一种卫星双向时间对比系统及方法与流程
本发明涉及时频与空间科学领域，具体涉及一种卫星双向时间对比系统。本发明还涉及一种卫星双向时间对比方法。
背景技术：
1、卫星双向时间比对是目前远程时间比对最精确的方法，也是国际间各国授时中心时间比对常用的方法。卫星双向时间比对的基本原理是参与比对的两个相距甚远的时间站，互相向对方发送长伪距测距信号，各自测量对方发送来的长伪距测距信号进行测量，然后将双方的长伪距值做差得到两站之间的时间差。卫星双向时间比对的精度之所以很高，完全是利用两个长伪距测距信号之间路径上的对称性实现，如经过的空间几何距离相等，两个长伪距测距信号的对流层时延相等，两个长伪距测距信号的电离层时延不相等，产生电离层残差，当前卫星双向时间比对方法使用的频点是ku频段，产生的电离层时延较小，故而可以达到很高的时间比对精度。
2、当卫星和地面站进行无线电通信，无线电信号穿越大气层时，无线电信号会产生时延，包括电离层时延和对流层时延。在信号载波频率小于30ghz时，对流层对无线电信号的时延认为是相等的；而电离层对无线电信号的时延大小与载波频率的平方成反比，与穿越路径上的电离层总电子数成正比，无线电信号穿越电离层产生的时延数学表达式可以为：
3、
4、式中：di是射频信号即无线电信号穿越星地连线电离层路径时的时延，单位：米；f为无线电信号的载波频率，单位：赫兹；tec为卫星与地面站路径上的电离层总电子数，单位：电子/平方米。
5、卫星双向时间比对的无线电信号同样会产生电离层时延，尽管国际推荐卫星双向时间比对使用ku频段，对应产生的电离层时延也较小，但对于超高精度的远程时间比对，这些电离层残差仍然不能忽略，需要加以消除。常用的方法是电离层模型估计方法，估计出长伪距测距信号路径上的电离层总电子数，然后加以消除误差。另一种方法是使用第三方提供的电离层总电子数消除误差，当前以igs(international gps service，国际gps服务)提供的电离层总电子数具有代表性。当使用igs提供的电离层数据时，用户需要从igs网站下载相应时间段的电离层时延，存在时间滞后，甚至存在无法获取的风险。
6、虽然卫星双向时间比对的精度很高，但仍然存在电离层残差的误差，同时卫星双向时间比对的使用成本非常高昂，包括设备费用和卫星通信费用，而终端比对设备价格就很高，限制了使用范围。
7、如果能克服电离层时延误差，同时又能降低使用成本，将会大大普及卫星双向时间比对的应用范围。
技术实现思路
1、本发明的目的在于：针对上述存在的问题，本发明提供一种卫星双向时间对比系统，通过长伪距测距信号和转发测距信号解决主站和卫星之间的电离层总电子数和的从站和卫星之间的电离层总电子数问题，从而使得本发明提出的卫星双向时间对比系统能克服电离层时延，提高卫星双向时间比对精度，系统不再依赖第三方提供的电离层总电子数，使得系统安全、可靠。
2、本发明采用的技术方案如下：
3、一种卫星双向时间对比系统，所述系统包括分别与卫星通信连接的主站与从站；
4、所述主站、从站与卫星之间分别有主长伪距测距信号和从长伪距测距信号，所述主站、从站分别通过主长伪距测距信号和从长伪距测距信号获取主长伪距测距值和从长伪距测距值；
5、所述主站与卫星之间有主转发测距信号，所述主站通过主转发测距信号获取主转发测距值；
6、所述从站与卫星之间有从转发测距信号，所述从站通过从转发测距信号获取从转发测距值；
7、通过主长伪距测距值、从长伪距测距值以及主转发测距值、从转发测距值计算出卫星与主站之间的主电离层总电子数、卫星与从站之间的从电离层总电子数以及主站与从站之间的钟差。
8、进一步地，所述主长伪距测距信号、从长伪距测距信号、主转发测距信号和从转发测距信号的信号通道数分别为m、v、h、r；m，v均为大于等于1的整数，h、r均大于等于0的整数，且m+h+r+v≥4。
9、进一步地，所述主长伪距测距信号包括由所述从站播发的从伪距上行信号经所述卫星转发至所述主站的主伪距下行信号；
10、所述从长伪距测距信号包括由所述主站播发的主伪距上行信号经所述卫星转发至所述从站的从伪距下行信号；
