PPP时间传递数据中断后的瞬时钟差恢复方法及装置

ppp时间传递数据中断后的瞬时钟差恢复方法及装置技术领域1.本发明涉及导航卫星授时领域，尤其涉及一种ppp时间传递数据中断后的瞬时钟差恢复方法及装置。背景技术：2.随着各大卫星导航系统的发展，gnss技术已经广泛应用到定位、导航和授时(pnt)领域。由于igs发布的高精度的轨道和钟差产品，gps精密单点定位技术(ppp)进行utc/tai国际时间比对成为可能。目前，利用ppp技术进行时间比对，主要是基于事后的数据处理实现的(最终产品延迟13天，快速产品延迟17个小时)。igs从2007年开始播发实时精密产品，因此，实时ppp技术成为一种可行的实时时间传递技术手段。然而，实时ppp的稳定性及连续性经常受到外界因素的干扰，如：观测数据或产品发生中断，网络不稳定等，这些因素将会使ppp发生重收敛现象。在实时ppp时间传递过程中一般采用静态参数估计，尽管位置参数不会发生重收敛(相当于坐标固定)，由于钟差参数和模糊度具有强相关，因此钟差参数和模糊度参数都将会发生重收敛现象，并且钟差参数重收敛后未必能恢复真实的钟差结果，如图1所示，数据中断后，钟差参数收敛后和真值存在几个纳秒的偏差，其主要原因是钟差参数和模糊度参数具有强相关性，部分钟差结果可能转换到模糊度参数中。因此，实时ppp时间传递的实际应用过程中，如何消除由数据中断或其他原因导致的钟差重收敛及准确恢复浮点解模糊度具有重要的实用价值和研究意义。技术实现要素：3.发明目的：本发明针对现有技术存在的问题，提供一种可以消除钟差重收敛问题的ppp时间传递数据中断后的瞬时钟差恢复方法、装置、设备和存储介质。4.技术方案：本发明所述的ppp时间传递数据中断后的瞬时钟差恢复方法包括：5.(1)判断实时ppp时间传递是否发生数据中断；6.(2)若未发生数据中断，则继续实时ppp时间传递，并存储各时刻传递的接收机钟差；7.(3)若发生数据中断，则根据存储的接收机钟差通过多项式拟合得到接收机钟差预测模型，并传递接收机钟差预测模型预测的接收机钟差；8.(4)当数据重新恢复通讯时，根据接收机钟差预测模型预测恢复时刻的接收机钟差，并将该接收机钟差作为初值，按照设置的先验方差，通过逐步松弛方法，对接收机钟差进行估计和传递。9.进一步的，步骤(1)具体包括：10.(1-1)判断距离当前时刻的预设间隔时间段之间是否接收到数据；11.(1-2)若未接收到数据，判定实时ppp时间传递发生数据中断，否则判定为未发生数据中断。12.进一步的，步骤(2)具体包括：13.(2-1)若未发生数据中断，则读取接收机接收的伪距观测值和载波观测值；14.(2-2)通过4g网络实时接收igs发布的ssr改正数并解码；15.(2-3)利用广播星历和ssr改正数合并生成实时精密星历；16.(2-4)基于实时精密星历按照下述观测方程进行ppp解算，实现误差修正和参数估计：[0017][0018][0019]式中，下标r、上标s和下标if分别表示接收机、卫星和消电离层组合，表示消电离层组合后的伪距观测值，表示消电离层组合后的载波观测值，表示卫星s到接收机r之间的几何距离，c表示光速，dts、dtr分别表示接收的接收机钟差、卫星钟差，mfw(e)表示对流层延迟湿分量的投影函数，e表示卫星高度角，zw表示天顶湿延迟，表示接收机端码延迟，表示伪距噪声，表示消电离层组合的波长，表示接收机端相位延迟，表示消电离层组合的模糊度，表示载波噪声，表示实际估计的接收机钟差；[0020](2-5)传递估计的接收机钟差，并存储估计的各时刻的接收机钟差。[0021]进一步的，步骤(3)具体包括：[0022](3-1)建立如下接收机钟差预测模型：[0023][0024]式中，tr(i)为预测的接收机r在时刻i的接收机钟差；a0、a1、a2为系数；r(i)为综合随机频率误差；n为阶数；f为频率；m为相应的阶数；[0025](3-2)若发生数据中断，则根据存储的接收机钟差对上述接收机钟差预测模型进行多项式拟合，得到接收机钟差预测模型中的a0、a1、a2和r(i)；[0026](3-3)采用拟合得到的接收机钟差预测模型预测各时刻接收机钟差并进行传递。[0027]进一步的，步骤(4)具体包括：[0028](4-1)当数据重新恢复通讯时，根据接收机钟差预测模型预测恢复时刻的接收机钟差；[0029](4-2)对包括位置、接收机钟差、对流层湿分量、模糊度的所有参数及该参数的方差进行初始化，其中，接收机钟差初始化的值为预测的恢复时刻的接收机钟差值，初始化的接收机钟差方差为设置的先验方差0.1*0.1；[0030](4-3)采用下式的逐步松弛方法，对接收机钟差的方差进行约束：[0031][0032]为时刻i的接收机钟差方差，为接收机钟差方差初始值，即0.1*0.1；κ为放大因子；τ为采样间隔；[0033](4-4)按照初始化的各参数和方差，采用下式估计接收机钟差并传递：[0034][0035]式中，n为卫星的个数；clk为接收机钟差预测模型预测的接收机钟差；δφ*和δρ*为卫星*的载波和伪距最小观测量，即伪距和载波观测值减去所有模型修正的误差和站星距离；ex,*ey,*ez,*为卫星*三维坐标x,y,z方向上的线性化的系数；mf为对流层延迟湿分量的投影函数值；λ为波长；δx，δy，δz为坐标增量，zw为湿对流层，n*为卫星*模糊度；为估计的接收机钟差。