基于北斗卫星信号的单历元授时方法、装置及系统与流程

1.本说明书一个或多个实施例涉及电网技术领域，尤其涉及一种基于北斗 卫星信号的单历元授时方法、装置及系统。


背景技术：

2.为保证智能电网的运行，需要提供精确的授时信号，使得各系统能够基 于统一的时间基准运行，保障网络运行效率和可靠性。在北斗系统投入使用 之前，智能电网存在巨大的安全隐患，严重影响电力系统的安全稳定运行， 而北斗一号、二号系统对于智能电网的推广应用和授时精度要求均存在一定 的限制和不足。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本说明书一个或多个实施例的目的在于提出一种基于北斗卫 星信号的单历元授时方法、装置及系统，以解决智能电网的授时问题。
4.基于上述目的，本说明书一个或多个实施例提供了一种基于北斗卫星信 号的单历元授时方法，包括：
5.获取geo卫星观测值、igso卫星观测值和meo卫星观测值；
6.将所述geo卫星观测值、igso卫星观测值和meo卫星观测值分别输 入geo授时模型、igso授时模型和meo授时模型，获得geo授时结果、 igso授时结果和meo授时结果；
7.根据所述geo授时结果、igso授时结果和meo授时结果，计算多星 授时结果；
8.根据所述多星授时结果，利用方差分量估计方法确定综合授时结果。
9.可选的，所述geo卫星观测值、igso卫星观测值和meo卫星观测值 为距离观测值；
10.所述根据geo授时结果、igso授时结果和meo授时结果，计算多星 授时结果的方法是：
[0011][0012]
其中，δt
geo/igso/meo
表示geo、igso或meo卫星的多星授时结果；δt
ia
为利用第i颗geo、igso或meo卫星的距离观测值解算接收机a与北斗三 号系统之间的时间偏差，pi表示第i颗geo、igso或meo卫星在多星授时 中的权函数，i＝1,2,
…
,n，n为单历元观测值中geo、igso或meo卫星的 可视有效卫星颗数。
[0013]
可选的，所述时间偏差的计算方法为：
[0014][0015]
其中，ρ
ia
为接收机a观测第i颗geo、igso或meo卫星的距离观测值； (xi,yi,zi)为第i颗北斗卫星的三维坐标；(xa,ya,za)为接收机a的三维坐标；δti为第i颗geo、igso或meo卫
星的卫星钟差；为电离层延迟误差，为对流层延迟误差，ε
ia
为包括接收机测量噪声在内的其它相关误差；c为光 速。
[0016]
可选的，所述权函数为：
[0017][0018]
其中，ei为第i颗geo、igso或meo卫星的高度角；a1、b1为常系数。
[0019]
可选的，所述权函数为：
[0020][0021]
其中，ei为第i颗geo、igso或meo卫星的高度角；a2、b2为常系 数。
[0022]
可选的，所述权函数为：
[0023][0024]
其中，ei为第i颗geo、igso或meo卫星的高度角；a3、b3、c3为常 系数。
[0025]
本说明书实施例还提供一种基于北斗卫星信号的单历元授时装置，包括：
[0026]
获取模块，用于获取geo卫星观测值、igso卫星观测值和meo卫星 观测值；
[0027]
单星授时模块，用于将所述geo卫星观测值、igso卫星观测值和meo 卫星观测值分别输入geo授时模型、igso授时模型和meo授时模型，获 得geo授时结果、igso授时结果和meo授时结果；
[0028]
多星授时模块，用于根据所述geo授时结果、igso授时结果和meo 授时结果，计算多星授时结果；
[0029]
综合授时模块，用于根据所述多星授时结果，利用方差分量估计方法确 定综合授时结果。
[0030]
本说明书实施例还提供一种基于北斗卫星信号的单历元授时系统，包括：
[0031]
接收机，用于接收北斗三号系统导航卫星信号；
[0032]
服务器，用于从所述导航卫星信号中解析geo卫星观测值、igso卫星 观测值和meo卫星观测值；将所述geo卫星观测值、igso卫星观测值和 meo卫星观测值分别输入geo授时模型、igso授时模型和meo授时模 型，获得geo授时结果、igso授时结果和meo授时结果；根据所述geo 授时结果、igso授时结果和meo授时结果，计算多星授时结果；根据所述 多星授时结果，利用方差分量估计方法确定综合授时结果，以使智能电网根 据所述综合授时结果统一时间基准。
[0033]
从上面所述可以看出，本说明书一个或多个实施例提供的基于北斗卫星 信号的单历元授时方法、装置及系统，通过获取geo卫星观测值、igso卫 星观测值和meo卫星观测值，利用geo授时模型、igso授时模型和meo 授时模型，获得geo授时结果、igso授时结果和meo授时结果，根据三 种类型的单星授时结果，计算多星授时结果，根据多星授时结果，利用方差 分量估计方法确定综合授时结果。本说明书利用北斗三号系统为智能电网提 供精准授时，能够保证智能电网的安全可靠运行。
