一种静态组网数据交互的处理方法与流程

1.本发明涉及数据交互技术领域，尤其涉及一种静态组网数据交互的处理方法。


背景技术：

2.卫星双向时间比对方法是一种高精度的时间传递技术，它利用地球同步通信卫星转发时间传递地球站间的定时调制信息，实现各站时间信息交互和高精度时差测量。近年来随着卫星通信与伪码扩频技术的进步，使得卫星双向时间传递系统的精度进一步提升，目前卫星双向时间传递已经成为国际原子时(tai)计算、标准时间溯源的主要手段，并在高精度站间同步、无线电导航等领域广泛应用。基于双伪码的卫星双向时间比对技术属于下一代卫星双向时间比对技术，具有占用带宽窄，时间比对精度高等特点。双伪码的双向比对算法比较复杂，需要三次调制实现双伪码信号的生成发射，而在接收时还需要对其进行多环路的跟踪解调。
3.近年来双伪码时间比对技术以其实时性好，占用带宽资源小，比对精度高的特点越来越受到人们的关注，也涌现出组网应用的趋势。在多平台组网应用时，一般都需要进行实时地数据传输，以充分发挥其优势，但由于双伪码双向比对装置的通道本身数据传输能力受限，参与组网的比对平台数量受数据传输能力的限制，其组网规模不能实质性增加。如果利用诸如分时比对、其他信道传输数据等方式规避该问题，又会破坏系统实时性的需求，因此如何解决组网数据交互，提升组网规模问题非常重要。
4.目前常用的激光时频传递技术主要有基于脉冲激光体制的技术路线，基于光纤的主动相位噪声时频传递技术、基于光梳的双向时频传递技术和本专利提出的与通信一体化的光载射频时间频率传递技术。
5.基于脉冲激光体制的激光时间传递技术通过测量到达脉冲信号的飞行时间来计算钟差，基于此技术路线的aces-elt项目预期达到星地时间比对精确度50ps。但脉冲激光体制无法与目前较为成熟的连续波星间激光通信进行融合使用。同时aces-elt项目中由于脉冲激光受到反射器的影响，链路衰减较大，使得其时频传递距离难以进一步增大。基于光纤的主动相位噪声补偿技术基于往返相位噪声补偿原理，可以在数百公里的距离上实现(e-18-e-19)/d量级的频率传递稳定度。但是受限于光纤传播介质，目前主要在地面使用，不能用于洲际间时间比对及卫星间时频传递应用。
6.基于光梳的双向时频传递技术基于双光梳的线性光采样技术，可以在km量级的自由空间环境下实现fs量级的时间同步精度，e-19量级/天的频率传递稳定度，但是其目前仍在实验室验证阶段，且系统较为复杂，不能和现有的激光通信终端相融合，不适用于未来应用型卫星系统低代价的星间时频传递应用。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于提供一种静态组网数据交互的处理方法用于解决数据传输压力过大，组网规模受限的问题。
8.一种静态组网数据交互的处理方法，包括以下步骤：
9.步骤a，每个节点解算本地测量的伪距信息；
10.步骤b，记录主站与节点的比对测量伪距并存储；
11.步骤c，自适应增加节点数量，开始组网比对所述增加节点与相应主站的伪距数据；
12.步骤d，交互所述伪距数据之后，进行所述伪距数据的再重组；
13.步骤e，根据重组后的所述伪距数据，得到所有节点间的时差数据。
14.在其中一个实施例中，所述步骤a包括：
15.步骤a1，根据通道数据传输能力确认的最大组网节点；
16.步骤a2，将主站按传输能力顺序依次与每组节点进行组网比对，并记录相应时间的测量伪距的平均值。
17.在其中一个实施例中，所述步骤a1中最大组网节点扩展到初始组网的3倍节点数。
18.在其中一个实施例中，所述步骤b包括将记录的主站测量的与相应个节点的伪距值以及相应个节点分别测量的与主站的伪距值进行比对，将1ns及以内的数归零，并将处理后数据进行存储。
19.在其中一个实施例中，所述步骤c包括每个节点只传输1ns及以内的截断的伪距测量信息。
20.在其中一个实施例中，所述步骤d包括将之前记录的截断的每个伪距值与每秒测量的1ns及以内的伪距测量值进行求和，重组得到真实的伪距测量值。
