本發(fā)明涉及衛(wèi)星授時技術(shù)，尤其涉及一種基于廣播星歷的單北斗全球精密授時方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、衛(wèi)星授時技術(shù)以其高精度和廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，已成為授時行業(yè)中的佼佼者，覆蓋了電力、金融、智能交通、智慧生活、物聯(lián)網(wǎng)、5g通信以及軍事等多個重要領(lǐng)域。然而，隨著科技進(jìn)步，傳統(tǒng)衛(wèi)星授時方法——依賴于廣播星歷，精度在20至50納秒之間——開始無法滿足高精度科技行業(yè)的需求。為了提升授時精度，目前主要采用共視衛(wèi)星授時、全視衛(wèi)星授時以及精密單點定位(ppp)授時等高精度技術(shù)。在這些方法中，ppp授時的精度最高，但它們都需要網(wǎng)絡(luò)通信來實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，這在多種環(huán)境下難以保證時間服務(wù)的需求。因此，傳統(tǒng)的衛(wèi)星授時技術(shù)在面對不同環(huán)境下的高精度科技需求時顯得力不從心。北斗三號(bds-3)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的成功組網(wǎng)，為高精度授時服務(wù)提供了新的可能性。利用北斗三號的廣播星歷和觀測值，結(jié)合ppp授時方法，用戶可以直接接收這些數(shù)據(jù)，實現(xiàn)高精度全球授時，而無需依賴網(wǎng)絡(luò)通信。這一進(jìn)步滿足了全球用戶對高精度時間服務(wù)的需求，為高精度科技行業(yè)帶來了新的解決方案。不過目前的授時方法的授時精度依然有待提升。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種授時精度更高的基于廣播星歷的單北斗全球精密授時方法、設(shè)備及系統(tǒng)。

2、為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種基于廣播星歷的單北斗全球精密授時方法，包括如下步驟：

4、(1)獲取北斗衛(wèi)星發(fā)送的廣播星歷數(shù)據(jù)和衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)，對廣播星歷數(shù)據(jù)解析得到實時衛(wèi)星軌道和實時衛(wèi)星鐘差；

5、(2)根據(jù)實時衛(wèi)星軌道和實時衛(wèi)星鐘差分別與國際gnss服務(wù)發(fā)布的北斗衛(wèi)星精密產(chǎn)品的差值，計算廣播星歷上次授時的空間距離誤差實際值，并根據(jù)空間距離誤差實際值，估計空間距離誤差的allan方差；

6、(3)根據(jù)空間距離誤差的allan方差對空間距離誤差進(jìn)行估計，得到本次授時的空間距離誤差估計值；

7、(4)建立基于空間距離誤差的廣播星歷單北斗ppp授時模型；

8、(5)將衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)和空間距離誤差估計值代入廣播星歷單北斗ppp授時模型，求解模型得到修正后的接收機鐘差；

9、(6)根據(jù)修正后的接收機鐘差進(jìn)行時鐘馴服，并將馴服后的時鐘信號發(fā)送給北斗衛(wèi)星接收機，使得北斗衛(wèi)星接收機輸出修正后的時間信息，完成精密授時。

10、進(jìn)一步的，步驟(2)具體包括：

11、(2-1)將實時衛(wèi)星軌道與北斗衛(wèi)星精密產(chǎn)品的精密衛(wèi)星軌道做差，差值作為實時精密軌道差值，將實時衛(wèi)星鐘差與北斗衛(wèi)星精密產(chǎn)品的精密衛(wèi)星鐘差做差，差值作為實時精密鐘差差值；

12、(2-2)將步驟(2-1)獲得的實時精密軌道差值和實時精密鐘差差值，計算出廣播星歷上一次授時的空間距離誤差實際值：

13、

14、式中，δρc表示空間距離誤差實際值，為衛(wèi)星到接收機的視線向量，δxc表示實時精密軌道差值，δtc表示實時精密鐘差差值，c為光速，r為接收機，上標(biāo)c表示北斗衛(wèi)星；

15、(2-3)根據(jù)實時空間距離誤差實際值，按照下式估計空間距離誤差的allan方差：

16、

17、式中，為采樣間隔τ時刻的allan方差；q0表示調(diào)相白噪聲，q1表示調(diào)頻白噪聲，q2表示調(diào)頻隨機游走噪聲，q3表示隨機奔跑噪聲，q0、q1、q2、q3通過對實時空間距離誤差實際值進(jìn)行最小二乘方法估計得到。

18、進(jìn)一步的，步驟(3)具體包括：

19、根據(jù)空間距離誤差的allan方差，對空間距離誤差采用隨機游走進(jìn)行參數(shù)估計，得到本次授時的空間距離誤差估計值；其中，隨機游走采用的先驗噪聲方差為：

20、w＝(δallan(τ)·τ·c)2

21、式中，w為先驗噪聲方差，δallan(τ)為空間距離誤差的allan方差，c為光速，τ為采樣時刻。

22、進(jìn)一步的，步驟(4)中所述基于空間距離誤差的廣播星歷單北斗ppp授時模型具體為：

23、

24、式中，if為無電離層組合觀測值，r表示接收機，上表c表示北斗衛(wèi)星，為偽距觀測值，為載波觀測值；為本次授時的空間距離誤差估計值，表示北斗衛(wèi)星和接收機的空間距離，dtr為接收機鐘差，dtc為衛(wèi)星鐘差，為對流層延遲，為偽距噪聲，為浮點解模糊度，為載波噪聲。

