)提出了多种方法对授时接收机硬件延迟校准，一种是使用UTC(NTSC)的延迟校准方法，该方法测量UTC(NTSC)和接收机的1PPS，并扣除UTC(NTSC)和GPST之间的时差来计算接收机硬件延迟。校准精度取决于接收机复现GPS时间的准确性和时间链路的准确性，时间链路的随机误差不超过2.7ns，接收机的精度由接收机类型决定。此外，国家授时中心还对利用模拟器进行授时接收机校准的方法进行了研究，提出了基于钟驾驭模式的接收机绝对校准方法,指出了不同架构授时接收机校准方法不同，并分别对Novatel和Septentrio两款不同类型接收机进行校准，单频校准不确定度皆优于1.5ns，双频校准不确定度优于4.5ns。对于对高精度授时接收机，硬件延迟校准不确定度成为授时主要误差源，对提供高精度授时服务至关重要。

发明内容

针对传统方法硬件延迟校准的准确度不足的问题，本发明提供一种基于授时接收机钟差补偿的硬件延迟校准方法，适用于观测值提取时刻和1PPS保持同步的授时接收机。本发明依据授时接收机信号处理过程，提出一种授时延迟的划分方法，强调不同频率卫星信号产生不同硬件延迟，在此基础上，提出基于钟差补偿的硬件延迟测量改进方案。

为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

基于钟差补偿的授时接收机硬件延迟校准方法，其特征在于，对于观测值提取时刻和1PPS保持同步的授时接收机，1PPS信号表征授时接收机复现的卫星时间，定义授时接收机授时延迟为卫星时间与复现的卫星时间之差，即复现的卫星时间相对卫星时间的延迟，授时接收机授时延迟包括钟差估计误差、时钟调控误差和1PPS输出链路延迟；其中钟差估计误差包含通道延迟和由除通道延迟以外的因素引起的钟差估计误差，通道延迟是采样之前卫星信号经过接收机硬件产生的延迟，不同频率的卫星信号产生不同的延迟。1PPS输出链路延迟是本地时钟整秒时刻输出1PPS信号的硬件延迟，无需区分卫星信号频率。授时延迟具体划分公式如下：