[发明专利]一种基于GNSS的高精度时间传递方法

说明书

本发明涉及一种基于GNSS的高精度时间传递方法，该方法将GNSS差分系统基站间观测值进行共视选星和数据预处理，通过载波相位观测值和伪距观测值组合得到观测矩阵，将载波相位单差模糊度和时间传递结果作为未知量，组成观测方程组。使用序贯最小二乘递归求得组合方程单差载波的模糊度，进而求解准确的钟差。更进一步地，当已知接收机时钟模型为线性漂移时，通过kalman滤波的方式求解相应未知量，模型更加准确，得到的钟差精度也更高。该方法能够同时实现低成本高精度等要求，能够达到纳秒级以下精度，是一种能够广泛使用的时间传递方法。

技术领域

本发明属于时间同步技术领域，具体涉及一种基于GNSS的高精度时间传递方法。

背景技术

目前多个领域对高精度时间和频率传递的要求增加，例如电力系统、无线定位系统、分布式雷达、协同数据链、海上舰艇编队等领域。这些系统中，除了对时间传递的精度有着较高要求外，在应用于军事、空天等领域对设备的可靠性和适应性也有很高的要求。全球卫星导航系统(GNSS)的全天候、全覆盖、高精度等特点，使其成为了高精度时间传递中的重要方法。

目前常用的时间传递方法包括卫星双向时间传递、卫星共视法、精密单点定位等技术，其中卫星双向时间传递方法采用卫星双向链路进行时间比对，是目前GNSS时间传递中精度最高的方法，但是其需要使用转发式卫星，应用条件十分受限。GNSS共视法通过消除卫星信号传递中的共同误差提高时间传递精度，但是其采用伪距作为观测值，精度不够高。PPP借助国际GNSS服务组织发布的精密星历和钟差产品可以达到亚纳秒级的时间传递精度，由于其性能不受距离的影响，应用广泛。但是该方法依赖精密星历和钟差产品，需要长时间观测，不能实时计算，只能用于事后分析。这些时间传递方法或多或少存在算法复杂、成本较高、使用场景受限，实时性较差等缺点，不能兼顾低成本、实时性与高精度。因此，急需一种低成本高精度适用范围广的实时时间传递方法。

发明内容

为解决所述问题，本发明提供了一种基于GNSS的时间传递方法，该方法能够同时实现低成本高精度等要求，能够达到纳秒级以下精度，是一种能够广泛使用的时间传递方法。

本发明一种基于GNSS的高精度时间传递方法，包括如下步骤：

步骤1，对GNSS差分系统中的移动站和基准站两个基站进行共视卫星选星，然后进行观测量数据预处理；所述观测量为基站到共视卫星的伪距和载波相位观测量；所述数据预处理为针对原始观测信息，对所述伪距观测量的粗差和所述载波相位观测量的周跳进行修正，以及对卫星信号传播过程中的误差进行修正；

步骤2，将所述伪距和载波观测量进行基站间差分，组合成当前时刻观测方程：

其中，和为伪距和载波的单差观测向量，σ_r为两者的噪声权重比，t为接收机相对钟差，τ＝c·t为将接收机钟差化为单位为米的量，为卫星到两个基站的几何距离差值，为各个共视卫星的载波相位单差整周模糊度，μ，ν为相应的码和载波观测噪声，λ为载波波长；

步骤3，对所述时间传递过程中的每个历元建立观测方程，并将当前历元的观测方程与上个历元的观测方程进行联立建立历元间的观测方程；通过矩阵变换对所述历元间的观测方程进行降维运算，使其维数和未知量维数一致；

步骤4，通过所述观测方程在历元间的迭代运算，计算出所述GNSS差分系统基站间的接收机钟差，得到时间传递结果；将所述时间传递结果补偿到移动站接收机钟差中，修正移动站的本地时间和输出的秒脉冲信号。

进一步地，所述步骤3中，当所述共视卫星出现卫星升起或者降落的时候，对所述观测方程依据升降星进行矩阵变换，使方程迭代过程中保持矩阵可联立，具体包括以下步骤：

步骤3.1，将所述当前时刻的共视卫星和上一时刻的共视卫星进行比较，分成上一时刻落下的卫星、保持不变的卫星和当前时刻升起的卫星，并将其变换位置在观测方程中通过矩阵的形式表现出来，完成迭代过程中的卫星置换；