基于BD3的多卫星综合授时方法、系统、设备及介质与流程

基于bd3的多卫星综合授时方法、系统、设备及介质技术领域1.本发明涉及卫星授时技术领域，尤其涉及一种基于bd3的多卫星综合授时方法、系统、设备及介质。背景技术：2.随着社会的飞速发展，高精度授时已然成为当今高新技术的必然需求，在通信、电力、航空航天等领域中，设备对授时精度的要求越来越高，尤其在电力系统控制负荷、配电自动化、精准调控等业务中，低延时高精度是保障电力系统业务安全稳定进行的基本保障之一；同时，在国家有关部门的大力推动下，北斗卫星系统稳步推进，北斗三号卫星(beidou-3，bd3)是我国自主研发的第三代的卫星导航系统，可为全球的用户提供高精度定位、低延时短报文通信以及高精度授时服务。3.然而，传统的卫星授时方法存在以下缺陷：4.1)单一卫星授时难以降低特殊情况下误差对设备授时影响的问题：在单一卫星授时过程中，若出现卫星星历等卫星性能以及链路干扰等通信性能变差的特殊情况，将导致授时信息出现较大误差，其误差对设备授时性能影响大，且难以通过利用多卫星授时信息加以平衡。5.2)设备时间同步时的授时卫星难以选择的问题：设备处于bd3多卫星通信覆盖下，受卫星钟误差、卫星星历误差电离层时延改正误差影响，卫星授时性能存在差异，且星历误差等卫星授时性能较好的卫星可能由于通信链路波动而导致授时误差出现波动，因此，如何选择授时误差较小，且链路波动小的卫星为设备授时是一个问题。6.因此，针对传统卫星授时方法存在的缺陷，亟需考虑利用bd3卫星系统实现一种安全性、可靠性以及延时和精度满足电力业务时间同步需求的高精度授时方法。技术实现要素：7.本发明提供了一种基于bd3的多卫星综合授时方法、系统、设备及介质，解决的技术问题是，现有的卫星授时方法存在单一卫星授时难以降低特殊情况下误差对设备授时影响以及设备时间同步时的授时卫星难以选择的问题。8.为解决以上技术问题，本发明提供了一种基于bd3的多卫星综合授时方法、系统、设备及介质。9.第一方面，本发明提供了一种基于bd3的多卫星综合授时方法，所述方法包括以下步骤：10.确定每颗bd3授时卫星的卫星高度角，并根据所述卫星高度角，计算得到每颗bd3授时卫星的卫星高度角权重；11.对所有bd3授时卫星进行组合，生成不同的授时卫星组合；12.在每轮迭代中，遍历所有授时卫星组合，并根据各授时卫星组合中的卫星高度角权重，计算得到卫星授时权重；13.根据卫星授时权重进行终端设备授时，并根据卫星授时权重计算卫星组合授时误差；14.根据每轮迭代的卫星组合授时误差，剔除不满足授时条件的授时卫星组合，以在达到最大迭代轮数时，筛选出用于终端设备授时的最优授时卫星组合。15.在进一步的实施方案中，所述每轮迭代的卫星组合授时误差，剔除不满足授时条件的授时卫星组合的步骤包括：16.根据每轮迭代的卫星组合授时误差，确定每轮迭代的授时误差变化动态阈值；17.在每轮迭代中，根据授时误差变化动态阈值，剔除不满足授时条件的授时卫星组合。18.在进一步的实施方案中，所述卫星高度角权重的计算公式为：[0019][0020]式中，ξm(i)表示在第i轮迭代中，第m颗bd3授时卫星的卫星高度角权重；wm,i(i)表示在第i轮迭代中，第m颗bd3授时卫星的卫星高度角。[0021]在进一步的实施方案中，所述卫星授时权重的计算公式为：[0022][0023]式中，vm(i)表示在第i轮迭代中，卫星sm的卫星授时权重；sm表示第m颗bd3授时卫星；ssel,n(i)表示第i轮迭代中，终端设备选择的所有授时卫星组合的卫星集合。[0024]在进一步的实施方案中，所述卫星组合授时误差表示为：[0025][0026]式中，τn(i)表示在第i轮迭代中，第n种授时卫星组合的卫星组合授时误差；αn(i)表示在第i轮迭代中，第n种授时卫星组合的指示变量；vm(i)表示在第i轮迭代中，卫星sm的卫星授时权重；timen,m(i)表示在第i轮迭代中，第n种授时卫星组合中卫星sm的卫星授时误差，其值服从正态分布；m表示bd3授时卫星总数。