阅读说明：本技术 基于rtk改进技术的标准时间亚纳秒级授时方法 (Standard time subnanosecond grade time service method based on RTK improved technology ) 是由 武美芳 孙保琪 于 2019-08-23 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种基于RTK改进技术的标准时间亚纳秒级授时方法,服务端基于iGMAS和IGS跟踪网络产生的GNSS观测数据,生成GNSS实时轨道产品,并将其通过通信网络,播发给用户端；所述的用户端包括基准站和流动站,基准站配置GNSS多模接收机,并测定坐标,基准站外接标准时间UTC(K)；流动站配置GNSS多模接收机；基准站与流通站之间建立网络链路,基准站实时将采集到的观测数据通过网络链路发送给流动站；流动站将接收到的基准站观测数据与本站观测数据差分,结合接收到的服务端的GNSS实时轨道产品,求解本站站钟与基准站站钟,即标准时间的差。本发明可得到亚纳秒级到纳秒级的实时授时精度。(The present invention provides a kind of standard time subnanosecond grade time service method based on RTK improved technology, server-side observe data based on the GNSS that iGMAS and IGS tracking network generates, and generate GNSS real-time track product, and it is broadcast by communication network to user terminal；The user terminal includes base station and rover station, and base station configures GNSS multimode rake receiver, and measures coordinate, the external standard time UTC (K) of base station；Rover station configures GNSS multimode rake receiver；Network link is established between base station and circulation station, collected observation data are sent to rover station by network link in real time by base station；The base station received observation data and our station are observed data difference by rover station, in conjunction with the GNSS real-time track product of the server-side received, solve our station station clock and base station station clock, the i.e. difference of standard time.Subnanosecond grade can be obtained to the real-time time service precision of nanosecond in the present invention.)

基于RTK改进技术的标准时间亚纳秒级授时方法

技术领域

本发明涉及一种高精度授时方法，特别涉及一种亚纳秒级授时方法。

背景技术

确定、保持某种时间尺度，通过一定方式把代表这种尺度的时间信息传送出去，供应用者使用，这一整套工作在中国称为授时，在其他国家称为时间服务。授时服务为用户提供三种基本信息：一是日期和一天中的时刻，它告诉人们某事发生于何时；二是精密时间间隔，它告诉人们事件发生经历“多长”的时间；三是标准频率，它标注某些事件发生的速率。随着人类社会的发展和科学技术的进步，授时技术取得了重大进展。如今，授时服务已经称为国计民生中不可或缺的公益工程，它甚至攸关国家安全。

目前，根据授时手段的不同，可分为短波授时、长波授时、电视授时、互联网授时、电话授时和卫星授时等。其中，卫星授时，也称为GNSS授时。GNSS授时是指，用户通过求解位置坐标和用户时钟相对GNSS系统时间的偏差，进而修正用户时钟，实现与GNSS系统时间的同步的过程，GNSS授时是目前被广泛采用的最高精度的授时方法。

近年来，相关的学者和研究机构围绕GNSS授时开展了更深入的研究，将PPP(精密单点定位)技术应用于GNSS授时。目前GNSS授时精度在纳秒至几十纳秒的量级。随着科学技术的快速发展，GNSS逐渐暴露出一些不足之处。首先，随着深空探测、物联网、科学实验等领域对时间提出了更高精度的需求，纳秒至几十纳秒量级的授时精度难以满足。其次，PPP技术的实现离不开精密钟差和轨道等产品。当PPP应用于授时，高精度实时卫星钟差和轨道必不可少。由于卫星钟模型难以精确确定，高精度实时卫星钟差一直是GNSS实时应用中的一个难点。因此，基于PPP技术的高精度授时难以精确实现。最后，目前的GNSS授时基于各导航系统所保持的系统时间，如GPST等，与标准时间相比，其稳定度较低。例如，由中国科学院国家授时中心产生、保持并发布的UTC(NTSC)，是我国的标准时间，其100天稳定度可达10^-16，优于以GPST为代表的各导航系统的系统时间。如果基于标准时间授时，可以较大程度的改善授时的稳定度。

