基于多星座系統(tǒng)時差自主檢測的授時信號切換融合方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于多星座系統(tǒng)時差自主檢測的授時信號切換融合方法，主要包括步驟步驟1：系統(tǒng)時差計算；步驟2：對計算的時差進行自主檢測及可信度量化標(biāo)示；步驟3：對本地鐘差數(shù)據(jù)進行中值補償校正與多系統(tǒng)授時信號融合。由于對多個系統(tǒng)下的本地鐘差進行系統(tǒng)時差的補償，因此在進行不同系統(tǒng)授時信號切換時，減小了授時信號的相位變化，較好解決了不同衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)下授時信號的融合問題。
【專利說明】基于多星座系統(tǒng)時差自主檢測的授時信號切換融合方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及衛(wèi)星授時【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種基于多星座系統(tǒng)時差自主檢測的授時信號切換融合方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前美國GPS俄羅斯GL0NASS歐盟計劃建造的GALILEO (伽利略)系統(tǒng)，以及我國在北斗衛(wèi)星導(dǎo)航試驗系統(tǒng)基礎(chǔ)上在建的北斗第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是世界上四個規(guī)模最大的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)由于各系統(tǒng)的導(dǎo)航側(cè)重點略有差異，其星座設(shè)計互不相同，加上衛(wèi)星信號易受環(huán)境干擾和遮蔽，單獨使用某一個全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)進行定位授時，會在特定區(qū)域出現(xiàn)可靠性精度和完整性缺失較大的問題，難以滿足高需求定位授時，因此將四大定位系統(tǒng)進行有效組合，發(fā)揮各系統(tǒng)的定位優(yōu)勢，獲得高精度高可靠性的定位性能具有重要意義。
[0003]衛(wèi)星授時是衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的一項重要功能，衛(wèi)星授時廣泛應(yīng)用在電信、電力、金融等關(guān)系國計民生的要害部門，單一的衛(wèi)星授時系統(tǒng)要么存在安全隱患，要么系統(tǒng)的可靠性得不到保證，多星座聯(lián)合定位、授時是應(yīng)用領(lǐng)域的趨勢，目前市場上也多出現(xiàn)了雙?；蚨嗄Ｊ跁r產(chǎn)品，但多采用模塊級的融合方案，即在授時模塊輸出的授時信號IPPS層級進行融合，在進行不同衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)授時信號的切換時，由于系統(tǒng)時差的存在導(dǎo)致IPPS授時信號抖動幅度過大，造成授時信號性能下降，本文提到的基于多星座系統(tǒng)時差自主檢測的授時融合方法，很好的解決了這個問題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明針對多星座授時接收機授時信號在系統(tǒng)切換時出現(xiàn)的相位漂移現(xiàn)象現(xiàn)有問題，提供了一種基于多星座系統(tǒng)時差自主檢測的授時信號切換融合方法。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種基于多星座系統(tǒng)時差自主檢測的授時信號切換融合方法，主要包括如下步驟:步驟1:系統(tǒng)時差計算；步驟2:對計算的時差進行自主檢測；步驟3:對本地鐘差數(shù)據(jù)進行補償校正。
[0006]進一步地，步驟I中所述系統(tǒng)統(tǒng)時差的計算方法為:設(shè)多星座導(dǎo)航系統(tǒng)中授時信號待切換的兩個不同導(dǎo)航系統(tǒng)分別用A、B表示，A與本地時標(biāo)的偏差為τ a，B與本地時標(biāo)的偏差為τ b，接收機本地坐標(biāo)為xu、yu、zu，其中，Ta、τ b、xu、yu、zu通過估計理論計算求得，
Ta-Tb即為接收機獲取的A和B的系統(tǒng)時差。
[0007]進一步地，步驟2中對計算的時差進行自主檢測的具體步驟包括:
[0008]步驟2.1:以跟蹤衛(wèi)星數(shù)大于M顆，衛(wèi)星DOP值小于N，估值殘差RMS小于Q為檢測標(biāo)準(zhǔn)(M、N、Q根據(jù)具體情況設(shè)定)，當(dāng)達到標(biāo)準(zhǔn)時，記錄此刻的系統(tǒng)時差為有效系統(tǒng)時差；
[0009]步驟2.2:對判斷有效的系統(tǒng)時差進行進一步處理，設(shè)置一個固定時間常數(shù)t，在設(shè)置的固定時間常數(shù)t內(nèi)，對所有的有效系統(tǒng)時差進行統(tǒng)計分析，首先對這些系統(tǒng)時差值進行差分檢測，判斷時差值是否有階躍變化，如果有階躍變化且階躍值大于設(shè)定門限則認為此段固定時間常數(shù)內(nèi)的系統(tǒng)時差不可用；如果經(jīng)上述判斷此段時間的系統(tǒng)時差可用，則對這段時間內(nèi)的系統(tǒng)時差進行排序處理，并選取中間一段數(shù)據(jù)進行均值計算，把此均值作為此段時間內(nèi)的最佳系統(tǒng)時差。
[0010]步驟2.2選取的最佳系統(tǒng)時差用來進行本地鐘差的補償修正，修正后的A、B衛(wèi)
f- Ta-Tb 一—{ T? -Th
,Τα^ τα > TbTb +" Ta > Tb
星導(dǎo)航系統(tǒng)的本地鐘差分別為Ja=τ]=2，其中
-〒 ^ b rb_^ra<rb
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τ ' a> τ ' b分別為A修正后的本地計左及B修正后的本地鐘差。
[0011]進一步地，步驟2.1和步驟2.2之間還設(shè)有步驟2.1.1:在判斷系統(tǒng)時差是否有效的同時記錄相應(yīng)的跟蹤衛(wèi)星數(shù)、DOP值、估值殘差RMS，用以標(biāo)記此記錄的系統(tǒng)時差的可信度；步驟2.2之后還設(shè)有步驟2.3:統(tǒng)計最佳系統(tǒng)時差時間段內(nèi)的衛(wèi)星數(shù)、衛(wèi)星DOP值及估值殘差RMS，這三個參量的大小可以通過值域調(diào)整及加權(quán)平均的方法進行量化，以方便進行不同時間段內(nèi)系統(tǒng)時差可信度的比較。
[0012]進一步地，重復(fù)步驟2.1、步驟2.1.1、步驟2.2、步驟2.3，然后與之前時間段內(nèi)的系統(tǒng)時差可信度量化值進行比較，如果當(dāng)前系統(tǒng)時刻可信度量化值大于之前系統(tǒng)時差可信度量化值則更新系統(tǒng)時差，使更新后的系統(tǒng)時差為本地鐘差補償用系統(tǒng)時差。
[0013]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明所提供的方法在工程實踐中，實施簡單有效，運行穩(wěn)定可靠，較好解決了不同衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)下授時信號的融合問題。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細說明；
[0015]圖1:本發(fā)明工作流程示意圖。
【具體實施方式】
[0016]參見圖1，本發(fā)明解決多星座授時接收機授時信號在系統(tǒng)切換時出現(xiàn)的相位漂移現(xiàn)象，為了方便對本發(fā)明技術(shù)方案的理解，下面以北斗系統(tǒng)和GPS系統(tǒng)為例進行描述，但本文描述的方法可以應(yīng)用到其它不同衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)組合方案中。
[0017]基于多星座系統(tǒng)時差自主檢測的授時信號切換融合方法主要包括如下步驟:首先進行系統(tǒng)時差的計算；其次，對計算的系統(tǒng)時差進行自主檢測及可信度量化標(biāo)識；最后，對本地鐘差數(shù)據(jù)進行補償校正。
[0018]具體來說，第一步，系統(tǒng)時差計算:
[0019]設(shè)北斗系統(tǒng)與本地時標(biāo)的偏差為τ a、GPS系統(tǒng)與本地時標(biāo)的偏差為Tb，接收機本地坐標(biāo)未知坐標(biāo)為xu、yu、zu,這5個未知量可通過估值理論計算求得,未知量的求解方法通用方法不再贅述，由于本地鐘差、是在一觀測時刻求得，因此的差值即為本接收機獲取的不同衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的概略系統(tǒng)時差。