[0027]在进一步的实施方案中，第n种授时卫星组合的指示变量表示为：[0028][0029]式中，αn(i+1)表示在第i+1轮迭代时，第n种授时卫星组合的指示变量；τn(i)表示在第i轮迭代中，第n种授时卫星组合的卫星组合授时误差；δτmax(i)表示第i轮迭代时的授时误差变化动态阈值。[0030]在进一步的实施方案中，在每轮迭代中，授时误差变化动态阈值的计算公式为：[0031][0032]其中，[0033][0034][0035]式中，δτmax(i+1)表示第(i+1)轮迭代时的授时误差变化动态阈值；n(i)表示每轮迭代中筛选后的授时卫星组合总数；γ表示收敛系数，γ＝σi,σ∈{0,1}；hn表示到第i轮迭代，选择第n种授时卫星组合得到的授时误差变化平均值；λn表示到第i轮迭代，选择第n种授时卫星组合得到的授时误差平均值。[0036]第二方面，本发明提供了一种基于bd3的多卫星综合授时系统，所述系统包括：[0037]高度角权重确定模块，用于确定每颗bd3授时卫星的卫星高度角，并根据所述卫星高度角，计算得到每颗bd3授时卫星的卫星高度角权重；[0038]卫星组合生成模块，用于对所有bd3授时卫星进行组合，生成不同的授时卫星组合；[0039]卫星授时迭代模块，用于在每轮迭代中，遍历所有授时卫星组合，并根据各授时卫星组合中的卫星高度角权重，计算得到卫星授时权重；还用于根据卫星授时权重进行终端设备授时，并根据卫星授时权重计算卫星组合授时误差；[0040]卫星组合更新模块，用于根据每轮迭代的卫星组合授时误差，剔除不满足授时条件的授时卫星组合，以在达到最大迭代轮数时，筛选出用于终端设备授时的最优授时卫星组合。[0041]第三方面，本发明还提供了一种计算机设备，包括处理器和存储器，所述处理器与所述存储器相连，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器中存储的计算机程序，以使得所述计算机设备执行实现上述方法的步骤。[0042]第四方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。[0043]本发明提供了一种基于bd3的多卫星综合授时方法、系统、设备及介质，所述方法通过利用高度角权重，对所选择授时卫星的授时信息加权完成授时，同时为降低授时误差同时降低链路波动对授时的影响，实现高精度、稳定的授时，本发明利用授时误差变化动态阈值排除授时误差变化较大授时卫星组合，提高授时精确性。与现有技术相比，该方法利用高度角权重，避免了单一卫星授时过程中卫星星历等卫星性能以及链路干扰等通信性能变差的特殊情况导致授时信息出现较大误差时，设备缺少多卫星授时信息加以平衡的问题；同时利用授时误差变化动态阈值，排除授时误差变化较大的授时卫星组合，减小了链路波动对于授时性能的影响。附图说明[0044]图1是本发明实施例提供的基于bd3的多卫星综合授时方法流程示意图；[0045]图2是本发明实施例提供的多卫星综合授时架构示意图；[0046]图3是本发明实施例提供的基于bd3的多卫星综合授时系统框图；[0047]图4是本发明实施例提供的计算机设备的结构示意图。具体实施方式[0048]下面结合附图具体阐明本发明的实施方式，实施例的给出仅仅是为了说明目的，并不能理解为对本发明的限定，包括附图仅供参考和说明使用，不构成对本发明专利保护范围的限制，因为在不脱离本发明精神和范围基础上，可以对本发明进行许多改变。[0049]参考图1，本发明实施例提供了一种基于bd3的多卫星综合授时方法，如图1所示，该方法包括以下步骤：[0050]s1.确定每颗bd3授时卫星的卫星高度角，并根据所述卫星高度角，计算得到每颗bd3授时卫星的卫星高度角权重。