一种基于北斗三号PPP-B2b信息的连续时间传递方法与流程

一种基于北斗三号ppp-b2b信息的连续时间传递方法
技术领域
1.本发明涉及gnss时间传递领域，特别是一种基于北斗三号ppp-b2b信息的高精度连续时间传递方法。


背景技术：

2.随着全球卫星导航系统的发展，gnss精密授时技术在时频领域得到了广泛的应用。精密单点定位(ppp)技术提出以来，国内外众多学者将ppp技术应用于时间传递领域，但受限于事后卫星精密轨道和钟差产品，其应用主要局限在事后处理模式上。2013年igs实时服务通过互联网播发实时卫星轨道误差和钟差改正数，结果表明利用igs实时产品计算站间时间同步精度可达0.3ns。ge等使用bnc软件通过互联网接收igs分析中心播发的多系统实时卫星轨道和钟差产品，可以实现高精度的实时时间传递。
3.基于igs实时数据流的ppp时间传递算法，极大的促进了ppp技术在实时时间传递领域的应用，但在国防和军事领域存在诸多限制环境，众多武器装备系统与国际互联网实行物理隔绝，无法实时获得实时数据流产品，显著制约了ppp时间传递技术在高精度时间服务领域的实时应用，且授时/时间传递设备面临的环境也会更加复杂，既有山地、建筑等自然环境和电台、移动基站等电磁辐射设备，又有各种各样有意电磁干扰，造成在时域、空域、频域存在数量繁多、分布密集、显著影响授时设备发挥的限制环境，进一步增加了授时终端使用环境的复杂性，极易造成卫星观测信号中断，导致ppp频繁重新收敛或无法实现连续的时间传递，而连续的时间传递序列又是高精度时间传递所必须的。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了克服现有ppp时间传递技术依赖igs实时数据流产品，时间传递结果容易因受环境影响不连续的缺点，提出一种不依赖国际互联网的，能够克服信号瞬时遮挡的一种基于北斗三号ppp-b2b信息的连续时间传递方法。
5.为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
6.一种基于北斗三号ppp-b2b信息的连续时间传递方法，其步骤如下：
7.s1：若观测数据连续，利用北斗三号ppp-b2b信息进行ppp解算，获得时间传递结果；
8.所述ppp时间传递采用双频消电离层组合，数学模型如下：
[0009][0010][0011]
式中：j表示卫星号，φ和p表示载波相位和伪距消电离层组合观测量，ρ为卫星到接收机的几何距离，c为光速，δtj卫星钟差，δt为接收机钟相对于北斗时的时间传递结果，λ、n分别为消电离层组合载波长和模糊度，t是对流层延迟，为载波和伪距测量噪声。
[0012]
s2：若观测数据异常而造成观测数据瞬时中断，利用接收机历史钟差数据预报的钟差结果，作为当前历元的时间传递结果；
[0013]
当观测数据恢复时，将预报的当前历元时间传递结果作为约束条件，来约束待估计的钟差参数，辅助ppp时间传递算法，加快数据的重新收敛进行解算，进而实现连续的时间传递。
[0014]
进一步的，所述步骤s1包含如下步骤：
[0015]
s11.数据获取
[0016]
获取观测数据、广播星历和ppp-b2b信息，并利用ppp-b2b信号提供的实时卫星轨道、钟差和码间偏差的改正信息对卫星轨道、卫星钟差和卫星码间偏差进行改正，得到最终的卫星轨道、钟差结果和修正后的观测值；
[0017]
s12.数据预处理
[0018]
数据预处理是剔除观测数据中的粗差数据，并探测周跳，探测周跳采用turboedit和电离层残差法，对周跳进行标记；
[0019]
s13.数据处理
[0020]
数据处理是对固体潮、海潮、相位缠绕、对流层延迟、地球自转、相对论效应和接收机天线相位中心的误差进行改正；
[0021]
s14.参数估计
[0022]
参数估计是求解接收机位置、接收机钟差、对流层天顶延迟湿分量、消电离层组合模糊度的未知参数；
[0023]
s15.对卡尔曼滤波输出的残差结果进行检验，如果最大残差大于阈值，则判断为粗差，剔除后重新进行卡尔曼滤波解算，直到残差检验通过；
[0024]
s16.输出并存储解算得到的时间传递结果。
[0025]
进一步地，所述步骤s2包含如下步骤：
[0026]
s21.在进行时间传递解算前，判断观测数据是否连续；
[0027]
