一种卫星导航系统中的溯源模型参数产生方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及卫星导航技术。
【背景技术】
[0002] 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IOOns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一UTC保持同步，即实现溯源。
[0003] 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)。
[0004] 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。
[0005] 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】
[0006] 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。
[0007] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：
[0008] 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P y i = 1~η，η为接收机可视的导航卫星个数；
[0009] 步骤2 :对每颗导航卫星的原始伪距P 1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 ΔΤι，i = i~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；
[0010] 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AT1值进行二次多项式建模如下：
[0011]
[0012] 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（t。，a。，ai，a 2)，其中 t。是溯源模型的起点，a。是溯源模型的常数项，即溯源偏差的初始偏差，a 1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；
[0013] 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；
[0014] 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；
[0015] 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AU 1，即单向授时结果；
[0016] 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 Δ7；,即溯源偏差；
[0017] 步骤8:用户从单向授时结果中扣除溯源偏差值，获得用户本地时间与守时实验 室时间的时差，抵消了用户单向授时结果中各项误差的影响，在完成溯源功能的同时实现 了用户的高精度授时。
[0018] 本发明的有益效果是：通过改变导航电文中溯源模型参数的产生方式，实现卫星 导航系统的纳秒级单向授时。该方法可以同时实现卫星导航系统的溯源和高精度授时两种 功能。用户使用该方法产生的溯源模型参数时不需要增加任何额外的配置，也不需要做任 何改变就可以获得高精度的授时服务。同时，用户在定位前使用该方法产生的溯源模型参 数还可以提高定位精度。因此，本发明不仅实现了卫星导航系统的溯源功能，同时还实现了 卫星导航系统的高精度授时功能，还可以提高用户的定位精度。
【附图说明】
[0019] 图1是目前卫星导航系统溯源模型参数的产生方式示意图；
[0020] 图2是本发明的卫星导航系统溯源模型参数的产生方式示意图；
[0021] 图3是实施例的溯源模型参数产生方法框图；
[0022] 图4是基于实施例生成的溯源模型参数实现的单向授时结果。
【具体实施方式】
[0023] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施 例。
[0024] 本发明通过改变导航电文中溯源模型参数的产生方式，实现基于单向接收的卫星 导航系统纳秒级授时，该方法的原理如图2所示，具体步骤如下：
[0025] 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。不妨设，η为接收机可视的导航卫星个数，测 量每颗卫星与接收机间的原始伪距P i，i = 1~η。
[0026] 步骤2 :对每颗卫星的原始伪距P i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(K)与第i颗卫星广播的系统时间的偏差 AT1, i = 1~n，该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。
[0027] 步骤3 :将每颗星对应的该偏差数据发送到导航系统主控站，对30分钟以上的 A T1值进行二次多项式建模如下：
[0028]
[0029] 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（t。，a。，ai，a 2)，其中 t。是溯源模型的起点，a。是溯源模型的常数项，即溯源偏差的初始偏差，a 1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 按照一定的周期，如1小时，更新模型参数。
[0030] 步骤4 :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，由其上行注入给卫星。
[0031] 步骤5: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。
[0032] 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 地时间与卫星广播的系统时间的时差值AU 1，即单向授时结果。
[0033] 步骤7 :同时，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(K)与该卫星广播的系统时 间的时差值AiJ，即溯源偏差。
[0034] 步骤8:用户从其单向授时的结果中扣除溯源偏差值，不仅获得用户本地时间与 守时实验室时间的时差，并且进一步抵消了用户单向授时结果中各项误差的影响。完成溯 源功能的同时，实现了用户的高精度授时。
[0035]
[0036] 对导航系统来说，这种溯源模型参数的产生方法在实现导航系统的系统时间溯源 的同时又可以为用户提供高精度的授时服务。对用户来说，接收并使用溯源新方法的模型 参数，可以在不增加任何负担的情况下，通过单向接收导航信号，就能获得优于3ns的授 时，比GPS单向授时精度高3倍以上。因此，这种溯源模型产生方法