一种虚拟卫星共视实时时间同步装置及其同步方法

本发明属于卫星导航授时和时间频率传递等领域，具体涉及一种虚拟卫星共视实时时间同步装置，还涉及一种虚拟卫星共视实时时间同步方法。

背景技术：

1、高精度实时时间比对和时间同步技术是时空基准建立与维持的关键技术之一，且广泛应用于科学和工程领域，如阵列天线、雷达组网、电网、金融等领域。本发明利用北斗三号全球卫星导航系统(bds-3)，实现基于虚拟卫星共视的高精度时间同步装置，与其他导航系统相比，北斗三号全球卫星导航系统的导航卫星由meo卫星(中轨道卫星)星座、geo卫星(地球同步轨道卫星)星座和igso卫星(倾斜地球同步轨道卫星)星座组成，在亚太地区的北斗三号全球卫星导航系统接收机能全天时、全天候获取到geo卫星的观测数据，为亚太地区北斗三号全球卫星导航系统接收机的全天时共视提供了便利条件。

2、为了解决传统gnss共视时间传递、时间同步中需要通过通信链路实时传输共视时差数据的不足，本发明提出了一种虚拟卫星共视实时时间同步装置及其同步方法，虚拟卫星共视实时时间同步装置在亚太地区选择北斗三号全球卫星导航系统中3颗geo卫星的某一颗geo卫星作为时间参考的虚拟共视卫星，且所有虚拟卫星共视实时时间同步装置都选择同一颗geo共视卫星，因此虚拟卫星共视实时时间同步装置仅与该颗geo共视卫星同步，即可实现虚拟卫星共视实时时间同步装置之间的高精度时间同步，解决了传统卫星共视中依赖通信链路传输共视时间比对数据的不足，实现了亚太地区无网络情况下高精度时间同步，为时空基准建立与维持的国家战略需求建设提供一种关键技术支撑。

3、与传统卫星共视技术相比，本发明提出的基于北斗geo卫星的虚拟卫星共视实时时间同步装置及其同步方法，解决了传统共视时间传递技术对通信链路依赖的不足之处，为无网络环境下实时高精度时间同步、时间比对提供了一种新方法。虚拟卫星共视实时时间同步装置，设计了基于geo卫星的实时高精度虚拟卫星共视时间比对方法，根据虚拟卫星共视时间比对数据和实时测量硬件时差，实时校准虚拟卫星共视实时时间同步装置输出1pps脉冲的相位，最终实现亚太地区无网络情况下多台虚拟卫星共视实时时间同步装置之间的高精度时间同步。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对现有卫星共视技术依赖数据通信链路的不足之处，提供一种虚拟卫星共视实时时间同步装置，还提供一种虚拟卫星共视实时时间同步方法。

2、本发明的上述目的通过以下技术手段实现：

3、一种虚拟卫星共视实时时间同步装置，包括gnss天线模块，还包括原始观测数据获取模块，

4、原始观测数据获取模块，用于通过gnss天线模块获取导航系统的gnss信号，并生成原始伪距观测数据、原始载波相位观测数据、以及广播星历发送给虚拟卫星共视时间比对模块，还用于生成接收机系统时间1pps脉冲发送给高精度时间间隔测量模块，

5、高精度时间间隔测量模块，用于接收时差补偿模块输出的本地1pps脉冲，并根据接收机系统时间1pps脉冲和本地1pps脉冲的时间间隔生成硬件时差数据发送到时差补偿模块，

6、虚拟卫星共视时间比对模块，用于计算原始观测数据获取模块中接收机系统时间与n号geo卫星系统时间之间的时间偏差数据并输出给时差补偿模块；

7、时差补偿模块，用于根据时间偏差数据和硬件时差数据，实时计算本地1pps脉冲与选定的n号geo卫星系统时间之间的时间同步误差并发送到时间信号产生模块，对时间信号产生模块输出的本地1pps脉冲的相位进行校准。

8、一种虚拟卫星共视实时时间同步装置，还包括本地参考时钟，本地参考时钟分别为原始观测数据获取模块、高精度时间间隔测量模块、以及时间信号产生模块提供10mhz时钟。

9、如上所述时差补偿模块根据时间偏差数据实时计算本地参考时钟的频率偏差，并根据本地参考时钟的频率偏差输出频率控制信号到本地参考时钟，校准本地参考时钟输出的10mhz信号的频率。

