[發明專利]基于GNSS共視時間比對算法的時間頻率傳遞方法及接收機

有效

• 申請號: 201710806383.5
• 申請日: 2017-09-08
• 公開（公告）號: CN107607971B
• 公開（公告）日: 2021-01-12
• 發明（設計）人: 程禹;吳限德;白文彬;韓華;翟華;謝亞恩;孫楚琦;路勝卓;陳衛東;倪蜂棋
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01S19/42
• 分類號: G01S19/42;G01S19/32
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于GNSS共視時間比對算法的時間頻率傳遞方法，其特征在于，GNSS共視時間比對算法的具體實現步驟包括：

(1)建立偽距觀測方程：不斷接收衛星播發的導航信號，根據接收的信號來計算不同位置地面接收機的時間差，通過時間比對算法建立偽距觀測方程；

(2)對電離層延遲修正值、對流層時延修正值、地球自轉效應修正值進行建模，確定衛星軌道位置和接收機位置；

(3)根據衛星軌道位置和接收機位置計算出衛星和接收機的真實距離；

(4)對實時時間進行比對得到兩地面接收機時間差，并對結果進行Kalman濾波和RTS事后處理；

步驟(1)中所述的建立偽距觀測方程的基礎為偽距測量，其具體的實現方法為：

(1.1)GNSS系統在地球上不同位置設置多個地面接收機，這些接收機實時同步觀測同一顆GNSS衛星導航信號中的時標；

(1.2)將本地時鐘鐘面時與衛星時標信號解算出的衛星鐘面時作差，再乘以信號傳播速度，得到地面接收機與被觀測衛星的偽距值；

(1.3)將所得的偽距值通過互聯網進行傳遞；

(1.4)所建立的偽距觀測方程為：

ρ_i^(s)＝r_i+δt_ui-δt_i^(s)+I_i+T_i+ε_ρi

ρ_j^(s)＝r_j+δt_uj-δt_j^(s)+I_j+T_j+ε_ρj

其中，s代表衛星，u代表接收機，i和j代表不同的接收機；ρ^(s)為接收機的偽距觀測值，δt^(s)為衛星鐘差，I為電離層延時，T為對流層延時，r為接收機到衛星的真實距離，ε_ρ為偽距觀測噪聲，在設計算法時可以忽略；步驟(2)中所述的確定衛星軌道的方法包括GPS，GLONASS，Galileo和COMPASS法，GPS，GLONASS，Galileo和COMPASS四個系統利用雙頻接收機直接測量出電離層延時修正值，其公式為：

其中，I₁和I₂分別為雙頻信號傳播過程中的電離層延遲修正值；和分別為接收機通過L1信號和L2信號觀測的偽距值；f₁和f₂分別不同信號的頻率；γ₁₂為f₁和f₂比值的平方；

步驟(2)中所述的GPS，GLONASS，Galileo和COMPASS四個系統的測量值中的GNSS對流層時延修正值采用Hopfield模型，包括干分量時延和濕分量時延兩種情況，其中，干分量指氧氣與氮氣等干空氣，濕分量指水蒸氣；

對流層延時天頂方向干分量T_zd的估算公式為：

其中，P₀與T_k0分別代表在地面上高度為零處的大氣總壓力與熱力學溫度；

天頂方向對流層延時濕分量T_zw的估算公式為：

其中，e₀₀＝11.691mbar為地面零高度處的水汽分壓；

在信號傳播方向上的對流層延時T為

T＝T_zdF_d+T_zwF_w

干分量傾斜率F_d的估算模型為

濕分量傾斜率F_w的估算模型為

其中，θ為衛星與地面接收機之間形成的高度角，單位為弧度；步驟(3)中所述的衛星到接收機的真實距離r的確定方式為

其中，s代表衛星，d代表接收機，i和j代表不同接收機；x^s,y^s,z^s為衛星在地心地固坐標系中的坐標值；GPS，COMPASS和Galileo系統通過解算衛星星歷電文實時獲得衛星軌道位置，GLONASS采用衛星軌道推算方法獲得衛星軌道位置，x_u,y_u,z_u為接收機的位置坐標；步驟(4)中所述的由偽距觀測方程推導出的兩地面接收機時間差為

其中，角標L1和L2代表不同的信號，i和j代表不同的接收機，δ_u為兩接收機時間差，ρ代表觀測偽距，γ₁₂為兩信號頻率比值的平方，r為衛星到接收機的真實距離，T為對流層延時修正值，ε_ij為觀測噪聲；所述的步驟(4)中在對共視資料預處理后，對含噪聲的異地鐘差數據序列進行多率Kalman濾波。