因此，寻求一种更高精度、更高稳定度且易于实现的授时方法是十分迫切的。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于RTK改进技术的标准时间亚纳秒级授时方法，适用于用户端含有基准站的情况，例如地基增强系统、CORS系统等，可得到亚纳秒级到纳秒级的实时授时精度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：服务端基于iGMAS和IGS跟踪网络产生的GNSS观测数据，生成GNSS实时轨道产品，并将其通过通信网络，播发给用户端；所述的用户端包括基准站和流动站，基准站配置GNSS多模接收机，并测定坐标，基准站外接标准时间UTC(K)；流动站配置GNSS多模接收机；基准站与流通站之间建立网络链路，基准站实时将采集到的观测数据通过网络链路发送给流动站；流动站将接收到的基准站观测数据与本站观测数据差分，结合接收到的服务端的GNSS实时轨道产品，求解本站站钟与基准站站钟，即标准时间的差。

所述的GNSS是指导航系统GPS、GLONASS、Galileo、BDS、QZSS、IRNSS、SBAS中的一种或任意组合。

所述的通信网络包括卫星网络、互联网和GPRS。

各基准站之间的距离设置为10～30km。

所述的基准站与流通站之间的网络链路包括GPRS、CDMA、互联网和有线网络。

本发明的有益效果是：

1、该授时方法可实现快速收敛，且实时授时精度可达亚纳秒级，比GNSS授时提高1-2个量级。

RTK改进技术，借助了RTK定位中的差分原理，通过修正基准站接收机与流动站接收机在接收相同卫星信号时的钟差来达到定时的目的。该授时方法基于RTK改进技术实现，借助实时差分模型，在系统内组成差分观测值进行实时处理，历时短，可达到快速收敛的目的。而传统的基于精密单点定位(PPP)的授时技术，通常需要较长时间的收敛，因而在一定程度上影响实时授时的效率。

该授时方法基于RTK改进技术实现，而RTK改进技术是借助差分的方式，在基准站与流动站之间求得单差观测模型，消除了两个测站间共有的卫星钟误差的影响，削弱了卫星星历误差的影响，短基线的情况下，由于对流程和电离层折射的影响具有很强的相关性，故可消除大气折射误差。基于该方法授时，授时精度可提高1-2个量级，解决了目前授时精度无法满足某些高精度应用需求的问题。

2、该授时方法不需要卫星钟的参与，简化了授时流程，便于推广应用。

由于卫星钟模型难以精确确定，实时卫星钟差一直是实时应用中的一个难点。该方法基于RTK改进技术实现，通过对基准站和流动站的观测数据进行一次差分，消除了两个测站间共有的卫星钟误差的影响，即整个授时过程不需要实时卫星钟差的参与，一方面提高了授时精度，另一方面很大程度的简化了授时流程，便于该技术的推广应用。

3、该授时方法授时内容为UTC(K)，具有较高的稳定度。

通过基准站外接UTC(K)，使授时内容为标准时间。UTC(K)是各国时间实验室生成、保持的，具有很高的稳定度。基于标准时间授时，可以显著提高授时的稳定度。具体到我国，UTC(NTSC)是我国自主生成、保持并发布的国家标准时间，授时关系到国计民生甚至国家安全，而利用该方法，可以削弱对GNSS系统时间的依赖，增加授时安全性。

附图说明

图1是本发明的授时原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。

本发明采用如下技术方案：基于RTK改进技术的标准时间亚纳秒级授时方法，采用了RTK改进技术，主要包括服务端、通信网络及用户端，用户端包括基准站和流动站两部分。

RTK改进技术是指，将RTK定位技术应用到授时中，借助RTK中的差分原理，用户端的流动站接收基准站发送的观测数据，并与本站观测数据做一次差分，结合服务端发送的精密轨道产品，实时求解流动站站钟与基准站外接的UTC(K)的钟差，以达到定时的目的一种技术。