10、如上所述时间偏差数据通过以下方式获取：

11、虚拟卫星共视时间比对模块依据获取的所有导航卫星的原始伪距观测数据、原始载波相位观测数据和广播星历，采用精密单点定位方法实时解算gnss天线位置，然后根据精密单点定位解算的gnss天线位置、广播星历、选定的n号geo卫星的原始伪距观测数据和原始载波相位观测数据，实时计算原始观测数据获取模块中接收机系统时间与n号geo卫星系统时间之间的时间偏差数据。

12、如上所述本地参考时钟输出的10mhz时钟信号作为高精度时间间隔测量模块的参考时钟。

13、如上所述时间信号产生模块以本地参考时钟提供的10mhz时钟，采用同步分频方式产生本地1pps脉冲。

14、基于北斗geo的虚拟卫星共视实时时间同步方法，包括以下步骤：

15、步骤1、原始观测数据获取模块通过gnss天线模块接收多导航系统的gnss信号，输出原始伪距观测数据、原始载波相位观测数据、以及广播星历给虚拟卫星共视时间比对模块，同时输出的接收机系统时间1pps脉冲输出给高精度时间间隔测量模块，并将接收机系统时间1pps脉冲作为高精度时间间隔测量模块的开始信号；

16、步骤2、虚拟卫星共视时间比对模块利用原始观测数据获取模块输出的原始伪距观测数据、原始载波相位观测数据和广播星历，采用精密单点定位方法实时解算虚拟卫星共视实时时间同步装置的gnss天线位置，然后根据解算的gnss天线位置、广播星历、n号geo卫星的原始伪距观测数据和原始载波相位观测数据，实时计算原始观测数据获取模块中接收机系统时间与n号geo卫星系统时间之间的时间偏差，并将解算的时间偏差数据输出给时差补偿模块；

17、步骤3、高精度时间间隔测量模块以本地参考时钟提供的高精度10mhz时钟信号为频率参考源，将原始观测数据获取模块输出的接收机系统时间1pps脉冲作为开始信号，将时间信号产生模块输出的本地1pps脉冲作为结束信号，实时测量开始信号和结束信号的时间间隔作为硬件时差数据，并将测量的硬件时差数据输出给时差补偿模块；

18、步骤4、时差补偿模块根据时间偏差数据和硬件时差数据，实时计算本地1pps脉冲与n号geo卫星系统时间之间的时间同步误差，并将时间同步误差发送到时间信号产生模块，并实时校准时间信号产生模块输出的本地1pps脉冲的相位，实现虚拟卫星共视实时时间同步装置与n号geo卫星之间的高精度时间同步，同时时差补偿模块根据时间偏差数据实时计算本地参考时钟的频率偏差，并根据本地参考时钟的频率偏差输出频率控制信号到本地参考时钟，校准本地参考时钟输出的10mhz信号的频率；

19、步骤5、多台虚拟卫星共视实时时间同步装置同时选择n号geo卫星作为参考时间来源，实现在不交换数据情况下的虚拟卫星共视实时时间同步装置之间的时间同步。

20、本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：

21、1、与传统卫星共视时间传递技术，本发明提出的虚拟卫星共视实时时间同步方法不需要通信链路传递共视时间比对数据，为空中、海上等无网络环境下高精度时间同步提供了一种新方法；

22、2、虚拟卫星共视实时时间同步装置利用获取的原始伪距观测数据、原始载波相位观测数据和广播星历，采用精密单点定位方法，实时解算gnss天线位置，使得虚拟卫星共视实时时间同步装置可实现动态时间同步，解决了传统卫星共视技术仅用于静态测站之间的时间本比对、时间同步的不足之处；

23、3、虚拟卫星共视实时时间同步装置以北斗三号全球导航系统的某一颗geo卫星的系统时间为时间比对参考，多台虚拟卫星共视实时时间同步装置通过该颗geo卫星实现高精度实时时间同步；

24、4、与现有精密单点定位(ppp)高精度实时时间同步技术相比，本发明仅需要获取gnss导航系统的原始伪距观测数据和原始载波相位观测数据、广播星历，就可实现多台虚拟卫星共视实时时间同步装置之间实时高精度无网络情况下高精度同步。