[發(fā)明專利]一種嵌入式遠(yuǎn)距離實(shí)時GPS共視時間比對的方法

在審

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• 申請日: 2018-05-17
• 公開（公告）號: CN108680930A
• 公開（公告）日: 2018-10-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張京奎;盛傳貞;應(yīng)俊俊;楊開偉;王永杰;王永剛;郭曉松
• 申請（專利權(quán)）人: 中國電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所
• 主分類號: G01S19/05
• 分類號: G01S19/05
• 代理公司: 河北東尚律師事務(wù)所 13124
• 代理人: 王文慶

本發(fā)明公開了面向基于遠(yuǎn)距離GPS共視時間比對的技術(shù)需求，提出了一種嵌入式遠(yuǎn)距離實(shí)時GPS共視時間比對的方法，該方法基于FPGA原型的板卡，將GPS共視時間比對算法嵌入到DSP上，實(shí)現(xiàn)實(shí)時時間比對處理，主要完成的任務(wù)包含GPS共視與單機(jī)協(xié)同，在不增加運(yùn)算復(fù)雜度和空間復(fù)雜度的前提下，能夠保證鐘差結(jié)果的穩(wěn)定輸出，實(shí)現(xiàn)了上千公里的站間時間同步問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及衛(wèi)星定位導(dǎo)航中的時間傳遞技術(shù)，尤其涉及嵌入式遠(yuǎn)距離實(shí)時GPS共視時間比對方面。

背景技術(shù)

時間統(tǒng)一作為空間載體/分布式應(yīng)用系統(tǒng)協(xié)同工作，高精度相對測量作為時間統(tǒng)一的基本條件，是現(xiàn)代國防高精度測量和全球一體化的重要研究內(nèi)容，影響著航天、通信、交通、高速數(shù)字網(wǎng)同步等領(lǐng)域，如何實(shí)現(xiàn)大尺度范圍內(nèi)不同節(jié)點(diǎn)的實(shí)時時間同步，是現(xiàn)代時間基準(zhǔn)統(tǒng)一和時間維持的重要保障。

GPS共視時間比對作為時間基準(zhǔn)統(tǒng)一的重要技術(shù)，建設(shè)的成本低，實(shí)現(xiàn)方法簡單，同時隨著GNSS導(dǎo)航系統(tǒng)的完善，可用于共視觀測衛(wèi)星越來越多，同時GNSS共視具備連續(xù)實(shí)時性特征，對于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離實(shí)時時間同步具有無可比擬的優(yōu)勢。同時隨著現(xiàn)在授時終端的模塊化，利用多模多頻板卡能夠自主、方便地開發(fā)出各種滿足特定需求的導(dǎo)航導(dǎo)航應(yīng)用系統(tǒng)。將板卡與計算機(jī)、通訊技術(shù)相結(jié)合，開發(fā)能夠?qū)崟rGPS共視時間比對算法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決嵌入式遠(yuǎn)距離實(shí)時GPS共視時間比對問題，目的在于解決相距幾千公里的不同站間能夠完成實(shí)時時間同步的問題。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

嵌入式遠(yuǎn)距離實(shí)時GPS共視時間比對方法，是基于FPGA原型的板卡，整個系統(tǒng)核心器件是DSP和FPGA；GPS共視時間比對部分是嵌入到DSP上，實(shí)現(xiàn)實(shí)時時間比對處理，主要完成任務(wù)包含GPS共視與單機(jī)協(xié)同，在不增加運(yùn)算復(fù)雜度和空間復(fù)雜度的前提下，保證鐘差結(jié)果的穩(wěn)定輸出，包括以下步驟：

(1)實(shí)時數(shù)據(jù)解析：接收GPS實(shí)時數(shù)據(jù)流，對不同測站的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析得到原始觀測數(shù)據(jù)和電文數(shù)據(jù)，同時進(jìn)行分類存儲；

(2)數(shù)據(jù)預(yù)處理：對原始觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行粗差剔除、周跳探測及修復(fù)和偽距平滑處理，得到高精度的平滑偽距值；

(3)單站鐘差計算：根據(jù)高精度的平滑偽距值和電文數(shù)據(jù)，計算衛(wèi)星位置和站星距離，同時對站星距進(jìn)行誤差項(xiàng)的改正，利用濾波的方式求解得到單站鐘差；

(4)站間鐘差求解：對不同站間的鐘差數(shù)據(jù)進(jìn)行交換，利用多星加權(quán)方法計算得到站間鐘差結(jié)果。

其中，步驟(1)實(shí)時數(shù)據(jù)解析包括以下步驟：

(a)根據(jù)測站觀測的GPS實(shí)時數(shù)據(jù)流，首先解析測站編號標(biāo)識；

(b)根據(jù)測站編號標(biāo)識，分離和提取各個測站的原始觀測數(shù)據(jù)和電文數(shù)據(jù)，并進(jìn)行分類存儲。

其中，其特征是步驟(2)數(shù)據(jù)預(yù)處理包括以下步驟：

(a)采用中值濾波和卡方檢驗(yàn)的方法剔除原始觀測數(shù)據(jù)中不好的數(shù)據(jù)；

(b)采用無幾何距離和M-W組合來探測粗差剔除后的原始觀測數(shù)據(jù)中包含的周跳，同時對周跳進(jìn)行標(biāo)識和修復(fù)；

(c)利用載波相位觀測值對周跳探測及修復(fù)后的原始觀測數(shù)據(jù)的偽距觀測值進(jìn)行平滑，得到高精度的平滑偽距值。

其中，步驟(3)單站鐘差計算包括以下步驟：

(a)根據(jù)電文數(shù)據(jù)計算得到衛(wèi)星的位置，根據(jù)衛(wèi)星的位置、已知的測站坐標(biāo)和平滑偽距值計算得到站星距；

(b)對站星距進(jìn)行測站電離層、對流層、天線相位中心、地球自轉(zhuǎn)以及DCB誤差項(xiàng)的改正；