[0020]第二步，系統(tǒng)時差自主檢測及可信度量化標(biāo)示:
[0021]I)由于跟蹤衛(wèi)星數(shù)、衛(wèi)星幾何分布及衛(wèi)星接收機信息處理的誤差均可造成上述計算系統(tǒng)時差產(chǎn)生偏差，本模塊對計算的系統(tǒng)時差進行完好性檢測以獲取可信度高的系統(tǒng)時差，以蹤衛(wèi)星數(shù)大于M顆，衛(wèi)星DOP值小于N，估值殘差RMS小于Q，當(dāng)這些基本條件滿足后，記錄此時刻的系統(tǒng)時差為有效系統(tǒng)時差。
[0022]2)在判斷系統(tǒng)時差是否有效的同時記錄相應(yīng)的跟蹤衛(wèi)星數(shù)、DOP值、估值殘差RMS進行記錄，用以標(biāo)記此記錄的系統(tǒng)時差的可信度。
[0023]3)對判斷有效的系統(tǒng)時差進行進一步處理，設(shè)置一個固定時間常數(shù)t，在設(shè)置的固定時間常數(shù)t內(nèi)，對所有的有效系統(tǒng)時差進行統(tǒng)計分析，首先對這些系統(tǒng)時差值進行差分檢測，判斷時差值是否有階躍變化，如果有階躍變化且階躍值大于設(shè)定門限則認為此段系統(tǒng)時差不可用。
[0024]4)如果經(jīng)上述判斷此段時間的系統(tǒng)時差可用，則對這段時間內(nèi)的系統(tǒng)時差進行排序處理，并選取中間一段數(shù)據(jù)進行均值計算，把此均值作為此段時間內(nèi)的系統(tǒng)時差的最佳估計值。
[0025]5)統(tǒng)計此時間段內(nèi)的衛(wèi)星數(shù)、衛(wèi)星DOP值及估值殘差RMS，這三個參量的大小可以通過值域調(diào)整及加權(quán)平均的方法進行量化，以方便進行不同時間段內(nèi)系統(tǒng)時差可信度的比較。
[0026]6)重復(fù)1-5步驟的統(tǒng)計計算，然后與之前時間段內(nèi)的系統(tǒng)時差可信度量化值進行比較，如果當(dāng)前系統(tǒng)時刻可信度量化值大于之前系統(tǒng)時差可信度量化值則更新系統(tǒng)時差，使更新后的系統(tǒng)時差為本地鐘差補償用系統(tǒng)時差。
[0027]第三步，本地鐘差補償校正:
[0028]本地鐘差是本地時標(biāo)和系統(tǒng)時間的偏差，在授時信號的生成中以本地鐘差為輸入量進行本地授時信號IPPS的相位調(diào)整，可使本地授時信號IPPS的相位與系統(tǒng)時間的時刻對齊，由于不同衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)時間系統(tǒng)的系統(tǒng)時差存在，因基于不同衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的授時信號IPPS在相位上是有偏差的，在進行不同衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)進行授時信號切換時，會出現(xiàn)授時信號IPPS相位的不連續(xù)，基于第二步統(tǒng)計的系統(tǒng)時差可進行基于不同衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)本地鐘差的補償修正，修正后的BD/GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的本地鐘差分別為:
,[rTa>Tbτα>τ,
[0029]τ =Th =，
aτ, -τbTb~Ta
VIV/
[0030]其中τ' a為北斗系統(tǒng)補償修正后的本地鐘差，τ' b為GPS系統(tǒng)補償修正后的本地鐘差，由于對兩個系統(tǒng)下的本地鐘差進行系統(tǒng)時差的中值補償，因此在進行北斗系統(tǒng)和GPS系統(tǒng)授時信號切換時，減小了授時信號的相位變化，實現(xiàn)了多系統(tǒng)授時信號的有效融合。