[0051]如图2所示，本实施例将bd3系统作为授时卫星，多颗授时卫星均可以向用户发出授时信号，其中，bd3系统是我国自主研制的、全天候卫星导航定位系统，其具有授时、定位、通信三大功能，bd3系统能够利用短报文通信，而且其通信抗干扰能力强，点对点通信时延低，可以满足电力系统秒控业务等授时精度需求。[0052]在多卫星授时过程中，bd3授时卫星的授时信号传输性能和bd3授时卫星与终端设备间的高度角有关，具体来说，bd3授时卫星与终端设备间的高度角越高，卫星时间信息传递性越好，对终端设备授时越精准，通过对卫星高度角加权平均可实现多卫星对终端设备的精准授时；同时，受卫星星历等卫星授时性能以及链路干扰等通信性能影响，不同卫星授时性能存在差异，选择授时性能较好的卫星可以实现更精准的终端设备授时。[0053]本实施例假设不同bd3授时卫星的卫星高度角在不同迭代中动态变化，而在某一轮迭代中保持不变，因此，在每轮迭代开始时，终端设备可根据卫星高度角计算所有bd3授时卫星的卫星高度角权重，在本实施例中，卫星高度角权重的计算公式为：[0054][0055]式中，ξm(i)表示在第i轮迭代中，第m颗bd3授时卫星的卫星高度角权重；wm,i(i)表示在第i轮迭代中，第m颗bd3授时卫星的卫星高度角。[0056]s2.对所有bd3授时卫星进行组合，生成不同的授时卫星组合。[0057]在授时场景中，若共有m颗bd3授时卫星可为终端设备进行授时，定义卫星集合为s＝{s1,...,sm,...,sm}，每颗bd3授时卫星相对于终端设备的高度角不同，定义存在i轮迭代优化，在第i轮迭代过程中，终端设备所有可选卫星组合的集合为cn(i)∈{c1,...,cn,...,cn(i)}，cn表示第n种授时卫星组合，终端设备通过多轮迭代优化逐渐排除不满足授时条件或者授时误差较差的授时卫星组合，使授时卫星组合选择收敛至最优，每轮迭代优化中，终端设备遍历选择n(i)种卫星组合，其中，由于每轮迭代优化会排除不满足授时条件或者授时误差较差的授时卫星组合，因此，每轮迭代优化对应的n(i)值不同，n(i)表示每轮迭代优化中筛选后的授时卫星组合总数，即每轮迭代终端可执行n(i)次卫星组合选择，选择卫星组合后，根据所选组合中的卫星高度角权重计算卫星授时权重，并利用卫星授时权重完成授时。[0058]s3.在每轮迭代中，遍历所有授时卫星组合，并根据各授时卫星组合中的卫星高度角权重，计算得到卫星授时权重。[0059]在每轮迭代中，终端设备选择授时卫星组合后，终端设备可根据所选授时卫星组合中的不同卫星高度角权重，计算得到所选择的卫星的授时权重，在本实施例中，卫星授时权重的计算公式为：[0060][0061]式中，vm(i)表示在第i轮迭代中，卫星sm的卫星授时权重；ξm(i)表示在第i轮迭代中，卫星sm的卫星高度角权重；sm表示第m颗bd3授时卫星；ssel,n(i)表示第i轮迭代中，终端设备选择的所有授时卫星组合的卫星集合。[0062]s4.根据卫星授时权重进行设备授时，并根据卫星授时权重计算卫星组合授时误差。[0063]本实施例根据第i轮迭代选择的卫星组合以及卫星授时权重完成终端设备授时，并根据卫星授时权重得到卫星组合授时误差，其中，卫星组合授时误差可表示为：[0064][0065]式中，τn(i)表示在第i轮迭代中，第n种授时卫星组合的卫星组合授时误差；αn(i)表示在第i轮迭代中，第n种授时卫星组合的指示变量；vm(i)表示在第i轮迭代中，卫星sm的卫星授时权重；timen,m(i)表示在第i轮迭代中，第n种授时卫星组合中卫星sm的卫星授时误差，其值服从正态分布，与发送设备和接收设备相关；m表示bd3授时卫星总数。