一种基于增强手段的精密时间传递方法和系统

1.本发明涉及数据处理技术领域，特别是涉及一种基于增强手段的精密时间传递方法和系统。


背景技术：

2.精密时间传递在电力组网、5g通信、金融证券等行业有着广泛应用需求。基于卫星技术的时间传递方法因成本低、连续性好、容易实施成为其中的重要手段之一。卫星时间传递中的载波相位精密单点定位(ppp)时间传递方法因为精度高成为当前的主流技术，并且已经得到广泛应用。但是，当前的ppp时间传递方法存在不足，一是非差观测值中很多误差难以高效处理，时间传递精度还可以进一步提高；二是ppp中相位模糊度收敛时间长，影响用户使用的时效性。
3.如何进一步提高ppp时间传递的精度和收敛速度对推广该技术的应用和提升用户服务体验具有重要价值。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种基于增强手段的精密时间传递方法和系统，能够提高时间传递精度的同时，提高用户使用的时效性。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
6.一种基于增强手段的精密时间传递方法，包括：
7.获取广域增强信息、区域基准站数据和解算辅助数据；所述广域增强信息包括：广域的卫星星历、钟差和相位小数偏差产品；所述区域基准站数据包括：基准站上卫星的伪距和相位原始观测数据；所述解算辅助数据包括：卫星天线相位中心参数、地球自转参数和基准站坐标；
8.基于所述广域增强信息、所述区域基准站数据和所述解算辅助数据提取基准站上各颗卫星的信息，以得到区域增强信息；所述区域增强信息包括：每颗卫星的伪距、相位、对流层信息和电离层信息；
9.获取用户观测数据；所述用户观测数据包括：用户测站数据和用户测站的解算辅助数据；所述用户测站数据包括：用户测站上卫星的伪距和相位原始观测数据；
10.采用所述用户观测数据和所述区域增强信息进行精密时间传递。
11.优选地，所述基于所述广域增强信息、所述区域基准站数据和所述解算辅助数据提取基准站上各颗卫星的信息，以得到区域增强信息，具体包括：
12.对区域基准站数据进行质量检查、周跳探测和粗差剔除处理，得到第一处理数据；
13.基于所述卫星星历和基准站坐标，对所述第一处理数据进行相对论、潮汐、天线相位中心、对流层和地球自转误差的修正，得到区域增强信息。
14.优选地，所述基于所述卫星星历和基准站坐标，对所述处理数据进行相对论、潮汐、天线相位中心、对流层和地球自转误差的修正，得到区域增强信息，具体包括：
15.采用iers conventions 2010中指定的模型修正所述相对论和所述潮汐；
16.采用igs14.atx模型修正所述天线相位中心；
17.采用saastamoinen模型修正所述对流层；
18.采用iers eop c04模型修正所述地球自转误差；
19.结合所述相位小数偏差产品，进行参考站的ppp求解和模糊度固定，在ppp模糊度固定后，可以得到接收机的钟差，进而基于所述相位观测值和所述卫星星历提取各基准站上各颗卫星的增强信息，得到区域增强信息。
20.优选地，所述采用所述用户观测数据和所述区域增强信息进行精密时间传递，具体包括：
21.基于所述用户观测数据得到用户区域增强信息；
22.基于所述用户区域增强信息确定观测方程和随机模型，并采用最小二乘解算所述观测方程和所述随机模型，得到浮点解；
23.在浮点解的基础上，进行星间单差投影，恢复模糊度的整周特性，采用lambda搜索算法进行模糊度的固定，实现模糊度为固定解的精密时间传递。
24.优选地，用户测站内插的大气延迟改正数修正后的非差观测值表示为：
[0025][0026]
式中，为大气延迟改正后的伪距，为大气延迟改正后的相位观测值，为斜对流层模型值，为内插的斜对流层改正值，为内插后的电离层改正数，为原始伪距观测值，为原始相位观测值，λi为第i个频率的载波波长；
[0027]
增强信息改正后的观测方程为：
[0028][0029]
式中，为流动站端浮点模糊度，为改正后的接收机钟差，c为光速，为伪距观测噪声，为相位观测噪声，ρs为站星几何距离；i代表频率，s代表卫星；
[0030]
随机模型按照卫星高度角确定为：
[0031][0032]
式中，θs为第s颗卫星的高度角，(σs)2为观测值的先验方差，α为截止卫星高度角。
[0033]
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
[0034]
