專利名稱：一種利用全球定位系統(tǒng)進(jìn)行納秒級(jí)精確時(shí)間同步的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及衛(wèi)星定位技術(shù)和精確時(shí)間同步領(lǐng)域，是一種利用全球定位系統(tǒng)進(jìn)行納秒級(jí)精確時(shí)間同步的方法。
背景技術(shù)：
GPS接收機(jī)內(nèi)部時(shí)鐘精度有效，一般只能達(dá)到毫秒級(jí)，但是通過利用4顆以上的衛(wèi)星偽距測(cè)量進(jìn)行實(shí)時(shí)解算(即單點(diǎn)定位)可以得到每個(gè)采樣時(shí)刻接收機(jī)時(shí)鐘和衛(wèi)星時(shí)鐘之間的差值(即接收機(jī)鐘差dT)，這樣就能修正接收機(jī)的時(shí)鐘，因此GPS接收機(jī)具有授時(shí)和IPPS輸出功能。但由于單點(diǎn)定位精度一般只能8 10米，而時(shí)間精度(即接收機(jī)鐘差)大約50 70納秒，精度高的可以達(dá)到20納秒，甚至也有個(gè)別GPS接收機(jī)宣稱能夠達(dá)到10納秒。但是一般接收機(jī)的IPPS授時(shí)也只有幾十納秒。要想達(dá)到I 2納秒級(jí)就很難，這是GPS單點(diǎn)定位原理和精度的限制，要想提高時(shí)間精度，只能通過差分相對(duì)定位的方法來計(jì)算兩臺(tái)接收機(jī)之 間的時(shí)間相對(duì)鐘差，一般通過差分定位處理，精度可以達(dá)到亞米甚至厘米，這樣對(duì)應(yīng)的時(shí)間精度也能達(dá)到I 2納秒，甚至O. I納秒。即通過兩臺(tái)接收機(jī)共同接收一定數(shù)量的公共衛(wèi)星，通過相對(duì)解算，得到每個(gè)臺(tái)收機(jī)相對(duì)于參考站接收機(jī)的時(shí)間差值(相對(duì)鐘差)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種利用全球定位系統(tǒng)進(jìn)行納秒級(jí)精確時(shí)間同步的方法，實(shí)現(xiàn)了不同接收機(jī)的IPPS信號(hào)之間的精確同步。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種利用全球定位系統(tǒng)進(jìn)行納秒級(jí)精確時(shí)間同步的方法，兩臺(tái)GPS接收機(jī)同時(shí)觀測(cè)到至少四顆GPS衛(wèi)星，并接收每顆衛(wèi)星到天線的原始測(cè)量數(shù)據(jù)；其包括步驟I :每臺(tái)接收機(jī)利用測(cè)量的至少四顆衛(wèi)星到接收機(jī)的偽距值進(jìn)行單點(diǎn)定位，分別得到每臺(tái)接收機(jī)的鐘差；接收機(jī)并根據(jù)鐘差修正后得到的時(shí)間發(fā)出一秒一個(gè)脈沖(IPPS)信號(hào)；步驟2 :利用兩臺(tái)接收機(jī)同時(shí)觀測(cè)的偽距和載波相位測(cè)量值進(jìn)行接收機(jī)之間的相對(duì)定位處理，并計(jì)算得到兩臺(tái)接收機(jī)之間相對(duì)的接收機(jī)鐘差；步驟3 :根據(jù)步驟I和步驟2分別得到的接收機(jī)各自鐘差及解算的兩臺(tái)接收機(jī)之間的相對(duì)鐘差，得到兩臺(tái)接收機(jī)的IPPS之間的時(shí)間差，精度為I 2納秒；步驟4:然后利用步驟3所得的時(shí)間同步誤差值，對(duì)各臺(tái)接收機(jī)發(fā)出的一秒一個(gè)脈沖(IPPS)信號(hào)的相對(duì)時(shí)間進(jìn)行修正，最終使得兩臺(tái)GPS接收機(jī)發(fā)出經(jīng)過時(shí)間修正的IPPS信號(hào)，精度和IPPS的差值相同，也為I 2納秒。