25、進(jìn)一步的，步驟(6)具體包括：

26、(6-1)利用估計得到的接收機鐘差估計時鐘駕馭參數(shù)，具體的計算公式如下所示：

27、

28、式中，dtr表示接收機鐘差，t0為晶振的初始頻率偏差，a0為時鐘的初始時間偏差，為晶振隨機噪聲誤差，a表示晶振的頻率漂移或頻率老化系數(shù)，估計的時鐘駕馭參數(shù)包括a0和a；

29、(6-2)根據(jù)時鐘駕馭參數(shù)使用直接數(shù)字頻率合成技術(shù)合成馴服后的時鐘信號；

30、(6-3)將馴服后的時鐘信號發(fā)送給北斗衛(wèi)星接收機，使得北斗衛(wèi)星接收機輸出修正后的時間信息，完成精密授時。

31、一種計算機設(shè)備，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上并可在處理器上運行的計算機程序，所述處理器執(zhí)行所述計算機程序以實現(xiàn)上述方法。

32、一種基于廣播星歷的單北斗全球精密授時系統(tǒng)，包括：

33、北斗衛(wèi)星接收機，用于接收北斗衛(wèi)星發(fā)送的觀測數(shù)據(jù)和廣播星歷數(shù)據(jù)，以及在接收到馴服后的時鐘信號時，輸出修正后的時間信息，完成精密授時；

34、解析模塊，用于獲取北斗衛(wèi)星發(fā)送的廣播星歷數(shù)據(jù)和衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)，對廣播星歷數(shù)據(jù)解析得到實時衛(wèi)星軌道和實時衛(wèi)星鐘差；

35、空間距離誤差估計模塊，用于根據(jù)實時衛(wèi)星軌道和實時衛(wèi)星鐘差分別與國際gnss服務(wù)發(fā)布的北斗衛(wèi)星精密產(chǎn)品的差值，計算廣播星歷上次授時的空間距離誤差實際值，并根據(jù)空間距離誤差實際值，估計空間距離誤差的allan方差，之后根據(jù)空間距離誤差的allan方差對空間距離誤差進(jìn)行估計，得到本次授時的空間距離誤差估計值；

36、接收機鐘差修正模塊，用于建立基于空間距離誤差的廣播星歷單北斗ppp授時模型，并將衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)和空間距離誤差估計值代入廣播星歷單北斗ppp授時模型，根據(jù)廣播星歷單北斗ppp授時模型對接收機鐘差進(jìn)行修正；

37、時鐘馴服模塊，用于根據(jù)修正后的接收機鐘差進(jìn)行時鐘馴服，并將馴服后的時鐘信號發(fā)送給北斗衛(wèi)星接收機。

38、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果是：本發(fā)明不僅提升了授時精度，還擴(kuò)大了應(yīng)用范圍，特別是在無網(wǎng)絡(luò)覆蓋環(huán)境下，也能提供高精度的授時服務(wù)。這一技術(shù)能夠為各種環(huán)境下的用戶帶來高精準(zhǔn)度、穩(wěn)定且可靠的時間信息。

技術(shù)特征：

1.一種基于廣播星歷的單北斗全球精密授時方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于廣播星歷的單北斗全球精密授時方法，其特征在于：步驟(2)具體包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于廣播星歷的單北斗全球精密授時方法，其特征在于：步驟(3)具體包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于廣播星歷的單北斗全球精密授時方法，其特征在于：步驟(4)中所述基于空間距離誤差的廣播星歷單北斗ppp授時模型具體為：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于廣播星歷的單北斗全球精密授時方法，其特征在于：步驟(5)包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于廣播星歷的單北斗全球精密授時方法，其特征在于：步驟(5-2)包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于廣播星歷的單北斗全球精密授時方法，其特征在于：步驟(6)具體包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于廣播星歷的單北斗全球精密授時方法，其特征在于：在估計時鐘駕馭參數(shù)前，先對接收機鐘差采用滑動窗口中位數(shù)探測法進(jìn)行預(yù)處理。

9.一種計算機設(shè)備，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上并可在處理器上運行的計算機程序，其特征在于：所述處理器執(zhí)行所述計算機程序以實現(xiàn)如權(quán)利要求1-8中任一項所述的方法。

10.一種基于廣播星歷的單北斗全球精密授時系統(tǒng)，其特征在于，包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于廣播星歷的單北斗全球精密授時方法及系統(tǒng)，方法包括：獲取北斗衛(wèi)星發(fā)送的廣播星歷數(shù)據(jù)和衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)，并解析得到實時衛(wèi)星軌道和實時衛(wèi)星鐘差；根據(jù)實時衛(wèi)星軌道和實時衛(wèi)星鐘差分別與國際GNSS服務(wù)發(fā)布的北斗衛(wèi)星精密產(chǎn)品的差值，計算廣播星歷上次授時的空間距離誤差實際值，并根據(jù)上次授時的空間距離誤差實際值，估計得本次授時的空間距離誤差估計值；將衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)和空間距離誤差估計值代入基于空間距離誤差的廣播星歷單北斗PPP授時模型，對接收機鐘差進(jìn)行修正；根據(jù)修正后的接收機鐘差進(jìn)行時鐘馴服，并將馴服后的時鐘信號發(fā)送給北斗衛(wèi)星接收機，使得北斗衛(wèi)星接收機輸出修正后的時間信息，完成精密授時。本發(fā)明精度更高，穩(wěn)定性更好。

技術(shù)研發(fā)人員：葛玉龍,曹新運,沈飛
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京師范大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2