具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

图1是本发明实施例提供的基于卫星导航的多区域实时动态授时方法的一种流程图，图2是本发明实施例提供的基于卫星导航的多区域实时动态授时方法的一种示意图。请参见图1-2，本发明实施例提供一种基于卫星导航的多区域实时动态授时服务方法，应用于授时系统，授时系统包括：多个时间基准站、各时间基准站对应的多个用户端以及数据中心；

上述基于卫星导航的多区域实时动态授时服务方法包括：

S1、各时间基准站复现标准时间，并对导航卫星进行实时观测后，将观测得到的第一观测数据发送至数据中心；

S2、数据中心接收第一观测数据，并将第一观测数据发送至时间基准站对应的各个用户端；

S3、时间基准站对应的用户端对导航卫星进行实时观测，得到第二观测数据，并在接收到卫星导航的广播星历以及数据中心发送的第一观测数据后，根据广播星历、第一观测数据和第二观测数据确定自身的本地时间与标准时间的偏差。

本实施例中，基于卫星导航的多区域实时动态授时服务方法应用于授时系统，该授时系统可以包括：多个时间基准站、各时间基准站对应的多个用户端以及数据中心。具体而言，各时间基准站利用光纤双向时间频率传递技术实现标准时间的复现，可选地，标准时间为中国参与UTC(Universal Time Coordinated，通用协调时间)计算的守时实验室提供的标准时间。在上述步骤S1中，各时间基准站复现标准时间后，对导航卫星进行实时观测，得到第一观测数据，并将第一观测数据发送至数据中心。进一步地，数据中心接收时间基准站发送的第一观测数据，并将第一观测数据发送至各时间基准站对应的用户端，从而使用户端根据第一观测数据、自身对导航卫星实时观测得到的第二观测数据以及广播星历，确定本地时间与标准时间的偏差，进而实现授时。

示例性地，本实施例中的导航卫星为北斗三号全球卫星导航系统。

应当理解，由于授时系统中引入了多个时间基准站，每个时间基准站与标准时间的距离较长，在复现标准时间后，时间基准站进一步向对应的用户端开展RTK授时，从而能够服务于本时间基准站周边的短距离用户端，突破了标准时间RTK授时的距离限制，实现远程多区域的RTK授时。此外，本实施例中的时间基准站复现的是中国参与UTC计算的守时实验室提供的标准时间，因而有效保证了上述基于卫星导航的多区域实时动态授时服务方法的精度和准确性。

本实施例中，时间基准站包括通信连接的原子钟和接收机，可选地，接收机外接原子钟输出的频率和秒脉冲时间信号。

可选地，各时间基准站复现标准时间的步骤，包括：

利用光纤双向时间频率传递技术，将原子钟的时间同步至标准时间；

接收机接收原子钟输出的频率和秒脉冲时间信号，并根据频率和脉冲时间信号，将接收机钟同步至标准时间。

双向时间频率传递技术是精度很高的时间同步方法，本实施例以光纤作为时间信息的传输介质，使时间基准站的时间与标准时间统一。具体而言，步骤S1中利用光纤双向时间频率传递技术，将时间基准站中接收机的原子钟的说时间与标准时间同步，然后，接收机接收该原子钟输出的频率和秒脉冲时间信号，进而将接收机钟同步至标准时间。

当然，在本发明的一些其他实施例中，还可以采用其他方式实现时间基准站与标准时间的同步，例如时间基准站单元通过高精度GNSS授时实现标准时间复现，本申请对此不做限定。

可选地，上述步骤S3中，根据广播星历、第一观测数据、第二观测数据及标准时间，确定自身的本地时间与标准时间的偏差的步骤，包括：

根据广播星历、第一观测数据及第二观测数据，确定时间基准站与对应的用户端对于导航卫星的单差码伪距观测值和载波相位观测值；

利用卡尔曼滤波对单差码伪距观测值和载波相位观测值进行参数估计，得到目标用户自身的本地时间与标准时间的偏差。

具体而言，时间基准站与对应的目标用户对于卫星的单差码伪距观测值为：

其中，表示第i个时间基准站与其对应的用户端j对于导航卫星k的单差码伪距观测值，表示第i个时间基准站与其对应的用户端j对于导航卫星k的距离，δ_i,j(t)表示第i个时间基准站与其对应的用户端j的相对钟差，表示第i个时间基准站与其对应的用户端j对于导航卫星k的单差码伪距测量噪声，c表示真空光速。

时间基准站与对应的用户端对于导航卫星的单差载波相位观测值为：

其中，表示第i个时间基准站与其对应的用户端j对于导航卫星k的单差载波相位观测值，表示第i个时间基准站与其对应的用户端j对于导航卫星k的单差载波相位测量噪声，表示第i个时间基准站与其对应的用户端j对于导航卫星k的单差载波相位模糊度，λ表示载波波长。

本实施例中，在获得时间基准站与对应的用户端对于导航卫星的载波相位观测值和单差码伪距观测值之后，利用卡尔曼滤波对单差码伪距观测值和载波相位观测值进行参数估计，得到目标用户自身的本地时间与标准时间的偏差。

具体地，采用扩展卡尔曼滤波进行参数估计，线性化后的状态方程及观测方程为：

X_k＝Φ_k,k-1X_k-1+W_k-1 (1)

Z_k＝H_kX_k+v_k (2)

式中，X_k为状态向量，Φ_k,k-1为状态转移矩阵，Z_k为线性化后的观测值向量，H_k为设计矩阵，W_k-1为过程噪声，v_k为观测噪声，其中，过程噪声的方差记为Q_k，观测噪声的方差记为R_k。