[0031]最后應(yīng)當(dāng)說明的是:以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制；盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:依然可以對本發(fā)明的【具體實施方式】進行修改或者對部分技術(shù)特征進行等同替換；而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明請求保護的技術(shù)方案范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1.一種基于多星座系統(tǒng)時差自主檢測的授時信號切換融合方法，其特征在于，主要包括如下步驟:步驟1:系統(tǒng)時差計算；步驟2:對計算的時差進行自主檢測及可信度量化標(biāo)示；步驟3:對本地鐘差數(shù)據(jù)進行中值補償校正與多系統(tǒng)授時信號融合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多星座系統(tǒng)時差自主檢測的授時信號切換融合方法，其特征在于，步驟I中所述系統(tǒng)統(tǒng)時差的計算方法為:設(shè)多星座導(dǎo)航系統(tǒng)中授時信號待切換的兩個不同導(dǎo)航系統(tǒng)分別用A、B表示，A與本地時標(biāo)的偏差為τ a，B與本地時標(biāo)的偏差為τ b，接收機本地坐標(biāo)為xu、yu、Zu,其中，τ a、τ b、xu、yu、zu通過估計理論計算求得，| τ a- τ J即為接收機獲取的A和B的系統(tǒng)時差。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于多星座系統(tǒng)時差自主檢測的授時信號切換融合方法，其特征在于，步驟2中對計算的時差進行自主檢測的具體步驟包括: 步驟2.1:以跟蹤衛(wèi)星數(shù)大于M顆，衛(wèi)星DOP值小于N，估值殘差RMS小于Q為檢測標(biāo)準(zhǔn)(Μ、N、Q根據(jù)具體情況設(shè)定)，當(dāng)達到標(biāo)準(zhǔn)時，記錄此刻的系統(tǒng)時差為有效系統(tǒng)時差； 步驟2.2:對判斷有效的系統(tǒng)時差進行進一步處理，設(shè)置一個固定時間常數(shù)t，在設(shè)置的固定時間常數(shù)t內(nèi)，對所有的有效系統(tǒng)時差進行統(tǒng)計分析，首先對這些系統(tǒng)時差值進行差分檢測，判斷時差值是否有階躍變化，如果有階躍變化且階躍值大于設(shè)定門限則認為此段固定時間常數(shù)內(nèi)的系統(tǒng)時差不可用；如果經(jīng)上述判斷此段時間的系統(tǒng)時差可用，則對這段時間內(nèi)的系統(tǒng)時差進行排序處理，并選取中間一段數(shù)據(jù)進行均值計算，把此均值作為此段時間內(nèi)的最佳系統(tǒng)時差。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于多星座系統(tǒng)時差自主檢測的授時信號切換融合方法，其特征在于，步驟2.2選取的最佳系統(tǒng)時差用來進行本地鐘差的補償修正，修正后的A、B衛(wèi)星
,?ταζ >γ ，卜導(dǎo)航系統(tǒng)的本地鐘差分別為:七=T= 2，其中
ra+寧 ra<rbrbra< rb
V2V 2τ ' a> τ ' b分別為A修正后的本地鐘差及B修正后的本地鐘差。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于多星座系統(tǒng)時差自主檢測的授時信號切換融合方法，其特征在于，步驟2.1和步驟2.2之間還設(shè)有步驟2.1.1:在判斷系統(tǒng)時差是否有效的同時記錄相應(yīng)的跟蹤衛(wèi)星數(shù)、DOP值、估值殘差RMS，用以標(biāo)記此記錄的系統(tǒng)時差的可信度；步驟2.2之后還設(shè)有步驟2.3:統(tǒng)計最佳系統(tǒng)時差時間段內(nèi)的衛(wèi)星數(shù)、衛(wèi)星DOP值及估值殘差RMS，這三個參量的大小可以通過值域調(diào)整及加權(quán)平均的方法進行量化，以方便進行不同時間段內(nèi)系統(tǒng)時差可信度的比較。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于多星座系統(tǒng)時差自主檢測的授時信號切換融合方法，其特征在于，重復(fù)步驟2.1、步驟2.1.1、步驟2.2、步驟2.3，然后與之前時間段內(nèi)的系統(tǒng)時差可信度量化值進行比較，如果當(dāng)前系統(tǒng)時刻可信度量化值大于之前系統(tǒng)時差可信度量化值則更新系統(tǒng)時差，使更新后的系統(tǒng)時差為本地鐘差補償用系統(tǒng)時差。
【文檔編號】G04R20/02GK104238353SQ201410506239
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月28日
【發(fā)明者】賈小波, 鄒世合, 吳淑琴, 謝成玉, 趙平麗 申請人:鄭州威科姆科技股份有限公司