本发明提供的基于增强手段的精密时间传递方法，首先，基于密集的区域增强站的观测值，结合广域的轨道、钟差、upd等产品，产生区域增强信息后，用户接收到增强信息后，可以进行非差误差的精细修正，结合采集的观测数据和接收的星历和upd产品，进行非差ppp-rtk解算，可以快速获取各测站的时差，从而实现用户之间的快速精密时间传递，进
而提高时间传递精度的同时，提高用户使用的时效性。
[0035]
对应于上述提供的基于增强手段的精密时间传递方法，本发明还提供了一种基于增强手段的精密时间传递系统，该系统包括：
[0036]
第一数据获取模块，用于获取广域增强信息、区域基准站数据和解算辅助数据；所述广域增强信息包括：广域的卫星星历、钟差和相位小数偏差产品；所述区域基准站数据包括：基准站上卫星的伪距和相位原始观测数据；所述解算辅助数据包括：卫星天线相位中心参数、地球自转参数和基准站坐标；
[0037]
增强信息生成模块，用于基于所述广域增强信息、所述区域基准站数据和所述解算辅助数据提取基准站上各颗卫星的信息，以得到区域增强信息；所述区域增强信息包括：每颗卫星的伪距、相位、对流层信息和电离层信息；
[0038]
第二数据获取模块，用于获取用户观测数据；所述用户观测数据包括：用户测站数据和用户测站的解算辅助数据；所述用户测站数据包括：用户测站上卫星的伪距和相位原始观测数据；
[0039]
时间传递模块，用于采用所述用户观测数据和所述区域增强信息进行精密时间传递。
[0040]
优选地，所述增强信息生成模块包括：
[0041]
第一处理单元，用于对区域基准站数据进行质量检查、周跳探测和粗差剔除处理，得到第一处理数据；
[0042]
第一增强信息生成单元，用于基于所述卫星星历和基准站坐标，对所述第一处理数据进行相对论、潮汐、天线相位中心、对流层和地球自转误差的修正，得到区域增强信息。
[0043]
优选地，所述增强信息生成单元包括：
[0044]
第一修正子单元，用于采用iers conventions 2010中指定的模型修正所述相对论和所述潮汐；
[0045]
第二修正子单元，用于采用igs14.atx模型修正所述天线相位中心；
[0046]
第三修正子单元，用于采用saastamoinen模型修正所述对流层；
[0047]
第四修正子单元，用于采用iers eop c04模型修正所述地球自转误差；
[0048]
增强信息生成子单元，用于结合所述相位小数偏差产品，进行参考站的ppp求解和模糊度固定，在ppp模糊度固定后，可以得到接收机的钟差，进而基于所述相位观测值和所述卫星星历提取各基准站上各颗卫星的增强信息，得到区域增强信息。
[0049]
优选地，所述时间传递模块包括：
[0050]
第二增强信息生成单元，用于基于所述用户观测数据得到用户区域增强信息；
[0051]
最小二乘解算单元，用于基于所述用户区域增强信息确定观测方程和随机模型，并采用最小二乘解算所述观测方程和所述随机模型，得到浮点解；
[0052]
时间传递单元，用于在浮点解的基础上，进行星间单差投影，恢复模糊度的整周特性，采用lambda搜索算法进行模糊度的固定，实现模糊度为固定解的精密时间传递。
[0053]
因本发明提供的基于增强手段的精密时间传递系统实现的技术效果与上述提供的基于增强手段的精密时间传递方法实现的技术效果相同，故在此不再进行赘述。
附图说明
[0054]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，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。
[0055]
图1为本发明提供的基于增强手段的精密时间传递方法的流程图；
[0056]
图2为本发明提供的基于增强手段的精密时间传递方法的实施框图；
[0057]
图3为本发明提供的基于增强手段的精密时间传递系统的结构示意图。
具体实施方式
[0058]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0059]
本发明的目的是提供一种基于增强手段的精密时间传递方法和系统，能够提高时间传递精度的同时，提高用户使用的时效性。
[0060]
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0061]
如图1所示，本发明提供的基于增强手段的精密时间传递方法，包括：
[0062]
步骤100：获取广域增强信息、区域基准站数据和解算辅助数据。广域增强信息包括：广域的卫星星历、钟差和相位小数偏差产品(upd)。本发明主要是通过互联网实时获取中国科学院国家授时中心时间gnss产品中心提供的实时轨道、钟差和相位小数偏差改正数(upd)产品。区域基准站数据包括：基准站上卫星的伪距和相位原始观测数据。解算辅助数据包括：卫星天线相位中心参数、地球自转参数和基准站坐标。