服务端基于iGMAS和IGS跟踪网络产生的GNSS观测数据，生成GNSS实时轨道产品，并将其通过通信网络，播发给用户端。所说的GNSS是指GPS、GLONASS、Galileo、BDS、QZSS、IRNSS、SBAS等各大导航系统的一种或多种组合。

通信网络可通过卫星、互联网、GPRS等多种手段实现。

用户端分为基准站和流动站。基准站配置GNSS多模接收机，并精确测定其站坐标，各基准站之间距离可设置为10～30km。基准站外接标准时间UTC(K)。所说的标准时间是指由全世界各时间实验室产生、保持并发布的时间，记为UTC(K)。流动站配置GNSS多模接收机。基准站与流通站之间建立网络链路，可通过GPRS、CDMA、互联网等无线或有线方式实现。基准站实时将采集到的观测数据通过网络发送给流动站。流动站包含授时模块，其功能是将接收到的基准站观测数据与本站观测数据差分，结合接收到的服务端的实时精密轨道，求解本站站钟与基准站站钟，即标准时间的差。

与现有授时技术相比，本发明的授时精度提高1-2个量级。并且，该授时方法无需实时钟差产品，更易于实现与推广。与此同时，基于标准时间授时，可显著提高授时稳定度。

本实施例主要包括服务端、通信网络及用户端。服务端基于iGMAS和IGS跟踪网络产生的GNSS观测数据，生成GNSS实时轨道产品，并将其通过通信网络，播发给用户端。

通信网络可通过卫星或互联网实现。

用户端分为基准站和流动站。各基准站和流动站均配置GNSS多模接收机，各基准站之间距离可设置为10～30km。精确测定基准站站坐标，并外接标准时间UTC(K)。一个基准站周边可以有1个或多个流动站。基准站和流动站均可接收GNSS观测信号。基准站与流通站之间建立无线网络连接。基准站将采集到的观测数据通过网络发送给流动站。流动站将接收到的基准站观测数据与本站观测数据差分，结合接收到的服务端的实时精密轨道，求解本站站钟。

本实施例的工作原理，叙述如下：

服务端基于iGMAS和IGS跟踪网络产生的GNSS观测数据，依据非差或双差的模式，生成GNSS实时轨道产品，并将其通过通信网络，播发给用户端。

通信网络采用常规的网络手段即可满足要求，例如互联网、GPRS、通信卫星等。

用户端分为基准站和流动站两部分。基准站外接标准时间UTC(K)，并精密测定站坐标。基准站和流动站观测方程如公式(1)、(2)所示：

其中：

s为卫星号；

r为接收机编号，此处r取1或2，1代表基准站，2代表流动站；

为伪距观测值；

为相位观测值；

为几何距离，即卫星质量中心到接收机天线参考点的几何距离；

dt_r为接收机钟差；

dt^s为卫星钟差；

为电离层折射延迟的等效距离；

为对流层折射延迟的等效距离；

为整周模糊度；

和为未模型化的随机误差。

基准站将接收到的伪距和相位观测值，通过无线链路，发送给流动站，流动站的授时模块将接收到的基准站观测数据与本站观测数据做差，得到公式(3)、(4)：

由于基准站与流动站距离小于30km，所以基准站和流动站的电离层和对流层折射的影响具有很强的相关性，故可认为由此，可消除大气折射误差。基准站外接UTC(K)，即dt₁(t)＝UTC(K)，且基准站坐标精确测定。此时公式(3)、(4)中的未知数只有流动站坐标、流动站与基准站钟差之差UTC(K)-dt₂(t)、模糊度之差。通过基准站和流动站跟踪4颗及以上卫星，即可求出流动站坐标、流动站站钟与UTC(K)的差UTC(K)-dt₂(t)。如果流动站站坐标已知(精确测定)，则只需要跟踪1颗卫星，即可得到流动站站钟与UTC(K)的差。至此，流动站完成基于RTK改进技术的标准时间授时的整个过程。需要说明的是，与GNSS授时相比，该技术消除了卫星钟，大气折射误差，因此，其授时精度较GNSS授时提高1-2个量级。