[發明專利]一種利用全球定位系統進行納秒級精確時間同步的方法

有效

• 申請號: 201110203041.7
• 申請日: 2011-07-20
• 公開（公告）號: CN102890279A
• 公開（公告）日: 2013-01-23
• 發明（設計）人: 尤紅建;付琨
• 申請（專利權）人: 中國科學院電子學研究所
• 主分類號: G01S19/27
• 分類號: G01S19/27;G01S19/51
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周國城

技術領域

本發明涉及衛星定位技術和精確時間同步領域，是一種利用全球定位系統進行納秒級精確時間同步的方法。

背景技術

GPS接收機內部時鐘精度有效，一般只能達到毫秒級，但是通過利用4顆以上的衛星偽距測量進行實時解算(即單點定位)可以得到每個采樣時刻接收機時鐘和衛星時鐘之間的差值(即接收機鐘差dT)，這樣就能修正接收機的時鐘，因此GPS接收機具有授時和1PPS輸出功能。但由于單點定位精度一般只能8～10米，而時間精度(即接收機鐘差)大約50～70納秒，精度高的可以達到20納秒，甚至也有個別GPS接收機宣稱能夠達到10納秒。但是一般接收機的1PPS授時也只有幾十納秒。要想達到1～2納秒級就很難，這是GPS單點定位原理和精度的限制，要想提高時間精度，只能通過差分相對定位的方法來計算兩臺接收機之間的時間相對鐘差，一般通過差分定位處理，精度可以達到亞米甚至厘米，這樣對應的時間精度也能達到1～2納秒，甚至0.1納秒。即通過兩臺接收機共同接收一定數量的公共衛星，通過相對解算，得到每個臺收機相對于參考站接收機的時間差值(相對鐘差)。

發明內容

本發明的目的是提供一種利用全球定位系統進行納秒級精確時間同步的方法，實現了不同接收機的1PPS信號之間的精確同步。

為達到上述目的，本發明的技術方案是：

一種利用全球定位系統進行納秒級精確時間同步的方法，兩臺GPS接收機同時觀測到至少四顆GPS衛星，并接收每顆衛星到天線的原始測量數據；其包括：

步驟1：每臺接收機利用測量的至少四顆衛星到接收機的偽距值進行單點定位，分別得到每臺接收機的鐘差；接收機并根據鐘差修正后得到的時間發出一秒一個脈沖(1PPS)信號；

步驟2：利用兩臺接收機同時觀測的偽距和載波相位測量值進行接收機之間的相對定位處理，并計算得到兩臺接收機之間相對的接收機鐘差；

步驟3：根據步驟1和步驟2分別得到的接收機各自鐘差及解算的兩臺接收機之間的相對鐘差，得到兩臺接收機的1PPS之間的時間差，精度為1～2納秒；

步驟4：然后利用步驟3所得的時間同步誤差值，對各臺接收機發出的一秒一個脈沖(1PPS)信號的相對時間進行修正，最終使得兩臺GPS接收機發出經過時間修正的1PPS信號，精度和1PPS的差值相同，也為1～2納秒。

所述的精確時間同步的方法，其所述步驟4中，具體方法如下：

a)設第一接收機的1PPS時刻為T_pps1，則根據接收機自身單點定位的計算鐘差dT1；同時，設第二接收機的1PPS時刻為T_pps2，根據接收機自身單點定位的計算鐘差dT2；

b)利用兩臺接收機采集的至少四顆衛星的偽距和相位進行相對定位解算，以得到兩臺接收機的相對鐘差rdT；

c)利用下面的公式計算出兩個1PPS信號之間的相對時間同步值：

T_pps2-T_pps1＝rdT-dT2+dT1

式中：T_pps1表示第一接收機的1PPS時刻，

rdT根據兩臺接收機采集的偽距和相位進行相對定位解算的接收機相對鐘差，

dT1表示第一接收機自身單點定位的計算鐘差，

T_pps2為第二接收機的1PPS時刻，

dT2為第二接收機自身單點定位的計算鐘差。

本發明方法，對不同GPS接收機發出的1PPS信號之間的時間誤差進行修正，得到這些接收機的1PPS信號之間的時間差值，精度為1～2納秒，從而解決了不同接收機的1PPS信號之間的精確同步問題。

附圖說明

圖1是本發明的一種利用全球定位系統進行納秒級精確時間同步的方法示意圖。

具體實施方式

本發明的一種利用全球定位系統進行納秒級精確時間同步的方法，具體包括：

步驟1：每臺接收機在采樣時刻接收原始觀測數據(偽距和載波相位)，同時接收機自己進行單點定位，得到接收機的鐘差值dT，接收機利用該鐘差修正1PPS的輸出脈沖時刻，同時發出1PPS脈沖。

步驟2：通過數據鏈將兩臺接收機原始數據進行聯合基線解算，可以計算出兩臺接收機之間的相對鐘差rdT，解算原理類似相位差分，不再具體展開。一般計算的rdT精度能夠到1～2納秒。

步驟3：根據兩臺接收機的各自鐘差dT1、dT2和解算的相對鐘差rdT，就可以得到兩臺接收機的1PPS之間的時間差，精度和相對鐘差rdT相同。