所述的精確時(shí)間同步的方法，其所述步驟4中，具體方法如下a)設(shè)第一接收機(jī)的IPPS時(shí)刻為Tppsl，則根據(jù)接收機(jī)自身單點(diǎn)定位的計(jì)算鐘差dTl ;同時(shí)，設(shè)第二接收機(jī)的IPPS時(shí)刻為Tpps2，根據(jù)接收機(jī)自身單點(diǎn)定位的計(jì)算鐘差dT2 ；b)利用兩臺(tái)接收機(jī)采集的至少四顆衛(wèi)星的偽距和相位進(jìn)行相對(duì)定位解算，以得到兩臺(tái)接收機(jī)的相對(duì)鐘差rdT ；c)利用下面的公式計(jì)算出兩個(gè)IPPS信號(hào)之間的相對(duì)時(shí)間同步值Tpps2-Tppsl = rdT-dT2+dTl式中Tppsl表示第一接收機(jī)的IPPS時(shí)刻，rdT根據(jù)兩臺(tái)接收機(jī)采集的偽距和相位進(jìn)行相對(duì)定位解算的接收機(jī)相對(duì)鐘差，dTl表示第一接收機(jī)自身單點(diǎn)定位的計(jì)算鐘差，Tpps2為第二接收機(jī)的IPPS時(shí)刻，dT2為第二接收機(jī)自身單點(diǎn)定位的計(jì)算鐘差?！?br> 本發(fā)明方法，對(duì)不同GPS接收機(jī)發(fā)出的IPPS信號(hào)之間的時(shí)間誤差進(jìn)行修正，得到這些接收機(jī)的IPPS信號(hào)之間的時(shí)間差值，精度為I 2納秒，從而解決了不同接收機(jī)的IPPS信號(hào)之間的精確同步問題。


圖I是本發(fā)明的一種利用全球定位系統(tǒng)進(jìn)行納秒級(jí)精確時(shí)間同步的方法示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的一種利用全球定位系統(tǒng)進(jìn)行納秒級(jí)精確時(shí)間同步的方法，具體包括步驟I :每臺(tái)接收機(jī)在采樣時(shí)刻接收原始觀測(cè)數(shù)據(jù)(偽距和載波相位)，同時(shí)接收機(jī)自己進(jìn)行單點(diǎn)定位，得到接收機(jī)的鐘差值dT，接收機(jī)利用該鐘差修正IPPS的輸出脈沖時(shí)亥IJ，同時(shí)發(fā)出IPPS脈沖。步驟2 :通過數(shù)據(jù)鏈將兩臺(tái)接收機(jī)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合基線解算，可以計(jì)算出兩臺(tái)接收機(jī)之間的相對(duì)鐘差rdT，解算原理類似相位差分，不再具體展開。一般計(jì)算的rdT精度能夠到I 2納秒。步驟3 :根據(jù)兩臺(tái)接收機(jī)的各自鐘差dTl、dT2和解算的相對(duì)鐘差rdT，就可以得到兩臺(tái)接收機(jī)的IPPS之間的時(shí)間差，精度和相對(duì)鐘差rdT相同。設(shè)接收機(jī)I的IPPS時(shí)刻為Tppsl，則根據(jù)接收機(jī)自身單點(diǎn)定位的計(jì)算的鐘差dTl，就可以的得到接收機(jī)I原始數(shù)據(jù)采樣時(shí)刻TsamplelTsamplel = Tppsl+dTl (I)同樣可以得到接收機(jī)2原始出具的采樣時(shí)刻Tsample2Tsamp I e2 = Tpps2+dT2 (2)公式(I)和⑵相減就可以得到T sampIe2~T sampIel = Tpps2-Tppsl+dT2_dTl (3)即Tpps2_Tppsl = (Tsample2_Tsamplel)_dT2+dTl (4)利用兩個(gè)接收機(jī)采集的4顆以上衛(wèi)星的偽距和相位進(jìn)行相對(duì)定位解算，就可以解算得到兩個(gè)采樣時(shí)間差(Tsampld-Tsamplel)，即相對(duì)鐘差rdT，精度為I 2納秒，而公式
(4)中的接收機(jī)各自的鐘差是已知量，這樣就得到了公式(4)中左邊的(TppS2-TppSl)，即PPS之間的時(shí)間同步差值。由于計(jì)算的兩個(gè)采樣時(shí)間差(Tsampld-Tsamplel)為納秒級(jí)，則(Tpps2-Tppsl)也為納秒級(jí)。
權(quán)利要求