附图说明
[0034]
为了更清楚地说明本说明书一个或多个实施例或现有技术中的技术方案， 下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易 见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书一个或多个实施例，对于本领域普 通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得 其他的附图。
[0035]
图1为本说明书一个或多个实施例的方法流程示意图；
[0036]
图2为本说明书另一个实施例的方法流程示意图；
[0037]
图3为本说明书一个或多个实施例的装置结构框图；
[0038]
图4为本说明书一个或多个实施例的系统结构框图；
[0039]
图5为本说明书一个或多个实施例的电子设备结构示意图。
具体实施方式
[0040]
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施 例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
[0041]
需要说明的是，除非另外定义，本说明书一个或多个实施例使用的技术 术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通 常意义。本说明书一个或多个实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词 语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。
ꢀ“
包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现 在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连 接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包 括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于 表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也 可能相应地改变。
[0042]
如背景技术部分所述，当前，智能电网的授时主要是以全球定位系统 (global positioning system，gps)和北斗一号系统、北斗二号系统为主。北 斗一号系统虽然可实现双向授时，授时精度可达20ns，但其用户容量受到极 大限制，不利于授时技术在智能电网系统中的大范围推广应用。北斗二号系 统可实现单向授时，授时精度约为100ns，尽管可以满足普通电力行业领域 的低精度应用需求，但是对于授时精度要求较高的智能电网系统的应用无法 满足。随着北斗三号系统的开通，基于北斗三号系统开展在智能电网系统授 时技术的应用已是大势所趋。
[0043]
鉴于此，本说明书实施例提供一种基于北斗卫星信号的单历元授时方法， 能够利用北斗三号系统为智能电网提供精确授时，有利于智能电网的推广应 用，保证智能电网的可靠运行。
[0044]
以下，通过具体的实施例进一步详细说明本公开的技术方案。
[0045]
如图1、2所示，本说明书实施例提供一种基于北斗卫星信号的单历元授 时方法，包括：
[0046]
s101：获取geo卫星观测值、igso卫星观测值和meo卫星观测值；
[0047]
本实施例中，利用北斗三号卫星系统获得精确的授时信号。其中，北斗 三号卫星系统的空间部分包括三颗地球静止轨道卫星(geosynchronous earthorbit，geo)、三颗倾斜地球同步轨道卫星(inclined geosynchronous satelliteorbit，igso)和二十四颗中
圆地球轨道卫星(medium earth orbit，meo)。
[0048]
接收机接收北斗三号系统导航卫星信号，按照轨道类型对导航卫星信号 进行解析，获得geo卫星观测值、igso卫星观测值和meo卫星观测值。 一些方式中，所获得的观测值为距离观测值，距离观测值可以是伪距观测值、 载波相位观测值、组合观测值(伪距观测值和载波相位观测值的组合)和差 分组合观测值(伪距差分、载波相位差分或者两者的组合)中的一种或几种， 本实施例不做具体限定。
[0049]
s102：将geo卫星观测值、igso卫星观测值和meo卫星观测值分别 输入geo授时模型、igso授时模型和meo授时模型，获得geo授时结 果、igso授时结果和meo授时结果；
[0050]
