一种无通信交互的卫星共视时间同步方法及系统与流程

本发明涉及卫星导航，具体涉及一种无通信交互的卫星共视时间同步方法及系统。

背景技术：

1、高精度时间同步在电力、通信、交通等领域的应用十分广泛。卫星共视技术是目前性价比最优的高精度站间时间同步手段。传统的卫星共视技术需要利用通信链路实现数据交互，要求各共视站点发送自身站点的星地钟差等数据给另一个共视站点或者统一上传给服务器，通过数据交互后实现站间时间比对。对于传统的卫星共视技术，无通信链路时，则无法实现基于卫星共视的时间同步。传统卫星共视中的通信链路主要是以太网，另外还有北斗短报文、卫星通信等手段，无论哪种手段，都需要共视站点能够将己方测量的星地钟差等数据发送出去，由此带来通信链路开销和共视站点的非隐蔽性，同时当通信故障时则无法实现卫星共视。

2、例如，中国专利公开号：cn109309560a，公开了一种基于北斗rdss的共视数据传递与时间同步方法及系统，其步骤：预先设置包括共视基准站和共视接收机的共视数据传递与时间同步系统；由共视基准站发起共视命令报文；共视接收机接到共视报文后，发送共视查询报文1类或者共视查询报文2类；共视基准站接收到共视查询报文后，快速匹配共视卫星号；计算当前共视卫星号时差模型，并按照预先设定频度发送共视数据报文，循环执行；共视接收机接收到共视数据报文，对当前共视卫星号pps进行补偿输出，循环执行；如果共视基准站的当前共视卫星失效，由共视基准站重新发起共视命令报文；如果共视接收机的当前共视卫星失效，重新发送共视查询报文。本发明利用北斗短报文实现数据交互，由此带来通信链路开销和共视站点的非隐蔽性，同时当通信故障时则无法实现卫星共视。

技术实现思路

1、本发明主要是为了解决传统的卫星共视技术需要利用通信链路实现数据交互，由此带来通信链路开销和共视站点非隐蔽性的问题，提供了一种无通信交互的卫星共视时间同步方法及系统，通过选星及定权算法确定可共视卫星及观测权值，该方法无须共视站点对外发送共视数据，消除了共视时间同步对通信链路的依赖，减少了通信开销，且工作过程具备隐蔽性，能够得到不亚于传统共视的站间时间同步精度。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案。

3、一种无通信交互的卫星共视时间同步方法，包括以下步骤：

4、步骤s1：共视站点预先配置；

5、步骤s2：确定共视站点基于卫星的共视关系；

6、步骤s3：计算共视站点本地接收机钟差和观测权值；

7、步骤s4：计算共视站点本地接收机钟差加权平均值；

8、步骤s5：计算共视站点本地时钟钟差；

9、步骤s6：时钟驯服及时间信号(1pps)相位调整；

10、本发明提供了一种无通信交互的卫星共视时间同步方法(以下简称无通信共视)，通过选星及定权算法确定可共视卫星及观测权值，基于计算的共视站点本地时钟钟差调整时钟，使各共视站点的地面时间仅通过可共视卫星同步于gnss系统，从而实现各共视站点的高精度相对同步，该方法无须共视站点对外发送共视数据，消除了共视时间同步对通信链路的依赖，减少了通信开销，且工作过程具备隐蔽性，能够得到不亚于传统共视的站间时间同步精度。与传统卫星时间同步方法相比，无通信共视对共有误差的消除原理及效果与传统共视相同，能够达到不亚于传统共视的站间时间同步性能；由于无通信共视不交换数据，因此通常共视站点无法直接通过共视的方法向标准时间溯源；无通信共视采用单向授时的方法向卫星导航系统时间溯源，因此其绝对时间溯源能力与卫星单向授时相同；无通信共视不需要进行通信和数据交互，减少了通信设备和线路的开销，经济开销较低，有较好的经济性。由此可见，无通信共视特别适用于溯源性能不高于卫星单向授时，但站间时间同步精度要求较高的场合。

11、以共视站点j代表任意一个当前共视站点，对本发明每一个步骤的具体过程展开说明。

12、作为优选，步骤s1中，配置内容包括本共视站点j以及对方共视站点的精确位置坐标、相对时延等参数，以及要进行共视的站点标识及站点属性(主站或者从站)。

13、作为优选，步骤s2中，设置截止高度角为elmin，对于t时刻的观测，共视站点j通过卫星历书及全部共视站点坐标计算t时刻各共视站点对卫星i的卫星高度角{elj,j＝1,…,m}，m表示共视区域内共视站点数量，计算最小卫星高度角eli＝min({elj,j＝1,…,m})，比较eli和elmin，当eli≥elmin成立时，表明所有共视站点基于卫星i建立了共视关系。优选的，elmin典型值为15°。

14、作为优选，步骤s3中，当t时刻区域所有共视站点基于卫星i的共视关系成立，则共视站点j对本共视站点j与卫星i的星地伪距进行时延修正，包括几何时延修正、电离层时延修正、对流层时延修正、sagnac效应改正，以及卫星i的钟差改正，得到t时刻基于卫星i计算的以卫星导航系统时间为参考的共视站点j本地接收机钟差δtj,i(t)；同时共视站点j计算t时刻所有共视站点对卫星i的基于高度角观测权值wi(t)，计算公式为：