11、所述主转发测距信号包括主上行信号和主下行信号，所述主站播发所述主上行信号并接收所述主下行信号，所述卫星接收所述主上行信号并转发形成所述主下行信号；
12、所述从转发测距信号包括从上行信号和从下行信号，所述从站播发所述从上行信号并接收所述从下行信号，所述卫星接收所述从上行信号并转发形成所述从下行信号。
13、进一步地，所述卫星包括：
14、转发器，用于所述主上行信号与主下行信号、从上行信号与从下行信号、主伪距上行信号与从伪距下行信号、从伪距上行信号与主伪距下行信号之间的通信；
15、卫星时频设备，用于向所述转发器提供时频信号；
16、主站，所述主站包括：
17、主伪距测距设备，用于接收并同步测量所述主长伪距测距信号获取主长伪距测距值；
18、主转发测距设备，用于产生并播发所述主上行信号和所述主伪距上行信号，接收并测量所述主下行信号获取主转发测距值；
19、至少一个主时频设备，用于向所述主转发测距设备和主伪距测距设备提供时频信号；
20、从站，所述从站包括：
21、从伪距测距设备，用于接收并同步测量所述从长伪距测距信号获取从长伪距测距值；
22、从转发测距设备，用于产生并播发所述从上行信号、接收并测量所述从下行信号获取从转发测距值；
23、所述主站与从站至少包括一个时频设备，用于向主转发测距设备、从转发测距设备、主伪距测距设备和从伪距测距设备提供时频信号。
24、进一步地，所述主伪距测距设备和所述主转发测距设备、所述从伪距测距设备和所述从转发测距设备均零基线设置。
25、进一步地，所述系统还包括：
26、计算设备，所述计算设备分别与所述主站和从站通信连接，所述计算设备接收所述主长伪距测距值、从长伪距测距值、主转发测距值和从转发测距值，基于所述主长伪距测距值、从长伪距测距值、主转发测距值和从转发测距值确定所述主站与卫星之间的主电离层总电子数、从站与卫星之间的从电离层总电子数以及所述主站与从站之间的钟差；
27、进一步地，所述主长伪距测距信号、从长伪距测距信号、主转发测距信号和从转发测距信号均为扩频信号。
28、本发明所采用的的第二个技术方案为，一种卫星双向时间对比方法，采用一种卫星双向时间对比系统，所述方法包括：
29、获取数据，所述计算设备分别与主站、从站通信，获取m个主长伪距测距值、v个从长伪距测距值、h个主转发测距值和r个从转发测距值；
30、计算数据，所述计算设备基于m个主长伪距测距值、v个从长伪距测距值、h个主转发测距值和r个从转发测距值获取主电离层总电子数和/或从电离层总电子数以及主站与从站之间的钟差，所述主电离层总电子数为所述主站与所述卫星之间测距信号路径上的电离层总电子数，所述从电离层总电子数为所述从站与所述卫星之间测距信号路径上的电离层总电子数。
31、进一步地，所述主电离层总电子数和/或所述从电离层总电子数具体为：
32、对m个主长伪距测距值、v个从长伪距测距值、h个主转发测距值和r个从转发测距值分别进行修正，得到m个修正主长伪距测距值、v个修正从长伪距测距值、h个修正主转发测距值和r个修正从转发测距值；
33、基于所述m个修正主长伪距测距值、v个修正从长伪距测距值、所述h个修正主转发测距值和r个修正从转发测距值确定所述主电离层总电子数和/或所述从电离层总电子数。
34、进一步地，所述主站与从站之间的钟差具体为：
35、利用所述主电离层总电子数和/或所述从电离层总电子数、任一所述修正主长伪距测距值、任一所述修正从长伪距测距值确定所述主站与从站之间的钟差。
36、综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
37、本发明提供一种卫星双向时间对比系统，通过长伪距测距信号和转发测距信号解决主站和卫星之间的电离层总电子数和的从站和卫星之间的电离层总电子数问题，从而使得本发明提出的卫星双向时间比对系统能克服电离层时延，提高卫星双向时间比对精度，系统不再依赖第三方提供的电离层总电子数，使得系统安全、可靠，本发明将电离层时延误差克服，相比传统卫星双向时间比对系统，可以显著时间比对精度。