[发明专利]一种基于相对硬件延迟校准的实时UTC(k)时间比对方法

说明书

本发明公开了一种基于相对硬件延迟标校的实时UTC(k)比对方法，通过计算接入同一时间频率源的两台接收机的钟差数据，获取两台接收机及线缆引起的相对硬件延迟偏差，对已校准的两台接收机在不同的时间实验室，基于WPT时间服务平台，通过实时PPP处理获取两站接收机钟差，扣除相对硬件延迟，进而获取实时UTC(k)时间比对结果，消除了硬件延迟在基于PPP方法的UTC(k)时间比对的影响，在保证实时性的条件下极大地提升了系统的可用性，在时间同步以及高精度定位中有着广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于卫星导航技术领域，尤其涉及一种基于相对硬件延迟校准的实时UTC(k)时间比对方法。

背景技术

时间属于七大基本物理量之一，对于日常生活、科学研究以及工程建设等领域具有十分重要的意义。为了确保时间参考的一致性，国际计量局(Bureau International desPoids et Mesures,BIPM)综合全球80余个时间实验室实时维持的本地时间(UTC(k))，最终生成世界协调时(Coordinated Universal Time,UTC)。因此，精确的UTC(k)时间比对结果是维持UTC的前提。

传统的高精度时间传递包括光纤时间传递以及卫星双向时间传递等方法，存在着成本高，需要中继节点等缺点。近年来，低成本、高精度的全球导航卫星系统(GlobalNavigation Satellite System,GNSS)时间传递方法成为时频领域的研究热点。1980年，Allan和Weiss率先提出了基于全球定位系统(Global Positioning System,GPS)伪距观测值的共视法(Common View,CV)时间传递，并成功应用于BIPM时间链路的时间比对。然而，共视法存在时间传递性能受基线距离限制的缺点。随着国际GNSS服务组织(InternationalGNSS Service,IGS)产品时效性以及精度的不断完善，全视法(All-In-View,AV)成为性能优于共视法的时间传递手段。2006年9月，国际咨询频率委员会(Consultative Committeeon Time and Frequency,CCTF)在第17届CCTF会议上提出了采用全视法时间传递取代UTC时间比对链路中的共视法时间传递。鉴于高精度载波相位观测值的优势，该会议同时提出了开展基于精密单点定位(Precise Point Positioning,PPP)时间传递方法在时间链路中比对的研究。作为性能最优的GNSS时间传递方法，PPP时间传递精度依赖于精确的误差改正，尤其是卫星钟与轨道误差项。当采用IGS事后精密产品时，PPP时间传递的精度(Standard Deviation,STD)能够达到0.1ns。目前，约有60％的GNSS时频链路采用了PPP时间传递方法。此外，为了满足亚纳秒级的实时时间传递需求，北京航空航天大学基于中国区域站以及全球IGS站的跟踪站网，建立了北斗广域高精度时间服务(Wide-area PreciseTiming,WPT)原型系统，能够提供高精度的实时差分改正数，实现亚纳秒级精度的实时时间服务。

在UTC(k)的时间比对中，还需要考虑时间比对链路中硬件延迟误差造成的影响。硬件延迟误差在短时间内较为稳定，不会对时间传递结果的STD值造成影响，但会产生系统性偏差。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。美国海军研究室(United States Naval ResearchLaboratory,NRL)提出了一种使用GPS模拟器的绝对延迟校准方法，该方法首先通过共钟的方式对模拟器和接收机进行时间同步，然后解算模拟器输出的观测量和接收机输出的观测量的钟差来求解接收机硬件延迟，校准不确定度对于单个频点为1.1ns。国际计量局提出了一种差分校准方法，该方法将待校准接收机和一台已校准接收机进行共钟共天线操作，然后比较观测值来求出两台接收机硬件延迟的差，从而得到待校准接收机的硬件延迟。