[發明專利]一種連續的GNSS載波相位時間和頻率傳遞方法

在審

• 申請號: 202110029518.8
• 申請日: 2021-01-11
• 公開（公告）號: CN112859120A
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 張向波;郭際;胡永輝;趙當麗;何在民;武建鋒;吳華兵
• 申請（專利權）人: 中國科學院國家授時中心
• 主分類號: G01S19/25
• 分類號: G01S19/25;G01S19/29;G01S19/30
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 顧潮琪

本發明提供了一種連續的GNSS載波相位時間和頻率傳遞方法，基于多個測站的雙頻消電離層碼偽距和載波相位組合觀測值，采用移位重疊的最小二乘批處理非差網解，然后重構待求數據時長的測站接收機鐘差，既消除時間傳遞在每個批處理單元邊界處的不連續誤差，又避免依賴外部GNSS精密軌道和鐘差產品對時間傳遞中邊界不連續誤差的影響，獲得兩地時鐘的連續時間比對結果，提高兩地時鐘比對的長期頻率穩定度。本發明算法先進，易操作，不需要依賴外部GNSS精密軌道和鐘差產品，比傳統PPP時間和頻率傳遞方法更可靠更精確，能夠實現連續的單系統或GNSS多系統組合載波相位時間和頻率傳遞，用作多個時間實驗室的全球GNSS時間傳遞網。

技術領域

本發明屬于高精度時間同步技術領域，具體涉及一種時間傳遞方法。

背景技術

時間是物理學的基本參量之一。高精度的時間和頻率已成為現代高新技術發展的必要條件，高精度時間和頻率在國民經濟、國防建設、基礎研究等領域發揮著重要的作用，如電力電網、移動通信、軌道交通、大力測量、深空探測、火箭發射、武器試驗等都需要高精度的時間作為基礎保障。尤其是精準統一的時間，是實現衛星導航、定位的基礎，而衛星導航系統的出現又推動了遠程高精度時間傳遞技術的發展。遠程時間傳遞是實現高精度時間和頻率服務的重要手段。

目前，遠程高精度時間傳遞技術主要有衛星雙向時間頻率傳遞(TWSTFT)、基于全球衛星導航系統(GNSS)的時間和頻率傳遞、光纖時間頻率傳遞法和激光時間頻率傳遞法等，這些方法各有優劣，適用于對時間傳遞精密度要求不同的場合。基于GNSS的時間頻率傳遞相比其它方法具有設備簡單、成本低等優點，已成為國際權度局(BIPM)推薦的國際時間比對方法之一。而現有基于GNSS的遠程高精度時間和頻率傳遞技術主要有衛星共視法(GNSS CV)、衛星全視法(GNSS AV)和精密單點定位時間傳遞法(GNSS PPP)。GNSS CV和GNSSAV以碼偽距為觀測量，相比于采用載波相位測量的GNSS PPP時間傳遞法精密度較低。但是，傳統的GNSS PPP載波相位時間傳遞法以“1天”為數據批處理單元，測站鐘差在“天”與“天”邊界歷元處出現“時間跳變”，即日界不連續誤差。日界不連續誤差的量值在某些測站甚至大于1ns，成為GNSS PPP時間傳遞的主要誤差源，導致兩地時鐘比對結果出現不連續現象，頻率傳遞出現漂移，影響了兩地時鐘的長期頻率穩定性。日界不連續誤差的影響因素很多，傳統的認為是受碼偽距觀測噪聲(包括多徑誤差、測站溫度變化等)的影響，導致相位模糊度估計出現偏差；另外還由于GNSS PPP依賴IGS提供的GNSS精密軌道和鐘差產品，而由于不同IGS分析中心精密產品產生策略不同，導致不同分析中心精密產品本身就存在不連續誤差，這些不連續誤差被PPP在測站鐘差解算過程中繼承，所以使傳統PPP時間傳遞日界不連續誤差增大。

為消除傳統GNSS PPP時間傳遞日邊界不連續誤差，多年來國內外相繼出現了多種方法，例如更長時長批處理單元法、載波相位單獨解算鐘差法、滑動重疊法和模糊度固定法，這些方法雖都一定程度減小邊界不連續誤差，但是也存在很多缺點。例如更長時長批處理單元法，這種方法雖然采用多天代替1天作為一次PPP解算的批處理單元，可一定程度減小批處理單元內“天”與“天”間的不連續誤差，但相鄰批處理單元間的不連續誤差仍存在且量值基本是日邊界不連續誤差的累積。載波相位單獨解算鐘差法，雖然可避免碼偽距對載波相位的影響，但是這種方法像傳統方法一樣依然高度依賴外部GNSS精密產品，而且同時受測站坐標的影響，所以日界不連續誤差仍然存在。滑動重疊法雖可減小日界不連續誤差，卻引入新的噪聲，使傳統PPP時間傳遞準確度降低。固定模糊度法消除邊界不連續誤差效果雖很顯著，但是高度依賴外部GNSS精密產品和衛星寬巷相位偏差產品，目前只適用于GPS系統，而不適用于新的GNSS系統，如BDS、Galileo系統，更無法適用于多系統組合PPP時間傳遞。

發明內容