[0036]本发明所述的ppp时间传递数据中断后的瞬时钟差恢复装置包括：[0037]中断判断模块，用于判断实时ppp时间传递是否发生数据中断；[0038]钟差存储模块，用于在未发生数据中断实时ppp时间传递时，并存储各时刻传递的接收机钟差；[0039]钟差预测模块，用于在发生数据中断时，根据存储的接收机钟差通过多项式拟合得到接收机钟差预测模型，并传递接收机钟差预测模型预测的接收机钟差；[0040]钟差恢复模块，用于当数据重新恢复通讯时，根据接收机钟差预测模型预测恢复时刻的接收机钟差，并将该接收机钟差作为初值，按照设置的先验方差，通过逐步松弛方法，对接收机钟差进行估计和传递。[0041]本发明所述的ppp时间传递数据中断后的瞬时钟差恢复设备包括：[0042]一个或多个处理器；[0043]存储器，用于存储一个或多个程序；[0044]当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现上述方法。[0045]本发明所述的包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行上述方法。[0046]有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点是：本发明可以消除由数据中断或其他原因导致的钟差重收敛，可以准确恢复浮点解模糊度，既让实时ppp时间传递工程化提供可能，又同时提高了实时ppp时间传递的可靠性、连续性。附图说明[0047]图1是完整的两天数据和部分数据中断gps ppp解算的结果；[0048]图2是本发明实施例一提供的ppp时间传递数据中断后的瞬时钟差恢复方法的流程示意图；[0049]图3是实时ppp时间传递原理示意图；[0050]图4是本发明实施例二提供的ppp时间传递数据中断后的瞬时钟差恢复装置的示意图；[0051]图5是本发明实施例三提供的ppp时间传递数据中断后的瞬时钟差恢复设备的结构示意图；[0052]图6是三种方案解算的结果。具体实施方式[0053]下面结合附图对本发明各实施例进行介绍。[0054]实施例一[0055]本实施例提供了一种ppp时间传递数据中断后的瞬时钟差恢复方法，如图2所示，包括：[0056](1)判断实时ppp时间传递是否发生数据中断。[0057]该步骤具体包括：(1-1)判断距离当前时刻的预设间隔时间段之间是否接收到数据(1-2)若未接收到数据，判定实时ppp时间传递发生数据中断，否则判定为未发生数据中断。例如预设间隔时间段可以是5min-15min中任意数值，甚至更长的时间段；当超过该时间段没有接收到数据，可以判定数据中断。[0058](2)若未发生数据中断，则继续实时ppp时间传递，并存储各时刻传递的接收机钟差。[0059]其中，ppp时间传递如图3所示，则该步骤具体包括：[0060](2-1)若未发生数据中断，则读取接收机接收的伪距观测值和载波观测值；[0061](2-2)通过4g网络实时接收igs发布的ssr改正数并解码；[0062](2-3)利用广播星历和ssr改正数合并生成实时精密星历；[0063](2-4)基于实时精密星历按照下述观测方程进行ppp解算，实现误差修正和参数估计：[0064][0065][0066]式中，下标r、上标s和下标if分别表示接收机、卫星和消电离层组合，表示消电离层组合后的伪距观测值，表示消电离层组合后的载波观测值，表示卫星s到接收机r之间的几何距离，c表示光速，dts、dtr分别表示接收的接收机钟差、卫星钟差，mfw(e)表示对流层延迟湿分量的投影函数，e表示卫星高度角，zw表示天顶湿延迟，表示接收机端码延迟，表示伪距噪声，表示消电离层组合的波长，表示接收机端相位延迟，表示消电离层组合的模糊度，表示载波噪声，表示实际估计的接收机钟差；其中，修正的误差包括大气误差、相位缠绕、天线相位中心变化、轨道误差、钟差误差等，修正方法参照《zumberge jf,heflin mb,jefferson dc,watkins mm,fh w(1997)precise point positioning for the efficient and robust analysis of gps data from large networks.j geophys res b3(102):5005–5017.doi:》，并利用kalman滤波进行参数估计，估计的参数包括三维坐标、接收机钟差、对流层湿分量、模糊度等，估计的方法参见《葛玉龙.