对导航系统和用户均有 利。
[0037] 本实施例的实现包括溯源偏差的监测、溯源偏差模型参数的计算、溯源模型参数 的使用三部分。
[0038] 本实施例中溯源模型参数产生方法如图3所示，使用放置在中科院国家授时中心 的一台定时接收机监测北斗溯源偏差，定时接收机以守时实验室保持的UTC(NTSC)时间信 号为参考。该接收机输出伪距值、卫星位置、电离层模型参数、卫星钟差参数、对流层模型参 数。根据电离层模型参数、卫星钟差参数、对流层模型参数计算得到电离层时延改正量，卫 星钟差改正量和对流层折射时延改正量。以电离层时延改正量，卫星钟差改正量、对流层折 射时延改正量与伪距值、卫星位置共同作为数据源计算溯源偏差并生成溯源模型参数。
[0039] 同时，将另外一台放置在中科院国家授时中心的定时接收机作为用户定时接 收机，该接收机通过接收导航信号实现单向授时，然后使用监测的溯源模型参数实现与 UTC(NTSC)的同步。以这两台定时接收机输出的2015年5月27日北斗2号卫星一天的数 据作为实例来实施本方法：
[0040] 步骤1 : 一台放置在国家授时中心的定时接收机作为监测溯源偏差数据的接收 机。该定时接收机输出的某一时刻的卫星伪距观测值为P1, i = 1~η。η为接收机可视 的导航卫星个数。
[0041] 步骤2 :利用下式从每颗卫星的伪距中扣除P1中扣除几何路径时延，卫星钟差、 电离层附件时延和对流层折射时延，得到UTC(NTSC)与第i颗卫星广播的系统时间的偏差 Λ Ti? i = I ~ n〇
[0042]
[0043] 其中，Δ Ti为卫星i对应的溯源偏差，c为光速，r ;为几何路径时延，IonDelay ;为 电离层时延改正量、SatClock1为卫星钟差改正量，TroDelay i为对流层折射时延改正量，i =1~η，η为接收机可视卫星个数。
[0044] 步骤3 :设时刻j = 1~m，对应的溯源偏差数据为AT1(J)，对时长30分 钟以上的每颗卫星对应的溯源偏差数据进行二次多项式建模，计算溯源偏差模型参数 (t〇，a〇，a" a2) 〇
[0045] 首先，计算模型起点t。，不妨设模型参数的有效预报时长为Pre_DataLen，如I小 时，则有：
[0046]
[0047] 再通过解下列方程求解系数a。，ai，a2，
[0048]
[0049] 这样就计算得到卫星i在tj，j = 1~m，时段内对应的溯源模型参数 (t。，a。，ai，a2)，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， 是溯源模型的一次项，即溯源偏差的钟速系数，a 2是溯源模型的二次项，即溯源偏差的钟 漂系数。据此，可以计算得到每颗可视卫星的溯源偏差模型参数。
[0050] 步骤4 :将计算得到的溯源模型参数按照如下的格式，组包成实时的数据流。具体 组包格式为：''#year month day hour minute second tO prnI aO al a2 prn2 aO al a2." prnn aO al a2"。发送数据包的时刻（年月日时分秒），模型起点，卫星I编号，模型系数 (aO al a2)，卫星2编号，模型系数（aO al a2)，…，卫星η编号，模型系数（aO al a2)。
[0051] 步骤5 :将组包成的实时数据流通过串口发送给用户定时接收机，供其使用。
[0052] 步骤6:用户使用另一台放置在国家授时中心的定时接收机，接收北斗卫星的导 航信号，经过与步骤1同样的处理过程用户获得基于卫星i的单向授时结果AUp
[0053] 步骤7:用户根据接收到的实时数据流，读取出卫星i的溯源模型参数 (t。，a。，ai，a2)，利用下式计算得到用户观测时刻t的溯源偏差Δ7%
[0054]
[0055] 步骤8 :用户从基于该卫星的单向授时结果扣除溯源偏差Δ7；,就实现了授 时。Δ deltaT为用户单向授时误差，即用户获得的授时结果中包含的误差。
[0056]
[0057] 图4为本实施例中的用户接收机使用这种溯源模型参数产生方法监测得到的 溯源偏差模型参数后获得授时结果。通过对结果进行统计可以看出，用户本地时间与 UTC(NTSC)相差10. 9ns，用户获得的该差值的精度为3. 7ns，明显优于传统的单向授时方法 的精度。
[0058] 由以上实施例可以看出，本发明的主要特点是在用户层面监测溯源偏差，这样监 测的溯源偏差含有与用户单向授时结果中相关的误差。用户使用溯源偏差修正单向授时结 果，不仅实现了用户本地时间与UTC的同步，还抵消了用户单向授时结果中的相关误差，相 当于与守时实验室实现了进行了共视比对。因此，卫星导航系统使用这种溯源模型参数产 生方法后，可以提高卫星导航系统的单向授时精度提高到纳秒级。
[0059] 对用户来说，接收并使用这种溯源方法的模型参数，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5ns的授时，比现有的卫星导航系统的单向授 时精度高2倍以上。因此，这种溯源模型产生方法对导航系统和用户均有利。
【主权项】
1. 一种卫星导航系统中的溯源模型参数产生方法，其特征在于包括下述步骤： 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 P i，i = 1~η，η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 AT1, 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A T1值进行二次多项式建模如下： Δ Ti = a 〇+a! (t-t〇) +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（t。，a。，ai，a2)，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 i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AU1，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Ag , 即溯源偏差； 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。
【专利摘要】本发明提供了一种卫星导航系统中的溯源模型参数产生方法，通过改变导航电文中溯源模型参数的产生方式，将卫星导航系统的授时精度提高到纳秒量级。本发明给出的溯源模型参数的监测不是在卫星导航系统层面，而是在用户层面。用户使用该方法监测的溯源模型参数后，不但将系统时间改正到UTC，还可进一步改正接收链路中的各项误差，相当于与守时实验室的定时接收机进行了共视时间比对。用户从其单向授时结果中，通过使用广播的溯源模型参数就可以实现纳秒级的基于共视原理的单向授时，无需数据交换，更加方便，实时性更高。
【IPC分类】G01S19/01
【公开号】CN105158771
【申请号】CN201510526781
【发明人】许龙霞, 李孝辉, 李丹丹, 任烨, 薛艳荣
【申请人】中国科学院国家授时中心
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年8月25日