[0063]
步骤101：基于广域增强信息、区域基准站数据和解算辅助数据提取基准站上各颗卫星的信息，以得到区域增强信息。区域增强信息包括：每颗卫星的伪距、相位、对流层信息和电离层信息。
[0064]
例如，该步骤的实施过程为：首先对基准站的原始数据(伪距、相位观测值)进行质量检查、周跳探测和粗差剔除，删除无卫星星历或观测值不完整的数据，得到干净的数据。基于精密星历，强约束坐标，对预处理后干净的数据进行相对论、潮汐、天线相位中心、对流层和地球自转误差的修正，其中相对论和潮汐改正使用iers conventions 2010中指定的模型改正，天线相位中心改正采用igs14.atx模型改正，对流层改正采用saastamoinen模型改正，地球自转误差改正使用iers eop c04模型改正后，结合upd产品，进行参考站的ppp求解和模糊度固定，在ppp模糊度固定后，可以得到接收机的钟差，进而基于相位观测值和星历产品可以提取各基准站上各颗卫星的增强信息。
[0065]
斜路径上对流层改正数δt为对流层计算值ts减去模型量t
model
，如式(1)：
[0066]
δt＝t
s-t
model
ꢀꢀꢀ
(1)
[0067]
这里，ts和t
model
的计算方式如下：
[0068]
[0069]
t
model
＝d
dryfdry
+d
wetfwet
ꢀꢀꢀ
(3)
[0070]
其中，λ为载波波长，φ为相位观测值，ρ为卫星和测站之间几何距离，t为接收机钟差，ts为卫星钟差，c为光速，为相位模糊度，s表示卫星，if表示无电离层组合，d
dry
和d
wet
为天顶方向对流层干分量和湿分量延迟，f
dry
和f
wet
分别为对应的投影系数。
[0071]
斜路径上伪距和相位的电离层延迟改正数可由式(4)计算：
[0072][0073]
其中，p和φ表示伪距和相位观测值，ρ为站星几何距离，δ
p,i
和为接收机端和卫星端硬件延迟，δ
φ,i
和分别为接收机端和卫星端的相位小数偏差。卫星端的硬件延迟偏差和相位小数偏差采用产品修正，接收机端的硬件延迟和相位小数偏差不考虑，融合在增强信息中。
[0074]
在得到区域增强信息后，对每颗卫星伪距、相位的对流层、电离层增强信息通过网络以设定的格式进行播发。
[0075]
步骤102：获取用户观测数据。具体的，获得用户测站上卫星的伪距、相位观测数据，广域的卫星轨道、钟差和upd产品，各基准站增强信息，以及辅助的解算参数，包括天线相位中心参数、地球自转参数、测站准确坐标。
[0076]
步骤103：采用用户观测数据和区域增强信息进行精密时间传递。
[0077]
例如，在实施过程中，基于区域增强手段的模糊度为浮点解的时间传递解算。首先，对用户站的数据进行质量检查、周跳探测、粗差剔除，删除无卫星星历或观测值不完整的数据，得到干净的数据。其次，进行误差修正，其中相对论和潮汐改正使用iers conventions 2010中指定的模型改正，天线相位中心改正采用igs14.atx模型改正，对流层改正采用saastamoinen模型改正，地球自转误差改正使用iers eop c04模型改正，并进行增强信息的插值和精细修正。最后，确定观测方程和随机模型，并进行最小二乘解算，实现用户端模糊度为浮点解的精密时间传递。
[0078]
用户端内插的大气延迟改正数修正后的非差观测值可表示为：
[0079][0080]
式中，和分别为大气延迟改正后的伪距和相位观测值，为斜对流层模型值，为原始伪距观测值，为原始相位观测值，λi为第i个频率的载波波长，为内插的斜对流层改正值，为内插后的电离层改正数，计算公式如下：
[0081][0082][0083]
其中，为提取的各颗卫星的对流层延迟，为提取的各颗卫星的电离层延迟。ar为内插系数，其计算公式如下：
[0084][0085]
式中，x
ru
为参考站和用户站的坐标差，ar为内插系数，(xr,yr)和(xu,yu)分别为参考站和用户在区域坐标系下的平面坐标。
[0086]
增强信息改正后的观测方程可以写为：
[0087][0088]
式中，为流动站端浮点模糊度。和表示改正后的伪距和相位观测值，为改正后的接收机钟差，c为光速，为伪距观测噪声，为相位观测噪声，ρs为站星几何距离；i代表频率，s代表卫星。
[0089]
其随机模型按照卫星高度角确定，如下：
[0090][0091]
