基于高稳定频率源的实时星载钟频率异常探测方法

本发明属于时间频率领域，具体涉及一种基于高稳定频率源的实时星载钟频率异常探测方法。

背景技术：

1、卫星导航系统观测值测量的是卫星和用户间的距离，距离测量实际上是时间测量，没有高精度的时间信息，就不可能实现精密测距。星载钟是卫星导航系统重要组成部分，为卫星提供时间基准，其性能直接影响测距精度，进而影响卫星导航系统服务性能。

2、原子钟是一种精密仪器，其结构复杂，受自身物理特性改变和复杂太空电磁环境的影响可能出现异常。星载钟的典型异常是相位跳变和频率跳变，这些跳变无法及时在实时播发的广播星历中进行修正，对用户而言增加了定位定时误差。为了保证系统的完好性，需要对星载钟运行状态进行实时监测。现有的探测星载原子钟异常的方法主要集中在事后处理模式，如果不能及时提供异常告警信息，会恶化卫星导航系统服务性能。此外，相位偏差是频率偏差的积分，相比星载钟在时域发生的相位跳变，频率跳变更难探测，对于测量影响更大。

3、因此，亟需提供一种基于高稳定频率源的实时星载原子钟频率异常探测方法，实时监测星载钟运行状态，保证卫星导航系统服务性能。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于高稳定频率源的实时星载钟频率异常探测方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

2、第一方面，本发明提供一种基于高稳定频率源的实时星载钟频率异常探测方法，包括：

3、按照预设的采集频率，实时采集第一测站的原始伪距观测值和相位观测值、以及第二测站的原始伪距观测值和相位观测值；其中，第一测站为普通测站，第二测站为连接高稳定度频率源的测站；

4、采用双频无电离层组合消除第一测站和第二观测站的原始伪距观测值和相位观测值的低阶项，得到处理后的第一观测站和第二观测站的双频消电离层伪距组合和相位组合；

5、针对处理后的第一观测站和第二观测站的双频消电离层伪距组合和相位组合，通过卡尔曼滤波参数估计得到待估参数向量；

6、根据待估参数向量，先获取当前时刻所有卫星相对于第一测站的相位偏差和所有卫星相对于第二测站的相位偏差；再获取当前时刻所有卫星相对于第一测站的频率偏差和所有卫星相对于第二测站的频率偏差；

7、获取同一历元所有卫星相对于第一测站的频率偏差和所有卫星相对于第二测站的频率偏差；

8、根据同一历元所有卫星相对于第一测站的频率偏差和所有卫星相对于第二测站的频率偏差，使用最小二乘法计算得到每颗卫星相对于第二测站的频率偏差；

9、获取频率跳变阈值，并获取去除噪声的任一卫星相对于第二测站的频率偏差，如果去除噪声的任一卫星相对于第二测站的频率偏差和该卫星相对于第二测站的频率偏差均大于频率跳变阈值，则表征该历元频率跳变。

10、本发明的有益效果：

11、本发明提供的一种基于高稳定频率源的实时星载钟频率异常探测方法，利用高稳定度的频率源作为卫星钟差产品的时间参考，能够有效避免由于时间参考不稳定影响卫星钟频率跳变，还能及时告警用户异常信息，制订相应处理方法，提高卫星导航授时服务性能。

12、以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

技术特征：

1.一种基于高稳定频率源的实时星载钟频率异常探测方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于高稳定频率源的实时星载钟频率异常探测方法，其特征在于，所述原始伪距观测值和所述相位观测值的表达式分别为：

3.根据权利要求2所述的基于高稳定频率源的实时星载钟频率异常探测方法，其特征在于，所述第一测站或所述第二测站与卫星的几何距离的表达式为：

4.根据权利要求1所述的基于高稳定频率源的实时星载钟频率异常探测方法，其特征在于，所述处理后的所述第一测站和所述第二测站的双频消电离层伪距组合和相位组合表达式为：

5.根据权利要求1所述的基于高稳定频率源的实时星载钟频率异常探测方法，其特征在于，所述待估参数向量的表达式为：

6.根据权利要求1所述的基于高稳定频率源的实时星载钟频率异常探测方法，其特征在于，当前时刻所有卫星相对于所述第一测站的相位偏差的表达式为：

7.根据权利要求1所述的基于高稳定频率源的实时星载钟频率异常探测方法，其特征在于，当前时刻所有卫星相对于所述第一测站的频率偏差的表达式为：

8.根据权利要求7所述的基于高稳定频率源的实时星载钟频率异常探测方法，其特征在于，所述最小二乘法的表达式为：

9.根据权利要求1所述的基于高稳定频率源的实时星载钟频率异常探测方法，其特征在于，还包括：

10.根据权利要求1所述的基于高稳定频率源的实时星载钟频率异常探测方法，其特征在于，所述频率跳变阈值和所述去除噪声的所述第二测站的频率偏差的获取过程包括：

技术总结本发明公开了一种基于高稳定频率源的实时星载钟频率异常探测方法，包括：采集第一测站和第二测站的原始伪距和相位观测值；消除第一测站和第二观测站的原始伪距和相位观测值的低阶项；通过卡尔曼滤波参数估计得到待估参数向量；获取当前时刻所有卫星相对于第一测站和第二测站的相位偏差；获取当前时刻所有卫星相对于第一测站和第二测站的频率偏差；获取同一历元所有卫星相对于第一测站和第二测站的频率偏差；使用最小二乘法计算得到每颗卫星相对于第二测站的频率偏差；获取频率跳变阈值，如果去除噪声的任一卫星相对于第二测站的频率偏差和该卫星相对于第二测站的频率偏差均大于阈值，表征该历元频率跳变。本发明能够提高卫星授时服务性能。技术研发人员：钦伟瑾,孙保琪,王侃,吴坤,杨旭海受保护的技术使用者：中国科学院国家授时中心技术研发日：技术公布日：2024/8/1