[發明專利]基于GNSS的國家標準時間亞納秒級授時方法

在審

• 申請號: 201811330386.7
• 申請日: 2018-11-09
• 公開（公告）號: CN109507690A
• 公開（公告）日: 2019-03-22
• 發明（設計）人: 武美芳;孫保琪;楊旭海;張喆;蘇行;王源昕
• 申請（專利權）人: 中國科學院國家授時中心
• 主分類號: G01S19/01
• 分類號: G01S19/01;H04B7/185
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 顧潮琪

本發明提供了一種基于GNSS的國家標準時間亞納秒級授時方法，服務端基于iGMAS和IGS跟蹤網絡產生的GNSS觀測數據，生成GNSS精密衛星鐘差產品、精密衛星軌道產品或精密共視數據，而且參考鐘設置為我國標準時間UTC(NTSC)；所述的GNSS精密衛星鐘差產品、精密衛星軌道產品或精密共視數據通過通信網絡傳播；用戶端接收后與GNSS觀測數據一起解算UTC(NTSC)與本地鐘的鐘差，從而實現授時，且授時內容為我國標準時間UTC(NTSC)。本發明能夠直接獲取國家標準時間UTC(NTSC)，增加了授時可靠性，將授時精度從十數納秒提高到亞納秒級。

技術領域

本發明涉及一種高精度授時方法，特別涉及一種亞納秒級授時方法。

背景技術

確定、保持某種時間尺度，通過一定方式把代表這種尺度的時間信息傳送出去，供應用者使用，這一整套工作在中國稱為授時，在其他國家稱為時間服務。授時服務為用戶提供三種基本信息：一是日期和一天中的時刻，它告訴人們某事發生于何時；二是精密時間間隔，它告訴人們事件發生經歷“多長”的時間；三是標準頻率，它標注某些事件法的速率。隨著人類社會的發展和科學技術的進步，授時技術取得了重大進展。授時服務已經稱為國計民生中不可或缺的公益工程，它甚至攸關國家安全。

目前，大多數授時方法都以某種類型的無線電發播為基礎。根據授時手段的不同分為短波授時、長波授時、電視授時、互聯網授時、電話授時和衛星授時等。各種授時技術的精度如表1所示。其中，衛星授時，信號覆蓋范圍大，傳送精度高，傳播衰減小，是目前被廣泛采用的高精度授時方法。

表1各種授時技術的精度比較

高精度的衛星授時依賴于GNSS高精度的空間基準和時間基準，包括高精度的衛星星歷和GNSS系統時間，所以也稱為GNSS授時。同時，授時精度還受衛星信號和傳播過程影響，包括信號強度影響、對流層和電離層實驗影響以及接收機信號處理時延影響等。GNSS授時的基本原理為，在GNSS衛星上載有原子鐘，地面上的用戶可接收發自GNSS衛星的時間服務信號來校正本地時鐘，使之與GNSS時鐘同步，完成授時過程。

由于GNSS本身的特點，GNSS授時存在一定的不足。首先，GNSS授時是通過求解用戶位置坐標和用戶相對GNSS系統時間的時間差，進而修正用戶時鐘實現與GNSS系統時間的同步。也就是說，GNSS授時基于各導航系統所保持的系統時間，如GPST。而我國的標準時間是中國科學院國家授時中心產生、保持并發布的UTC(NTSC)，其100天穩定度可達10^-16，遠優于GNSS系統時間。如果基于國家標準時間UTC(NTSC)授時，可以較大程度的改善GNSS授時的穩定度，同時對完善我國授時體系有重要意義。其次，目前的衛星授時精度為10～40ns，無法滿足深空探測、物聯網、科學實驗等領域對時間提出的更高精度的需求。最后，由于導航衛星離地面20000～30000km，衛星信號非常微弱，極容易受到各種惡意干擾，進而影響授時的可靠性。尤其是基于某一種導航系統授時，授時可靠性較低。因此，建立一種高精度，高可靠性且可完善我國標準時間的授時方法是十分迫切的。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明提供一種基于GNSS的國家標準時間亞納秒級授時方法，利用該方法能夠直接獲取國家標準時間UTC(NTSC)，完善了我國標準時間授時體系；并且，該方法采用多GNSS備份，利用PPP和精密共視等多種技術手段，一方面增加了授時可靠性，另一方面將授時精度從十數納秒提高到亞納秒級。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案包括以下步驟：

(1)服務端基于iGMAS和IGS跟蹤網絡產生的GNSS觀測數據，生成GNSS精密衛星鐘差產品、精密衛星軌道產品或精密共視數據，而且參考鐘設置為我國標準時間UTC(NTSC)；

(2)所述的GNSS精密衛星鐘差產品、精密衛星軌道產品或精密共視數據通過通信網絡傳播；