[0066]本实施例定义αn(i)∈{0，1}为第n种授时卫星组合的指示变量，授时卫星组合的指示变量集合可表示为χ(i)＝{α1(i),...,αn(i),...,αn(i)(i)}，本发明实施例根据选择的授时卫星组合的授时误差变化差值确定对应的指示变量取值，αn(i)＝1表示在第i轮迭代时，第n种授时卫星组合可被选择；αn(i)＝0表示在第i轮迭代时，第n种授时卫星组合不满足授时精度要求，第n种授时卫星组合会被剔除，该授时卫星组合不再参与下一次迭代的授时，需要说明的是，由于终端设备会通过多轮迭代排除不满足授时精度要求的授时卫星组合，因此，随着迭代轮次的增加，每轮总卫星组合选择次数逐渐减少，可表示为该公式表示：第i轮迭代时，可选的授时卫星组合总数为授时卫星组合指示变量的卫星组合数，由于第i轮迭代开始时，授时卫星组合指示变量集合未经过删减，即为第(i-1)轮迭代筛选后的授时卫星组合总数，因此，其求和上标为n(i-1)。[0067]本发明通过授时卫星反馈进化法，排除授时性能差的授时卫星组合，减少每轮迭代中可选择卫星组合以减少选择次数，并最终实现最优授时卫星组合，由于受卫星与终端间授时链路性能波动影响，bd3授时卫星sm每次为终端授时得到的授时误差存在一定的波动，为降低授时误差同时降低链路波动对授时的影响，实现高精度、稳定的授时，本发明实施例设置了动态的授时误差变化阈值，提高授时卫星组合排除效率。[0068]具体地，在本实施例中，若在第i轮迭代中，选择的授时卫星组合为终端设备授时后得到的授时误差变化大于授时误差变化动态阈值，则令第n种授时卫星组合的指示变量αn(i)＝0，在第i+1轮迭代时，不再选择该卫星组合，第n种授时卫星组合的指示变量可以表示为：[0069][0070]其中，由于卫星授时性能与链路波动信息未知，第一轮迭代时可容忍授时卫星存在较大的授时误差变化，而随着迭代轮数的增加，逐渐减小授时误差变化阈值，以排除授时误差变化较大授时卫星组合，减小链路波动对于授时性能的影响，授时误差变化动态阈值进一步表示为：[0071][0072]式中，αn(i+1)表示在第i+1轮迭代时，第n种授时卫星组合的指示变量；τn(i)表示在第i轮迭代中，第n种授时卫星组合的卫星组合授时误差；δτmax(i)表示第i轮迭代时的授时误差变化动态阈值；n(i)表示每轮迭代中筛选后的授时卫星组合总数；γ表示收敛系数，γ＝σi,σ∈{0,1}，随着迭代次数的增加，收敛系数逐渐减小；表示到第i轮迭代，选择第n种授时卫星组合得到的授时误差变化平均值；表示到第i轮迭代，选择第n种授时卫星组合得到的授时误差平均值。[0073]由上述指示变量表达式可知，随着迭代次数的增加，授时误差变化阈值逐渐减小，终端设备的越来越倾向于选择能够减小授时误差且授时误差变化小的授时卫星组合。[0074]s5.根据每轮迭代的卫星组合授时误差，剔除不满足授时条件的授时卫星组合，以在达到最大迭代轮数时，筛选出用于设备授时的最优授时卫星组合。[0075]由于授时性能受卫星组合授时误差和授时误差变化共同影响，因此，在后续迭代中，通过授时误差变化动态阈值进一步筛选授时卫星组合，直至满足最大迭代轮数。[0076]本实施例提供了一种基于bd3的多卫星综合授时方法，所述方法利用高度角权重为终端设备授时，避免了单一卫星授时过程中卫星星历等卫星性能以及链路干扰等通信性能变差的特殊情况导致授时信息出现较大误差时，设备缺少多卫星授时信息加以平衡的问题；同时利用授时误差变化动态阈值排除授时误差变化较大授时卫星组合，从而降低授时误差和链路波动对于授时性能的影响，实现高精度、稳定的授时。相比于现有技术，本发明实施例利用高度角权重加权多卫星时间同步信息，同时利用授时误差信息，通过不断迭代，排除不符合授时要求的卫星组合，逐渐使授时卫星组合收敛至最优，完成设备授时的多卫星选择。[0077]需要说明的是，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本技术实施例的实施过程构成任何限定。