本实施例中，基于获取的单星观测值，分别将geo卫星观测值输入geo 授时模型中以获得geo授时结果，将igso卫星观测值输入igso授时模型 中以获得igso授时结果，将meo卫星观测值输入meo授时模型中以获得 meo授时结果。即根据单星观测值分别获得单星授时结果。
[0051]
s103：根据geo授时结果、igso授时结果和meo授时结果，计算多 星授时结果；
[0052]
本实施例中，计算得到单星授时结果之后，根据每颗geo卫星的geo 授时结果计算geo卫星的多星授时结果，根据每颗igso卫星的igso授时 结果计算igso卫星的多星授时结果，根据每颗meo卫星的meo授时结果 计算meo卫星的多星授时结果。
[0053]
s104：根据多星授时结果，利用方差分量估计方法确定综合授时结果。
[0054]
本实施例中，基于geo卫星的多星授时结果、igso卫星的多星授时结 果和meo卫星的多星授时结果，利用方差分量估计方法确定出最终的综合 授时结果，能够降低粗差影响，合理确定最优的加权关系，提高授时精度。 可选的，可利用赫尔默特方差分量估算方法或其他方差分量估算方法估算综 合授时结果，具体估算方法不做限定。
[0055]
本实施例提供的基于北斗卫星信号的智能电网单历元授时方法，包括获 取geo卫星观测值、igso卫星观测值和meo卫星观测值，将geo卫星观 测值、igso卫星观测值和meo卫星观测值分别输入geo授时模型、igso 授时模型和meo授时模型，获得geo授时结果、igso授时结果和meo授 时结果，根据geo授时结果、igso授时结果和meo授时结果，计算多星 授时结果，根据多星授时结果，利用方差分量估计方法确定综合授时结果， 智能电网根据综合授时结果统一系统时间基准，能够获得精确授时。
[0056]
一些实施例中，geo授时模型、igso授时模型和meo授时模型可以 是一种基于伪距观测值、载波相位观测值、组合观测值或差分组合观测值的 单向、双向或共视授时模式。其中，本实施例不对三种授时模型的具体原理 及公式进行详细说明。
[0057]
一些实施例中，所获得的geo/igso/meo卫星观测值为距离观测值， 北斗三号系统与接收机之间的时间偏差为：
[0058][0059]
其中，δt
ia
为利用第i颗geo、igso或meo卫星的距离观测值解算接 收机a与北斗三号系统之间的时间偏差；ρ
ia
为接收机a观测第i颗geo、igso 或meo卫星的距离观测值；(xi,yi,zi)为第i颗geo、igso或meo卫星的 三维坐标，可利用北斗广播星历计算获得；(xa,ya,za)为接收机a的三维坐标， 为已知值；δti为第i颗geo、igso或meo卫星的卫星钟差；为电
离层 延迟误差；为对流层延迟误差；ε
ia
为包括接收机测量噪声在内的其它相 关误差；c为光速。
[0060]
一些实施例中，根据geo授时结果、igso授时结果和meo授时结果， 计算多星授时结果的方法是：
[0061][0062]
其中，δt
geo/igso/meo
表示geo、igso或meo卫星的多星授时结果；pi表 示第i颗geo、igso或meo卫星在多星授时中的权函数，i＝1,2,
…
,n，n为 单历元观测值中geo、igso或meo三种卫星的可视有效卫星颗数。
[0063]
一些方式中，权函数可以为：
[0064][0065]
其中，ei为第i颗geo、igso或meo卫星的高度角；a1、b1为常系数， 在各个频率上的伪距观测值、相位观测值或组合观测值中具有不同的拟合系 数值，可以通过卫星观测值与高度角之间的关系，对常系数a1、b1进行拟合 计算获得。针对中国领土疆域范围开展授时应用中，公式(3)所示权函数适 用于igso卫星，尤其是当igso卫星处于高度角较低时，效果明显。
[0066]
另一些方式中，权函数可以为：
[0067][0068]
其中，ei为第i颗geo、igso或meo的高度角；a2、b2为常系数，在 各个频率上的伪距观测值、相位观测值或组合观测值中具有不同的拟合系数 值，可以通过卫星观测值与高度角之间的关系，对常系数a2、b2进行拟合计 算获得。针对中国领土疆域范围开展授时应用中，公式(4)所示权函数适用 于geo卫星。
[0069]
又一些方式中，权函数可以为：
[0070][0071]
其中，ei为第i颗geo、igso或meo的高度角；a3、b3、c3为常系数， 在各个频率上的伪距观测值、相位观测值或组合观测值中具有不同的拟合系 数值，可以通过卫星观测值与高度角之间的关系，对常系数a3、b3、c3进行 拟合计算获得。针对中国领土疆域范围开展授时应用中，公式(5)所示权函 数适用于meo卫星。
[0072]
需要说明的是，本说明书一个或多个实施例的方法可以由单个设备执行， 例如一台计算机或服务器等。本实施例的方法也可以应用于分布式场景下， 由多台设备相互配合来完成。在这种分布式场景的情况下，这多台设备中的 一台设备可以只执行本说明书一个或多个实施例的方法中的某一个或多个步 骤，这多台设备相互之间会进行交互以完成所