s22.如果连续则采用步骤一的数据处理方法；
[0028]
s23.如果数据仅当前历元异常中断，进行标记，并利用存储的接收机钟差数据进行建模，建立接收机钟差模型，对当前历元钟差结果进行预报；
[0029]
所述步骤s23中当前历元钟差结果进行预报的步骤如下：
[0030]
建立接收机钟差模型：
[0031]
x(t)＝a0+a1(t-t0)+a2(t-t0)2+ε
x
(t)
[0032]
式中，a0、a1、a2表示钟差、钟速、钟漂，ε
x
(t)为随机变化的不确定性分量；
[0033]
建立钟差模型矩阵形式如下：
[0034]
x＝ha+e
[0035][0036]
考虑到钟差结果具有较强的历元间的相关性，预报离当前观测历元越近对预报结
果的贡献越大，为提高预报的精度，引入遗忘因子矩阵，采用递推遗忘因子最小二乘算法进行预报，步骤如下：
[0037]
引入w＝diag(λ
n-1
,λ
n-2
,,λ0),0＜λ≤1，并计算和tm(m≥3)
[0038][0039]
迭代计算k(k＝m+1,m+2,,n)时刻的tk：
[0040][0041]
预测当前历元tk时刻的钟差，也即是时间传递结果：
[0042][0043]
将预报得到的时间传递结果存储起来，并可以将当前预报结果输出，以确保时间传递结果的连续性。
[0044]
s24.若之前观测数据中断，当前历元观测数据恢复正常，则可以根据步骤s22利用建立的接收机钟差模型预报当前历元的时间传递结果，将预报的当前历元时间传递结果作为约束条件，来约束待估计的钟差参数，辅助ppp时间传递算法，加快数据的重新收敛进行解算，实现连续的时间传递。
[0045]
本发明相比于现有技术具有如下有益效果：
[0046]
本发明利用北斗三号播发的b2b信息进行时间传递，克服现有ppp时间传递技术依赖igs实时数据流产品，时间传递结果容易因受环境影响不连续的缺点，能够在无互联网依托的情况下实现高精度的时间传递，同时考虑了因遮挡，瞬时干扰导致信号短暂中断的情况，利用对接收机钟进行建模方式，加快ppp的重新收敛速度，实现连续时间传递,可以有效拓展gnss精密授时/时间传递技术在国防和军事领域的应用范围，提高了瞬时干扰环境下gnss时间传递的可用性和可靠性。
附图说明
[0047]
图1基于北斗三号ppp-b2b信息的实时ppp算法；
[0048]
图2基于北斗三号ppp-b2b信息连续时间传递方法。
具体实施方式
[0049]
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步详细说明。
[0050]
如图1、图2所示，基于北斗三号ppp-b2b信息连续时间传递方法包括两大步骤，如下：
[0051]
步骤一：观测数据连续数据时，按照图1流程进行计算，获取观测数据、广播星历、ppp-b2b信息，进行ppp解算获得时间传递结果。ppp时间传递采用双频消电离层组合，其数学模型如下：
[0052]
[0053][0054]
为便于解算，观测方程线性化可得：
[0055]
v＝ax-l
[0056]
其中：x＝[x,y,z,c
·
δt,ztd,n1,n2,,nm]，x,y,z为接收机三维坐标，ztd为天顶对流层延迟，v为观测值残差向量，a表示设计矩阵。
[0057]
步骤二：若观测数据异常而造成观测数据瞬时中断，按照图2流程进行计算，利用接收机历史钟差数据预报的钟差结果，作为当前历元的时间传递结果；
[0058]
当观测数据恢复时，将预报的当前历元时间传递结果作为约束条件，来约束待估计的钟差参数，辅助ppp时间传递算法，加快数据的重新收敛进行解算，进而实现连续的时间传递。
[0059]
为便于清晰展示该发明步骤，首先详细给出步骤s1基于b2b信息的ppp解算的详细步骤如下：
[0060]
(1)数据获取，获取观测数据、广播星历和ppp-b2b信息等。利用ppp-b2b信号提供的实时卫星轨道、钟差和码间偏差的改正信息对卫星轨道、卫星钟差和卫星码间偏差进行改正，得到改正后的卫星轨道、钟差结果和修正后的观测值是实现高精度时间传递的关键。改正方法如下：
[0061]
a)卫星轨道改正
[0062]
根据广播星历计算得到的卫星位置向量x
brdc
和轨道改正数向量δ
x
，可以计算得到修正后的卫星位置δ
orbit
，计算公示如下