1.一種利用全球定位系統(tǒng)進(jìn)行納秒級(jí)精確時(shí)間同步的方法，兩臺(tái)接收機(jī)同時(shí)觀測(cè)到至少四顆GPS衛(wèi)星，并接收每顆衛(wèi)星到天線的原始測(cè)量數(shù)據(jù)；其特征在于，包括 步驟I :每臺(tái)接收機(jī)利用測(cè)量的至少四顆衛(wèi)星到接收機(jī)的偽距值進(jìn)行單點(diǎn)定位，分別得到每臺(tái)接收機(jī)的鐘差；接收機(jī)并根據(jù)鐘差修正后得到的時(shí)間發(fā)出一秒一個(gè)脈沖信號(hào)；步驟2 :利用兩臺(tái)接收機(jī)同時(shí)觀測(cè)的偽距和載波相位測(cè)量值進(jìn)行接收機(jī)之間的相對(duì)定位處理，并計(jì)算得到兩臺(tái)接收機(jī)之間相對(duì)的接收機(jī)鐘差； 步驟3 :根據(jù)步驟I和步驟2分別得到的接收機(jī)各自鐘差及解算的兩臺(tái)接收機(jī)之間的相對(duì)鐘差，得到兩臺(tái)接收機(jī)的IPPS之間的時(shí)間差，精度為I 2納秒； 步驟4:然后利用步驟3所得的時(shí)間同步差值，對(duì)各臺(tái)接收機(jī)發(fā)出的一秒一個(gè)脈沖信號(hào)的相對(duì)時(shí)間進(jìn)行修正，最終使得兩臺(tái)GPS接收機(jī)發(fā)出經(jīng)過時(shí)間修正的IPPS信號(hào)，精度和IPPS的差值相同，也為I 2納秒。
2.如權(quán)利要求I所述的精確時(shí)間同步的方法，其特征在于，所述步驟4中，具體方法如下 (1)設(shè)第一接收機(jī)的IPPS時(shí)刻為Tppsl，則根據(jù)接收機(jī)自身單點(diǎn)定位的計(jì)算鐘差dTl;同時(shí)，設(shè)第二接收機(jī)的IPPS時(shí)刻為Tpps2，根據(jù)接收機(jī)自身單點(diǎn)定位的計(jì)算鐘差dT2 ； (2)利用兩臺(tái)接收機(jī)采集的至少四顆衛(wèi)星的偽距和相位進(jìn)行相對(duì)定位解算，以得到兩臺(tái)接收機(jī)的相對(duì)鐘差rdT ； (3)利用下面的公式計(jì)算出兩個(gè)IPPS信號(hào)之間的相對(duì)時(shí)間同步值Tpps2-Tppsl = rdT-dT2+dTl 式中=Tppsl表示第一接收機(jī)的IPPS時(shí)刻， rdT根據(jù)兩臺(tái)接收機(jī)采集的偽距和相位進(jìn)行相對(duì)定位解算的接收機(jī)相對(duì)鐘差， dTl表示第一接收機(jī)自身單點(diǎn)定位的計(jì)算鐘差， Tpps2為第二接收機(jī)的IPPS時(shí)刻， dT2為第二接收機(jī)自身單點(diǎn)定位的計(jì)算鐘差。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用全球定位系統(tǒng)進(jìn)行納秒級(jí)精確時(shí)間同步的方法，涉及衛(wèi)星定位技術(shù)，通過兩臺(tái)全球定位系統(tǒng)(GPS)接收機(jī)實(shí)時(shí)接收的原始數(shù)據(jù)(偽距和載波相位)差分進(jìn)行處理得到這些接收機(jī)之間的相對(duì)時(shí)間同步的誤差值，然后利用這個(gè)時(shí)間同步誤差值對(duì)各臺(tái)接收機(jī)發(fā)出的一秒一個(gè)脈沖(1PPS)信號(hào)的相對(duì)時(shí)間進(jìn)行修正，最終使得兩臺(tái)GPS接收機(jī)發(fā)出的1PPS時(shí)間經(jīng)過修正后，同步誤差在1～2納秒。本發(fā)明巧妙地應(yīng)用了相對(duì)定位得到的精確接收機(jī)時(shí)間相對(duì)誤差、1PPS信號(hào)時(shí)間和GPS接收機(jī)內(nèi)部時(shí)間的內(nèi)在關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了利用GPS接收機(jī)的1PPS信號(hào)進(jìn)行納秒級(jí)相對(duì)時(shí)間同步，大大方便了時(shí)差定位、納秒級(jí)精確授時(shí)的工作。
文檔編號(hào)G01S19/51GK102890279SQ20111020304
公開日2013年1月23日 申請(qǐng)日期2011年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月20日
發(fā)明者尤紅建, 付琨 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所