述的方法。
[0073]
需要说明的是，上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在 所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步 骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另 外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现 期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可 能是有利的。
[0074]
如图3所示，本说明书实施例还提供一种基于北斗卫星信号的单历元授 时装置，包括：
[0075]
获取模块，用于获取geo卫星观测值、igso卫星观测值和meo卫星 观测值；
[0076]
单星授时模块，用于将geo卫星观测值、igso卫星观测值和meo卫 星观测值分别输入geo授时模型、igso授时模型和meo授时模型，获得 geo授时结果、igso授时结果和meo授时结果；
[0077]
多星授时模块，用于根据geo授时结果、igso授时结果和meo授时 结果，计算多星授时结果；
[0078]
综合授时模块，用于根据多星授时结果，利用方差分量估计方法确定综 合授时结果。
[0079]
为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种模块分别描述。当然， 在实施本说明书一个或多个实施例时可以把各模块的功能在同一个或多个软 件和/或硬件中实现。
[0080]
上述实施例的装置用于实现前述实施例中相应的方法，并且具有相应的 方法实施例的有益效果，在此不再赘述。
[0081]
如图4所示，本说明书实施例还提供一种基于北斗卫星信号的单历元授 时系统，包括：
[0082]
接收机，用于接收北斗三号系统导航卫星信号；
[0083]
服务器，用于从导航卫星信号中解析geo卫星观测值、igso卫星观测 值和meo卫星观测值；将geo卫星观测值、igso卫星观测值和meo卫 星观测值分别输入geo授时模型、igso授时模型和meo授时模型，获得 geo授时结果、igso授时结果和meo授时结果；根据geo授时结果、 igso授时结果和meo授时结果，计算多星授时结果；根据多星授时结果， 利用方差分量估计方法确定综合授时结果，以使智能电网根据综合授时结果 统一时间基准。
[0084]
本实施例中，智能电网包括授时型接收机、服务器和各类需要授时信号 的装置及系统，接收机接收北斗三号系统的导航卫星信号，服务器接收并解 析导航卫星信号，获得geo卫星观测值、igso卫星观测值和meo卫星观 测值，基于三类单星观测值分别计算三类单星授时结果，综合三类单星授时 结果计算多星授时结果，再根据多星授时结果，利用方差分量估计方法确定 综合授时结果，将综合授时结果作为授时信号发送给电网中的各类装置和系 统，便于基于授时信号进行统一的时间校准。利用北斗三号卫星系统为智能 电网提供精确的授时信号，能够保证智能电网的安全可靠运行。
[0085]
图5示出了本实施例所提供的一种更为具体的电子设备硬件结构示意图， 该设备可以包括：处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030、通信接 口1040和总线1050。其中处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030 和通信接口1040通过总线1050实现彼此之
间在设备内部的通信连接。
[0086]
处理器1010可以采用通用的cpu(central processing unit，中央处理 器)、微处理器、应用专用集成电路(application specific integrated circuit， asic)、或者一个或多个集成电路等方式实现，用于执行相关程序，以实现 本说明书实施例所提供的技术方案。
[0087]
存储器1020可以采用rom(read only memory，只读存储器)、ram (random access memory，随机存取存储器)、静态存储设备，动态存储设 备等形式实现。存储器1020可以存储操作系统和其他应用程序，在通过软件 或者固件来实现本说明书实施例所提供的技术方案时，相关的程序代码保存 在存储器1020中，并由处理器1010来调用执行。
[0088]
输入/输出接口1030用于连接输入/输出模块，以实现信息输入及输出。 输入输出/模块可以作为组件配置在设备中(图中未示出)，也可以外接于 设备以提供相应功能。其中输入设备可以包括键盘、鼠标、触摸屏、麦克风、 各类传感器等，输出设备可以包括显示器、扬声器、振动器、指示灯等。