[0063]
x
orbit
＝x
brdc-δ
x
[0064]
其中，δ
x
可由b2b信息提供的轨道改正向量δ
orbit
计算得到，计算方法如下：
[0065][0066][0067]
ea＝ec×rr
[0068]
δ
x
＝[e
r e
a ec]
·
δ
orbit
[0069]
式中r、分别为广播星历计算的卫星位置向量和速度向量，er、ea、ec分别为径向、切向和法向单位矢量。
[0070]
b)卫星钟差改正
[0071]
钟差改正参数是相对于广播星历钟差的改正参数
[0072][0073]
其中t
brdc
为广播星历计算的卫星钟差改正数、ts为改正后的卫星钟差改正数、c0表示b2b信息提供的钟差改正参数
[0074]
c)卫星码间偏差修正
[0075]
b2b信息给出了不同信号的卫星码间dcb
sig
，可对原始观测值p
sig
进行相应改正，计算得到修正后的观测值p
corr
，公示如下
[0076]
p
corr
＝p
sig-dcb
sig
[0077]
(2)数据预处理。数据预处理主要实现时间传递解算的质量控制，探测观测数据中的粗差数据，剔除粗差及异常数据，并探测周跳。周跳探测采用turboedit和电离层残差法，对观测数据中发生周跳的位置进行标记，不对周跳进行修复，时间传递解算时在相应位置增加一个模糊度参数进行估计。
[0078]
(3)数据处理。数据处理是对与卫星、接收机和信号传播路径等有关的各项误差源进行模型化改正。主要是对相位缠绕、相对论效应、极潮、固体潮、海潮、对流层延迟、地球自转等误差进行改正，以提高时间传递精度。值得注意的是ppp-b2b改正信息提供的卫星位置参考点已经是卫星天线的相位中心，因此，基于北斗三号ppp-b2b信息的时间传递算法在进行数据处理时不需要再改正卫星天线相位偏差。
[0079]
(4)采用卡尔曼滤波方法实时估计接收机位置、接收机钟相对于bdt的时间传递结果、对流层天顶延迟湿分量和消电离层组合模糊度的未知参数，解算时伪距与载波相位的权比为1/10000,若接收机位置固定，坐标参数当作常数处理。
[0080]
(5)对卡尔曼滤波输出的残差结果进行检验，如果最大残差大于阈值，则判断为粗差，剔除后重新进行卡尔曼滤波解算，直到残差检验通过。
[0081]
(6)输出并存储解算得到的时间传递结果。
[0082]
进一步地，上述的步骤s2包括以下步骤：
[0083]
(1)在进行时间传递解算前，判断观测数据是否连续；
[0084]
(2)如果连续则采用步骤一的数据处理方法；
[0085]
(3)如果数据仅当前历元异常中断，进行标记，并利用存储的接收机钟差数据进行建模，建立接收机钟差模型，对当前历元钟差结果进行预报；
[0086]
钟差模型如下：
[0087]
x(t)＝a0+a1(t-t0)+a2(t-t0)2+ε
x
(t)
[0088]
式中，a0、a1、a2表示钟差、钟速、钟漂，ε
x
(t)为随机变化的不确定性分量。钟差模型矩阵形式如下：
[0089]
x＝ha+e
[0090][0091]
考虑到钟差结果具有较强的历元间的相关性，预报离当前观测历元越近对预报结果的贡献越大，为提高预报的精度，引入遗忘因子矩阵，采用递推遗忘因子最小二乘算法进行预报，步骤如下：
[0092]
a)引入w＝diag(λ
n-1
,λ
n-2
,,λ0),0＜λ≤1，并计算和tm(m≥3)
[0093]
[0094]
b)迭代计算k(k＝m+1,m+2,,n)时刻的tk：
[0095][0096]
c)预测当前历元tk时刻的钟差，也即是时间传递结果：
[0097][0098]
将预报得到的时间传递结果存储起来，并可以将当前预报结果输出，以确保时间传递结果的连续性。
[0099]
(4)若之前历元观测数据中断，当前历元观测数据恢复正常，则可在原始观测方程基础上，则可以根据步骤二中(2)利用建立的接收机钟差模型预报当前历元的时间传递结果，将预报的当前历元时间传递结果作为约束条件，来约束待估计的钟差参数，此时，相当于在原始观测方程的基础上增加了一个虚拟观测方程。
[0100]
附加钟差约束信息后的ppp时间传递模型为：
[0101][0102]
解算该观测方程即可获得时间传递结果，通过该方式可以达到加快ppp时间传递解算收敛速度，克服信号瞬时中断对ppp时间传递结果的影响。