分布式星座时间基准建立的本地时间生成方法及装置与流程

本技术涉及导航，具体地，涉及一种分布式星座时间基准建立的本地时间生成方法及装置。

背景技术：

1、全球导航卫星系统(global navigation satellite system，gnss)是目前应用最广泛、使用最方便的导航、定位与授时的手段，是国家重要信息基础和战略设施，是体现国家综合国力的重要标志。在卫星导航系统中，精确的导航主要依赖于精确的时间。精确的时间来自于精确的时频基准信号。高精度的卫星时间基准信号是整个卫星导航系统实现导航定位、授时和测速的基础，要求具有良好的稳定度、准确度和连续性。

2、目前，gnss的系统时间基准均在地面建立和维持，由一个主控站或两个相互备份的主控站内集中式放置的时间系统产生和保持。时间系统主要由守时型原子钟组及测量比对系统、外部溯源比对系统、数据处理系统以及信号产生系统等构成。地面测定各卫星与系统时间基准的卫星钟差模型参数，通过上行链路将卫星钟差模型参数上注至卫星，卫星在两次注入间隔时间内利用星载原子钟的守时能力保持本地时间。主控站产生的系统时间基准通过时频比对链路与国家标准时间utc(universal time coordinated)进行比对、完成向utc的溯源。

3、卫星导航系统中单星时间生成与维持系统采用主备冗余的设计理念，利用主备钟切换方式保证单星时间基准的连续性和稳健性，其自主时间维持能力取决于单台星载原子钟性能。然而，卫星钟主备路切换过程中可能引起卫星钟信号相位的不连续问题，进而影响pnt服务质量。目前，伽利略卫星导航系统星载时频系统提出一种基于原子钟组的多台原子钟共同参与卫星钟生成的星载时频系统(cmcu+)，其设计理念在于将4台原子钟同时纳入单星本地时间生成中，利用时间尺度算法综合4台原子钟的优势稳定度特性，从而提升卫星钟的稳定度。

4、可以看出，以上提到的卫星导航系统单星时间生成与维持系统主要采用主备冗余的设计理念，卫星的自主时间维持能力主要依赖单台星载原子钟的性能；伽利略卫星导航系统星载时频系统拟采用多台星载原子钟共同参与卫星钟信号的生成与维持，进而提升单星的自主时间维持能力，但这些方法均局限于本星时间的生成与维持。

技术实现思路

1、为了克服现有技术中的至少一个不足，本技术实施例提供一种分布式星座时间基准建立的本地时间生成方法及装置。

2、第一方面，提供一种分布式星座时间基准建立的本地时间生成方法，包括：

3、根据多台原子钟的输出信号以及晶振的输出信号，确定纸面时；

4、对纸面时进行频率调控，得到纸面时的本地物理化信号；

5、确定目标卫星与星座内其他卫星之间的钟差；

6、基于目标卫星与星座内其他卫星之间的钟差，确定星座综合原子时；

7、针对纸面时的本地物理化信号和星座综合原子时，基于dds调频方法进行处理，确定目标卫星的本地时间。

8、在一个实施例中，基于目标卫星与星座内其他卫星之间的钟差，确定星座综合原子时，采用以下公式：

9、

10、其中，δt为星座综合原子时，tk,m(t)为目标卫星k与星座内第m个卫星之间的钟差，w′m(t)为星座内第m个卫星的本地时间在星座综合原子时中所占比重，m为星座内卫星的数量。

11、在一个实施例中，针对纸面时的本地物理化信号和星座综合原子时，基于dds调频方法进行处理，确定目标卫星的本地时间，包括：

12、将星座综合原子时转换为频差；

13、针对纸面时的本地物理化信号和频差，采用dds调频方法进行处理，输出频率信号；

14、对纸面时的本地物理化信号和频率信号进行混频、滤波，得到本地时间基准信号；

15、对本地时间基准信号进行相位噪声提纯，确定目标卫星的本地时间。

16、在一个实施例中，根据多个原子钟的输出信号以及晶振的输出信号，确定纸面时，采用以下公式：

17、

18、其中，ta(t)表示纸面时，n为原子钟的数量，wi(t)为第i台原子钟在n台原子钟中的权重，为经异常值处理后的第i台原子钟的输出信号与晶振的输出信号之间的相位差。

19、在一个实施例中，第i台原子钟在n台原子钟中的权重wi(t)，采用以下公式确定：

20、

21、其中，σi表示第i台原子钟的频率稳定度，n为原子钟的数量。

22、第二方面，提供一种分布式星座时间基准建立的本地时间生成装置，包括：

23、纸面时确定模块，用于根据多台原子钟的输出信号以及晶振的输出信号，确定纸面时；

24、频率调控模块，用于对纸面时进行频率调控，得到纸面时的本地物理化信号；

25、钟差确定模块，用于确定目标卫星与星座内其他卫星之间的钟差；

26、星座综合原子时生成模块，用于基于目标卫星与星座内其他卫星之间的钟差，确定星座综合原子时；

27、本地时间确定模块，用于针对纸面时的本地物理化信号和星座综合原子时，基于dds调频方法进行处理，确定目标卫星的本地时间。

28、在一个实施例中，星座综合原子时生成模块，用于采用以下公式确定星座综合原子时：

29、

30、其中，δt为星座综合原子时，tk,m(t)为目标卫星k与星座内第m个卫星之间的钟差，w′m(t)为星座内第m个卫星的本地时间在星座综合原子时中所占比重，m为星座内卫星的数量。

31、在一个实施例中，本地时间确定模块，包括：

32、星座综合原子时转换模块，用于将星座综合原子时转换为频差；

33、dds模块，用于针对纸面时的本地物理化信号和频差，采用dds调频方法进行处理，输出频率信号；

34、混频和滤波模块，用于对纸面时的本地物理化信号和频率信号进行混频、滤波，得到本地时间基准信号；

35、锁相环，用于对本地时间基准信号进行相位噪声提纯，确定目标卫星的本地时间。

36、在一个实施例中，纸面时确定模块还用于：

37、采用以下公式确定纸面时：

38、

39、其中，ta(t)表示纸面时，n为原子钟的数量，wi(t)为第i台原子钟在n台原子钟中的权重，为经异常值处理后的第i台原子钟的输出信号与晶振的输出信号之间的相位差。

40、在一个实施例中，纸面时确定模块包括权重计算模块，用于：

41、采用以下公式确定第i台原子钟在n台原子钟中的权重wi(t)：

42、

43、其中，σi表示第i台原子钟的频率稳定度，n为原子钟的数量。

44、相对于现有技术而言，本技术具有以下有益效果：本技术提出了一种卫星本地时间与星座时间基准一体化的设计方法，利用dds(direct digital synthesis，直接数字频率合成器)调频方法调整230khz信号的频率实现本地时间与星座时间基准的同步补偿和校准，该方法不仅大大降低了卫星本地时间系统设计的复杂性，而且提高了系统设计的可靠性；星座综合原子时具备传递、融合星座内每颗卫星本地时间的优势稳定度特性，以星座综合原子时为参考调整卫星本地时间，从而使星座时间基准结合了星座内星载原子钟的优势稳定度特性。