[0089]
通信接口1040用于连接通信模块(图中未示出)，以实现本设备与其他 设备的通信交互。其中通信模块可以通过有线方式(例如usb、网线等)实 现通信，也可以通过无线方式(例如移动网络、wifi、蓝牙等)实现通信。
[0090]
总线1050包括一通路，在设备的各个组件(例如处理器1010、存储器 1020、输入/输出接口1030和通信接口1040)之间传输信息。
[0091]
需要说明的是，尽管上述设备仅示出了处理器1010、存储器1020、输入 /输出接口1030、通信接口1040以及总线1050，但是在具体实施过程中，该 设备还可以包括实现正常运行所必需的其他组件。此外，本领域的技术人员 可以理解的是，上述设备中也可以仅包含实现本说明书实施例方案所必需的 组件，而不必包含图中所示的全部组件。
[0092]
上述实施例的电子设备用于实现前述实施例中相应的方法，并且具有相 应的方法实施例的有益效果，在此不再赘述。
[0093]
本实施例的计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动 媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、 数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限 于相变内存(pram)、静态随机存取存储器(sram)、动态随机存取存储 器(dram)、其他类型的随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、 电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、快闪记忆体或其他内存技术、只 读光盘只读存储器(cd-rom)、数字多功能光盘(dvd)或其他光学存储、 磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质， 可用于存储可以被计算设备访问的信息。
[0094]
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性 的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本公 开的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合， 步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本说明书一个或多个实施例的 不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
[0095]
另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本说明书一个或多个实施例 难以理解，在所提供的附图中可以示出或可以不示出与集成电路(ic)芯片 和其它部件的公知的电源/接地连接。此外，可以以框图的形式示出装置，以 便避免使本说明书一个或多个实施
例难以理解，并且这也考虑了以下事实， 即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本说明书一个 或多个实施例的平台的(即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解 范围内)。在阐述了具体细节(例如，电路)以描述本公开的示例性实施例的 情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的 情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本说明书一个或多个实施例。 因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。
[0096]
尽管已经结合了本公开的具体实施例对本公开进行了描述，但是根据前 面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说 将是显而易见的。例如，其它存储器架构(例如，动态ram(dram))可 以使用所讨论的实施例。
[0097]
本说明书一个或多个实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内 的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本说明书一个或多个实施例的 精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在 本公开的保护范围之内。