多频多系统精密单点定位时间传递方法研究》；[0067](2-5)传递估计的接收机钟差，并存储估计的各时刻的接收机钟差，存储时可以以120个数据为滑动窗口对接收机钟差参数进行存储。[0068](3)若发生数据中断，则根据存储的接收机钟差通过多项式拟合得到接收机钟差预测模型，并传递接收机钟差预测模型预测的接收机钟差。[0069]该步骤具体包括：[0070](3-1)建立如下接收机钟差预测模型：[0071][0072]式中，tr(i)为预测的接收机r在时刻i的接收机钟差；a0、a1、a2为系数；r(i)为综合随机频率误差；n为阶数；f为频率；m为相应的阶数；[0073](3-2)若发生数据中断，则根据存储的接收机钟差对上述接收机钟差预测模型进行多项式拟合，得到接收机钟差预测模型中的a0、a1、a2和r(i)；[0074](3-3)采用拟合得到的接收机钟差预测模型预测各时刻接收机钟差并进行传递。预测时，输入时刻i即可得到预测的接收机钟差。[0075](4)当数据重新恢复通讯时，根据接收机钟差预测模型预测恢复时刻的接收机钟差，并将该接收机钟差作为初值，按照设置的先验方差，通过逐步松弛方法，对接收机钟差进行估计和传递。[0076]该步骤具体包括：[0077](4-1)当数据重新恢复通讯时，根据接收机钟差预测模型预测恢复时刻的接收机钟差；[0078](4-2)对包括三维位置、接收机钟差、对流层湿分量、模糊度的所有参数及该参数的方差进行初始化，其中，接收机钟差初始化的值为预测的恢复时刻的接收机钟差值，初始化的接收机钟差方差为设置的先验方差0.1*0.1；三维位置参数均设置100，对流层湿分量设置为0.5，所有卫星的模糊度设置为60；则上述的参数的方差矩阵q可以表示为：[0079][0080](4-3)采用下式的逐步松弛方法，对接收机钟差的方差进行约束：[0081][0082]为时刻i的接收机钟差方差，为接收机钟差方差初始值，即0.1*0.1；κ为放大因子；τ为采样间隔；[0083]由于接收机钟差预测模型预报的钟差随着预报时间的增长，预报的精度也随之降低。因此本实施例在数据刚开始恢复时刻将预报的接收机钟差作为虚拟观测值并赋予较高的权重，但为了获得更高的时间传递精度，随着预报时间的增长逐步减小其权重，方差的倒数即为权重，方差直接决定了虚拟观测值在方程中权重；[0084](4-4)按照初始化的各参数和方差，采用下式估计接收机钟差并传递：[0085][0086]式中，n为卫星的个数；clk为接收机钟差预测模型预测的接收机钟差；δφ*和δρ*为卫星*的载波和伪距最小观测量，即伪距和载波观测值减去所有模型修正的误差和站星距离；ex,*ey,*ez,*为卫星*三维坐标x,y,z方向上的线性化的系数；mf为对流层延迟湿分量的投影函数值；λ为波长；δx，δy，δz为坐标增量，zw为湿对流层，n*为卫星*模糊度；为估计的接收机钟差。[0087]实施例二[0088]图4是本发明实施例提供的ppp时间传递数据中断后的瞬时钟差恢复装置的示意图。该装置可采用软件和/或硬件的方式实现，该装置可以配置于终端设备中。该装置包括：[0089]中断判断模块，用于判断实时ppp时间传递是否发生数据中断；[0090]钟差存储模块，用于在未发生数据中断实时ppp时间传递时，并存储各时刻传递的接收机钟差；[0091]钟差预测模块，用于在发生数据中断时，根据存储的接收机钟差通过多项式拟合得到接收机钟差预测模型，并传递接收机钟差预测模型预测的接收机钟差；[0092]钟差恢复模块，用于当数据重新恢复通讯时，根据接收机钟差预测模型预测恢复时刻的接收机钟差，并将该接收机钟差作为初值，按照设置的先验方差，通过逐步松弛方法，对接收机钟差进行估计和传递。[0093]本发明实施例所提供的装置可以用于执行实施例一所提供的方法，具备执行方法相应的功能和有益效果。[0094]值得注意的是，上述装置的实施例中，所包括的各个单元和模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。[0095]实施例三[0096]图5是本发明实施例三提供的ppp时间传递数据中断后的瞬时钟差恢复设备的结构示意图，本发明实施例为实施例一方法的实现提供服务，可配置上述实施例二中的装置。图5示出了适于用来实现本发明实施方式的示例性设备12的框图。图5显示的设备12仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。[0097]如图5所示，设备12以通用计算设备的形式表现。设备12的组件可以包括但不限于：一个或者多个处理器或者处理单元16，系统存储器28，连接不同系统组件包括系统存储器28和处理单元16的总线18。