状态向量的最优估值及其方差-协方差为：

P_k＝(I-K_kH_k)P_k/k-1 (4)

其中，K_k为增益矩阵：

为预测值

P_k/k-1为预测值的方差-协方差

需要说明的是，RTK授时中估计的状态向量参数包括接收机位置、相对钟差和载波相位模糊度。如果引入已知或通过RTK定位解算的接收机位置，则估计的状态向量中只包括相对钟差和载波相位模糊度参数。根据用户接收机动态性能的不同，接收机位置参数可以设置为动态参数、静态参数，对应不同的状态转移矩阵。

此外，除卡尔曼滤波之外，在本申请的一些其他实施例中还可以采用静态、固定站坐标等方式进行RTK授时结算。

图3是本发明实施例提供的基于卫星导航的多区域实时动态授时方法的另一种示意图。请参见图3，下面结合实验对上述基于卫星导航的多区域实时动态授时服务方法做进一步说明。

(1)时间基准站单元原子钟实施驾驭实验

以位于临潼本部的UTC(NTSC)作为标准时间源、以西安场区时间实验室连接的SEPT站作为时间基准站，该时间基准站上的原子钟为一台高性能被动型氢原子钟，并通过光纤双向时间频率传递链路与UTC(NTSC)实时同步；同时，以iGMAS分析中心与西安数据中心作为数据中心，向用户端提供第一观测数据。示例性地，用户端为临潼XIA6、SE22测站，利用北斗三号卫星新体制信号B1C、B2a观测值，开展短基线RTK授时试验。

实验时间：2020年7月10日-2020年7月20日(DOY：192-202)

图4是本发明实施例提供的光纤双向时间频率传递的结果示意图。时间基准站SEPT原子钟与标准时间之间通过光纤双向时间频率传递技术进行实时比对，比对结果采样率为1Hz。如图4所示，时间基准站原子钟与UTC(NTSC)时间偏差峰峰值小于1ns，大部分时段在±0.2ns以内，标准差为0.13ns，可见，时间基准站原子钟能够以较高的精准度实时驾驭到标准时间。

(2)短基线实验

试验时间：2021年4月19日-2021年4月30日(DOY：109-121)

仍以SEPT为时间基准站、SE22测站和XIA6测站为用户端，SEPT与XIA6/SE22之间的基线长度为32.85km。图5示出了短基线双频RTK卡尔曼滤波、静态、固定站坐标三种模式下对SE22的授时精度，图6示出了短基线双频RTK卡尔曼滤波、静态、固定站坐标三种模式下对XIA6的授时精度。如图5-6所示，由于SE22和XIA6外接了同源的标准时间，因此SE22和XIA6接收机RTK授时结果趋势基本一致。本实验中，由于信号传输电缆较长，且经过多级频分、脉分设备，因而两接收机外接时间信号存在约700ns的延迟，但12天内的授时结果均比较连续稳定；此外，SE22测站在三种模式下的短基线授时标准差分别为0.19ns、0.18ns和0.17ns，XIA6测站在三种模式下的短基线授时标准差分别为0.18ns、0.17ns和0.16ns。

图7所示为SE22短基线授时结果的频率稳定度，可以看出，固定站坐标模式具有最优的短期频率稳定度、但动态模式最差，平均时间1000s以上固定站坐标模式和静态模式的频率稳定度几乎一致，短基线授时三种模式的万秒稳均进入E-15量级。显然，本发明提供的基于卫星导航的多区域实时动态授时服务方法具有较高的授时精度。

通过上述各实施例可知，本发明的有益效果在于：

本发明提供了一种基于卫星导航的多区域实时动态授时服务方法及装置，应用于授时系统，该授时系统包括：多个时间基准站、各时间基准站对应的多个用户端以及数据中心，由于本发明引入了时间基准站，每个时间基准站与标准时间的距离较长，在复现标准时间后，时间基准站进一步向对应的用户端开展RTK授时，从而能够服务于本时间基准站周边的短距离用户端，突破了标准时间RTK授时的距离限制，在保证授时精度的同时，实现远程多区域的RTK授时。

图8是本发明实施例提供的基于卫星导航的多区域实时动态授时装置的一种结构示意图。如图8所示，本发明还提供一种基于卫星导航的多区域实时动态授时服务装置，应用于授时系统，授时系统包括：多个时间基准站、各时间基准站对应的多个用户端以及数据中心；

基于卫星导航的多区域实时动态授时服务装置包括：

发送模块810，用于使各时间基准站复现标准时间，并对导航卫星进行实时观测后，将观测得到的第一观测数据发送至数据中心；

接收模块820，用于使数据中心接收第一观测数据，并将第一观测数据发送至时间基准站对应的各个用户端；

确定模块830，用于使时间基准站对应的用户端对导航卫星进行实时观测，得到第二观测数据，并在接收到导航卫星的广播星历以及数据中心发送的第一观测数据后，根据广播星历、第一观测数据和第二观测数据确定自身的本地时间与标准时间的偏差。

对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

需要说明的是，本发明实施例的装置是应用上述基于卫星导航的多区域实时动态授时服务方法的装置，则上述基于卫星导航的多区域实时动态授时服务方法的所有实施例均适用于该装置，且均能达到相同或相似的有益效果。

在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

尽管在此结合各实施例对本申请进行了描述，然而，在实施所要求保护的本申请过程中，本领域技术人员通过查看所述附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现所述公开实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”(comprising)一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中列举的若干项功能。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。