[发明专利]一种卫星导航系统中的溯源模型参数产生方法有效

专利信息
申请号: 201510526781.2 申请日: 2015-08-25
公开(公告)号: CN105158771B 公开(公告)日: 2018-01-05
发明(设计)人: 许龙霞;李孝辉;李丹丹;任烨;薛艳荣 申请(专利权)人: 中国科学院国家授时中心
主分类号: G01S19/01 分类号: G01S19/01
代理公司: 西北工业大学专利中心61204 代理人: 顾潮琪
地址: 710600 陕*** 国省代码: 陕西;61
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摘要:
搜索关键词: 一种 卫星 导航系统 中的 溯源 模型 参数 产生 方法
【说明书】:

技术领域

发明涉及卫星导航技术。

背景技术

卫星导航系统作为时间基准系统,一个重要的功能就是授时。根据ITU授时系统及发播标准,要求授时系统的时间与UTC同步在100ns以内,这就要求卫星导航系统的系统时间必须与世界通用时间标准—UTC保持同步,即实现溯源。

为了实现溯源,卫星导航系统的系统时间需要和参与UTC计算的守时实验室保持的地方UTC进行比对,获取系统时间与地方UTC的差,借助地方UTC实现系统时间的溯源。不同的卫星导航系统,其溯源模型参考的地方UTC不同,GPS系统时间溯源到UTC(USNO),GLONASS系统时间溯源到UTC(SU),北斗卫星导航系统的系统时间溯源到UTC(NTSC)。

目前卫星导航系统的溯源模型参数产生方式如图1所示,在卫星导航系统层面利用卫星双向或共视时间比对的方式直接监测该导航系统的系统时间与地方UTC之间的溯源偏差。导航系统的主控站根据监测的溯源偏差数据计算溯源模型参数,然后发送到注入站上行至卫星,实现向用户广播。定时用户使用导航电文中的溯源模型参数后将卫星导航系统的系统时间改正到地方UTC,实现授时。

这种方式监测所得的溯源模型参数是以直接比对的方式在导航系统层面监测获得,导航电文中发布的溯源模型参数与其在用户层面的表现不一致,用户使用后获得的单向授时精度最高在几十纳秒的量级,不能满足有高精度授时服务用户的需求。影响授时精度的主要因素为用户在单向接收信号的过程中受到由卫星、传输路径以及接收机端等各种误差的综合影响。

发明内容

为了克服现有技术的不足,本发明提供一种卫星导航系统中的溯源模型参数产生方法,在用户层面监测获得溯源模型参数,监测的溯源时差中包含了与用户单向接收链路中相关的误差,用户使用该方法监测溯源模型参数后就可以部分抵消其单向接收链路中的误差,不仅将用户本地时间改正到UTC,同时还实现了卫星导航系统纳秒级的高精度单向授时。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤:

步骤1:在守时实验室放置定时接收机,定时接收机以守时实验室保持的UTC时间信号为参考,接收导航卫星广播的授时信号;测量每颗导航卫星与定时接收机间的原始伪距ρi,i=1~n,n为接收机可视的导航卫星个数;

步骤2:对每颗导航卫星的原始伪距ρi进行几何路径时延改正、卫星钟差改正、电离层附加时延和对流层折射时延改正后,得到UTC与第i颗导航卫星广播的系统时间偏差ΔTi,i=1~n,系统时间偏差中含有星钟模型误差、电离层误差、星历误差以及对流层误差;

步骤3:将每颗导航卫星对应的系统时间偏差发送到导航系统主控站,对30分钟以上的ΔTi值进行二次多项式建模如下:

ΔTi=a0+a1(t-t0)+a2(t-t0)2

以最小二乘残差为原则计算得到该卫星的一组溯源模型参数(t0,a0,a1,a2),其中t0是溯源模型的起点,a0是溯源模型的常数项,即溯源偏差的初始偏差,a1是溯源模型的一次项,即溯源偏差的钟速系数,a2是溯源模型的二次项,即溯源偏差的钟漂系数;每颗卫星按照设定的周期更新模型参数;

步骤4:导航系统主控站将计算出的每颗卫星的溯源模型参数编入导航电文,再将导航电文发送给注入站,上行注入给导航卫星;

步骤5:导航卫星将导航电文调制在载波上,发射导航信号的同时向用户广播溯源模型参数;

步骤6:用户使用接收机监测接收导航信号,测量用户与某颗卫星之间的伪距,通过几何路径时延改正、卫星钟差改正、电离层附加时延和对流层折射时延改正获得用户本地时间与导航卫星广播的系统时间的时差值ΔUi,即单向授时结果;

步骤7:用户通过解调导航电文提取出该卫星的溯源模型参数;利用溯源模型参数进行预报,得到用户观测时刻的守时实验室时间UTC与该卫星广播的系统时间的时差值即溯源偏差;

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