[0098]总线18表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储器总线或者存储器控制器，外围总线，图形加速端口，处理器或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。举例来说，这些体系结构包括但不限于工业标准体系结构(isa)总线，微通道体系结构(mac)总线，增强型isa总线、视频电子标准协会(vesa)局域总线以及外围组件互连(pci)总线。[0099]设备12典型地包括多种计算机系统可读介质。这些介质可以是任何能够被设备12访问的可用介质，包括易失性和非易失性介质，可移动的和不可移动的介质。[0100]系统存储器28可以包括易失性存储器形式的计算机系统可读介质，例如随机存取存储器(ram)30和/或高速缓存存储器32。设备12可以进一步包括其它可移动/不可移动的、易失性/非易失性计算机系统存储介质。仅作为举例，存储系统34可以用于读写不可移动的、非易失性磁介质(图5未显示，通常称为“硬盘驱动器”)。尽管图5中未示出，可以提供用于对可移动非易失性磁盘(例如“软盘”)读写的磁盘驱动器，以及对可移动非易失性光盘(例如cd-rom,dvd-rom或者其它光介质)读写的光盘驱动器。在这些情况下，每个驱动器可以通过一个或者多个数据介质接口与总线18相连。存储器28可以包括至少一个程序产品，该程序产品具有一组(例如至少一个)程序模块，这些程序模块被配置以执行本发明各实施例的功能。[0101]具有一组(至少一个)程序模块42的程序/实用工具40，可以存储在例如存储器28中，这样的程序模块42包括但不限于操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。程序模块42通常执行本发明所描述的实施例中的功能和/或方法。[0102]设备12也可以与一个或多个外部设备14(例如键盘、指向设备、显示器24等)通信，还可与一个或者多个使得用户能与该设备12交互的设备通信，和/或与使得该设备12能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如网卡，调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(i/o)接口22进行。并且，设备12还可以通过网络适配器20与一个或者多个网络(例如局域网(lan)，广域网(wan)和/或公共网络，例如因特网)通信。如图5所示，网络适配器20通过总线18与设备12的其它模块通信。应当明白，尽管图中未示出，可以结合设备12使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、raid系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。[0103]处理单元16通过运行存储在系统存储器28中的程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，例如实现本发明实施例一方法。[0104]实施例四[0105]本实施例提供了一种包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行实施例一方法。[0106]本发明实施例的计算机存储介质，可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(cd-rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。[0107]计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。[0108]计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、电线、光缆、rf等等，或者上述的任意合适的组合。[0109]可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码，程序设计语言包括面向对象的程序设计语言，诸如java、smalltalk、c++，还包括常规的过程式程序设计语言，诸如“c”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络包括局域网(lan)或广域网(wan)，连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。[0110]当然，本发明实施例所提供的一种包含计算机可执行指令的存储介质,其计算机可执行指令不限于如上的方法操作，还可以执行本发明任意实施例所提供的方法中的相关操作。[0111]对于本发明进行实验对比，实验数据采用的是国际gnss服务(igs)提供的brux和ptbb站为例，其中brux为基站，ptbb为用户测站，结果如图6所示，可以看出本发明恢复的数据非常接近于完整数据。