这里，θs为第s颗卫星的高度角，σs为观测值的标准差，对于伪距观测值一般设置为0.3米，相位观测值一般设置为0.002米，α为截止卫星高度角，一般设置为30度。
[0092]
最后，以模糊度为固定解的精密时间传递解算。具体的，在浮点解的基础上，进行星间单差投影，恢复模糊度的整周特性，采用lambda搜索算法进行模糊度的固定，实现模糊度为固定解的精密时间传递。
[0093]
基于上述描述，如图2所示，本发明提供的基于增强手段的精密时间传递方法主要包括广域增强产品获取，区域基准站数据获取，解算辅助产品获取，增强信息提取，增强信息播发，用户数据获取，基于增强信息的模糊度为浮点解的时间传递解算以及模糊度为固定解的时间传递解算八个部分。
[0094]
基于上述提供的基于增强手段的精密时间传递方法，相对于现有技术，还具有以下优点：
[0095]
第一，本发明基于增强信息，消除或削弱共性误差，提高观测值误差修正水平，提高时间传递精度。并且，利用基准站提供的高精度增强信息，包括了一些非模型化误差，可以提高用户站观测值误差的修正水平。
[0096]
第二，相位模糊度固定，可以实现快速收敛的时间传递服务。相对于常规ppp时间传递方法，模糊度采用的是浮点解，本发明依托增强信息进行了模糊度的归整与固定，加速了参数收敛速度，可以实现用户快速的精密时间传递。
[0097]
此外，对应于上述提供的基于增强手段的精密时间传递方法，本发明还提供了一
种基于增强手段的精密时间传递系统，如图3所示，该系统包括：第一数据获取模块1、增强信息生成模块2、第二数据获取模块3和时间传递模块4。
[0098]
第一数据获取模块1用于获取广域增强信息、区域基准站数据和解算辅助数据。广域增强信息包括：广域的卫星星历、钟差和相位小数偏差产品。区域基准站数据包括：基准站上卫星的伪距和相位原始观测数据。解算辅助数据包括：卫星天线相位中心参数、地球自转参数和基准站坐标。
[0099]
增强信息生成模块2用于基于广域增强信息、区域基准站数据和解算辅助数据提取基准站上各颗卫星的信息，以得到区域增强信息。区域增强信息包括：每颗卫星的伪距、相位、对流层信息和电离层信息。
[0100]
第二数据获取模块3用于获取用户观测数据。用户观测数据包括：用户测站数据和用户测站的解算辅助数据。用户测站数据包括：用户测站上卫星的伪距和相位原始观测数据。
[0101]
时间传递模块4用于采用用户观测数据和区域增强信息进行精密时间传递。
[0102]
为了进一步提高获取区域增强信息的精确性，作为本发明明的一个实施例，上述提供的增强信息生成模块2可以包括：第一处理单元和第一增强信息生成单元。
[0103]
第一处理单元用于对区域基准站数据进行质量检查、周跳探测和粗差剔除处理，得到第一处理数据。
[0104]
第一增强信息生成单元用于基于卫星星历和基准站坐标，对第一处理数据进行相对论、潮汐、天线相位中心、对流层和地球自转误差的修正，得到区域增强信息。
[0105]
其中，增强信息生成单元包括：第一修正子单元、第二修正子单元、第三修正子单元、第四修正子单元和增强信息生成子单元。
[0106]
第一修正子单元用于采用iers conventions 2010中指定的模型修正相对论和潮汐。
[0107]
第二修正子单元用于采用igs14.atx模型修正天线相位中心。
[0108]
第三修正子单元用于采用saastamoinen模型修正对流层。
[0109]
第四修正子单元用于采用iers eop c04模型修正地球自转误差。
[0110]
增强信息生成子单元用于结合相位小数偏差产品，进行参考站的ppp求解和模糊度固定，在ppp模糊度固定后，可以得到接收机的钟差，进而基于相位观测值和卫星星历提取各基准站上各颗卫星的增强信息，得到区域增强信息。
[0111]
进一步为了提高精密时间传递的精确性，作为本发明的另一实施例，上述采用的时间传递模块4可以包括：第二增强信息生成单元、最小二乘解算单元和时间传递单元。
[0112]
第二增强信息生成单元用于基于用户观测数据得到用户区域增强信息。
[0113]
最小二乘解算单元用于基于用户区域增强信息确定观测方程和随机模型，并采用最小二乘解算观测方程和随机模型，得到浮点解。
[0114]
时间传递单元用于在浮点解的基础上，进行星间单差投影，恢复模糊度的整周特性，采用lambda搜索算法进行模糊度的固定，实现模糊度为固定解的精密时间传递。
[0115]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说
明即可。
[0116]
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。