15、

16、对于共视时间比对，所有共视站点对同一个可共视卫星i的观测权值相同，同时对所有可共视卫星的观测权值之和应为1，设当前时刻(t时刻)所有共视站点共有k个可共视卫星，则归一化观测权值

17、作为优选，步骤s4中，重复步骤s2-s3，共视站点j用同样的方法依次确定所有共视站点基于共视站点j所有可见卫星的共视关系，假设共获得k个可共视的卫星，则共视站点j基于k个可共视卫星计算得到t时刻k个本地接收机钟差{δtj,i(t)，i＝1,…k}和归一化观测权值{wi′(t)，i＝1,…k}，从而计算得到t时刻共视站点j本地接收机钟差加权平均值计算公式为：

18、

19、作为优选，步骤s5中，对于接收机具备时间参考输入功能并且时间参考信号1pps与本地时钟同步的情况，共视站点j以卫星导航系统时间为参考的本地时钟钟差δtclockj(t)等于t时刻共视站点j本地接收机钟差加权平均值计算公式为：

20、

21、对于接收机时钟未使用共视站点本地时钟作为参考的情况，则需要使用时间间隔测量单元实时测量接收机时间与本地时间的偏差tic(t)，计算t时刻共视站点j本地时钟钟差δtclockj(t)，计算公式为：

22、

23、作为优选，步骤s6中，对共视站点j本地时钟进行驯服并调整时间信号相位，消除t时刻本地时钟钟差δtclockj(t)，使仅基于可共视卫星得到的本地时间同步于卫星导航系统时间，输出时间信号，如1pps；本共视站点j本时刻(t时刻)时间同步结束。

24、作为优选，还包括：采用同步骤s1-s6的方法得到其余共视站点t时刻本地时钟钟差并进行钟差调整，最终使t时刻所有共视站点的时间基于相同的可共视卫星同步于卫星导航系统时间，由于所有共视站点仅使用相同的可共视卫星参与计算本地钟差，从而使得t时刻所有共视站点的站间钟差实质上符合共视时间同步原理，然后进行下一时刻的时间同步。

25、一种无通信交互的卫星共视时间同步系统，采用上述的一种无通信交互的卫星共视时间同步方法，采用有时间参考输入功能的时频传递型接收机时，所述系统包括时频传递型接收机、时钟单元和数据处理及控制单元；采用无时间参考输入功能的普通接收机时，所述系统包括普通接收机、时钟单元、数据处理及控制单元和时间间隔测量单元。具体的，对于采用有时间参考输入功能的时频传递型接收机，核心功能模块主要包括时频传递型接收机、时钟单元、数据处理及控制单元。时频传递型接收机通过天线接收gnss卫星信号，输出伪距观测信息和卫星星历等数据；数据处理及控制单元根据共视站点配置信息和接收机观测数据等建立站点共视关系，并按照本文所述方法计算接收机本地钟差，根据钟差计算值生成频率控制字及相位修正量并发给时钟单元；时钟单元生成和保持时频信号(主要包括10mhz和1pps信号)，根据频率控制字及相位修正量对时频源进行驯服和对输出1pps相位进行调整，从而使时钟单元的1pps输出同步于gnss系统。对于采用无时间参考输入功能的普通接收机，核心功能模块主要包括普通接收机、时钟单元、数据处理及控制单元、时间间隔测量单元。普通接收机通过天线接收gnss卫星信号，输出伪距观测信息和卫星星历等数据；时间间隔测量单元实时测量时钟单元输出1pps与普通接收机输出1pps之间的钟差tic值；数据处理及控制单元根据共视站点配置信息和接收机观测数据等建立站点共视关系，并按照本文所述方法计算接收机本地钟差，根据接收机钟差计算值并结合时间间隔测量单元测量值，生成频率控制字及相位修正量并发给时钟单元；时钟单元生成和保持时频信号(主要包括10mhz和1pps信号)，根据频率控制字及相位修正量对时频源进行驯服和对输出1pps相位进行调整，从而使时钟单元的1pps输出同步于gnss系统。本发明提供了一种无通信交互的卫星共视时间同步系统，其显著优势是不需要站间的通信和数据交互，能够得到不亚于传统共视的站间时间同步精度，减少了通信开销，且工作过程具备隐蔽性。

26、作为优选，所述时钟单元采用基于卡尔曼的参数估计及残差计算方法，根据残差实时评估时钟精度，共视系统进行时频源更换后自适应判断时钟性能并选择时钟驯服参数配置，无需手动更改驯服参数。时钟单元的时频源一般为铷钟，也可以是高稳晶振、铯钟或者原子钟组等。

27、因此，本发明的优点是：

28、(1)无须共视站点对外发送共视数据，消除了共视时间同步对通信链路的依赖，减少了通信开销，且工作过程具备隐蔽性，能够得到不亚于传统共视的站间时间同步精度；

29、(2)适用于溯源性能不高于卫星单向授时，但站间时间同步精度要求较高的场合。