[0078]在一个实施例中，如图3所示，本发明实施例提供了一种基于bd3的多卫星综合授时系统，所述系统包括：[0079]高度角权重确定模块101，用于确定每颗bd3授时卫星的卫星高度角，并根据所述卫星高度角，计算得到每颗bd3授时卫星的卫星高度角权重；[0080]卫星组合生成模块102，用于对所有bd3授时卫星进行组合，生成不同的授时卫星组合；[0081]卫星授时迭代模块103，用于在每轮迭代中，遍历所有授时卫星组合，并根据各授时卫星组合中的卫星高度角权重，计算得到卫星授时权重；还用于根据卫星授时权重进行终端设备授时，并根据卫星授时权重计算卫星组合授时误差；[0082]卫星组合更新模块104，用于根据每轮迭代的卫星组合授时误差，剔除不满足授时条件的授时卫星组合，以在达到最大迭代轮数时，筛选出用于终端设备授时的最优授时卫星组合。[0083]关于一种基于bd3的多卫星综合授时系统的具体限定可以参见上述对于一种基于bd3的多卫星综合授时方法的限定，此处不再赘述。本领域普通技术人员可以意识到，结合本技术所公开的实施例描述的各个模块和步骤，能够以硬件、软件或者两者结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本技术的范围。[0084]本发明实施例提供了一种基于bd3的多卫星综合授时系统，所述系统通过结合北斗三代卫星的卫星高度角权重，实现了对所选择授时卫星的授时信息加权完成高精度授时，同时通过设置每轮迭代的授时误差变化动态阈值，通过不断迭代，使授时误差变化阈值逐渐减小，以在达到最大迭代轮数时，筛选出用于终端设备授时的最优授时卫星组合，提高了授时卫星组合筛选效率。与现有技术相比，本技术结合bd3授时卫星高度角权重和动态的授时误差变化阈值，提高了现有卫星系统的授时性能和授时精度，具有授时准确性好、系统误差小等特点。[0085]图4是本发明实施例提供的一种计算机设备，包括存储器、处理器和收发器，它们之间通过总线连接；存储器用于存储一组计算机程序指令和数据，并可以将存储的数据传输给处理器，处理器可以执行存储器存储的程序指令，以执行上述方法的步骤。[0086]其中，存储器可以包括易失性存储器或非易失性存储器，或可包括易失性和非易失性存储器两者；处理器可以是中央处理器、微处理器、特定应用集成电路、可编程逻辑器件或其组合。通过示例性但不是限制性说明，上述可编程逻辑器件可以是复杂可编程逻辑器件、现场可编程逻辑门阵列、通用阵列逻辑或其任意组合。[0087]另外，存储器可以是物理上独立的单元，也可以与处理器集成在一起。[0088]本领域普通技术人员可以理解，图4中示出的结构，仅仅是与本技术方案相关的部分结构的框图，并不构成对本技术方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有相同的部件布置。[0089]在一个实施例中，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。[0090]本发明实施例提供的一种基于bd3的多卫星综合授时方法、系统、设备及介质，其一种基于bd3的多卫星综合授时方法利用高度角权重加权多卫星时间同步信息，避免了单一卫星授时过程中卫星星历等卫星性能以及链路干扰等通信性能变差的特殊情况导致授时信息出现较大误差时，设备缺少多卫星授时信息加以平衡的问题，同时利用获取的授时误差和每次迭代的授时误差变化动态阈值，通过不断迭代，排除不符合授时要求的卫星组合，逐渐使授时卫星组合收敛至最优，完成设备授时的多卫星选择，提高了授时精确性和可靠性，具有精度高、抗干扰能力强的特点。[0091]在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，dvd)、或者半导体介质(例如ssd)等。[0092]本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。[0093]以上所述实施例仅表达了本技术的几种优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。