21.在其中一个实施例中，所述步骤e包括通过真实伪距测量数据计算各节点与所述主站之间的时差信息，从而得到静态组网比对的所有节点间的时差数据。
22.在其中一个实施例中，所述处理方法通过arm处理器实现。
23.一种电子设备，包括：存储器以及一个或多个处理器；
24.其中，所述存储器与所述一个或多个处理器通信连接，所述存储器中存储有可被所述一个或多个处理器执行的指令，所述指令被所述一个或多个处理器执行时，所述电子设备用于实现以上任一项实施例所述的方法。
25.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机可执行指令，当所述计算机可执行指令被计算装置执行时，可用来实现以上任一项实施例所述的方法。
26.一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，可用来实现以上任一项实施例所述的方法。
27.上述技术方案具有如下优点或有益效果：
28.本发明这种静态组网数据交互的处理方法将多个双伪码静态比对平台的测量数据在本地进行截断再重组，有效降低传输数据量的同时可提高比对节点，使组网节点的数量大幅增加，解决数据传输压力过大，组网规模受限的问题。本发明适用于多个双伪码双向比对静态平台相互交织组网时大量比对数据的交互与处理，提升组网规模。
附图说明
29.图1是本发明一种静态组网数据交互的处理方法的流程示意图。
具体实施方式
30.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
31.参阅图1，一种静态组网数据交互的处理方法，包括以下步骤：
32.步骤a，每个节点解算本地测量的伪距信息；
33.步骤b，记录主站与节点的比对测量伪距并存储；
34.步骤c，自适应增加节点数量，开始组网比对所述增加节点与相应主站的伪距数据；
35.步骤d，交互所述伪距数据之后，进行所述伪距数据的再重组；
36.步骤e，根据重组后的所述伪距数据，得到所有节点间的时差数据。
37.步骤a之前还包括：对接收信号进行下变频，具体地，对接收到的高速率卫星双向时间比对信号进行同相正交i、q两条支路的下变频，完成信号载波剥离，经过下变频后的信号才能进行后续的处理；对下变频后的信号进行内插，具体地，将信号点数通过内插变为2的整数次幂，对信号进行fft运算生成信号fft结果；本地伪码生成，具体地，将本地伪码分成n段，n为本地伪码周期长度与数据周期长度的比值，对n段中的每一段尾部补零生成与伪码周期长度一致的本地伪码序列，对本地伪码序列进行fft运算后取共轭生成n段本地伪码频域序列；内插后的信号与本地伪码进行分段相关运算，具体地，对信号fft结果分别与n段本地伪码频域序列相乘后进行ifft，生成部分相关运算结果，对部分相关结果峰值进行筛选，筛选出当前频率下的峰值点数值和码相位；完成不同频率下相关峰值的筛选，具体地，在设定的频率范围内完成频率的搜索，筛选出不同频率下部分相关运算结果的峰值点数值和码相位，对峰值点进行判决，以判决是否捕获到信号、及捕获信号的频率和码相位；对捕获后的信号进行跟踪，具体地，对捕获后的信号进行跟踪包括：将信号送入锁频环、锁相环、码同步环三个环路；载波同步采用二阶锁频环辅助三阶锁相环的方法，对信号的载波相位精确同步；码同步环通过计算信号超前、即时和滞后三路相干积分结果实现码相位的鉴别；设定三个环路的积分更新周期均为数据周期，三个环路互相耦合，共同工作，锁频环通过载波辅助的方式对码同步环进行动态辅助，减少码同步环所受动态应力。
38.进一步地，本发明一种静态组网数据交互的处理方法的较佳的实施例中，所述步骤a包括：
39.步骤a1，根据通道数据传输能力确认的最大组网节点；
40.步骤a2，将主站按传输能力顺序依次与每组节点进行组网比对，并记录相应时间的测量伪距的平均值。
41.双伪码双向时间比对的每个节点都能够解算本地测量的伪距信息。在静态组网的初段时刻，由于受到双伪码双向比对装置通道数据传输能力的限制，无法将大规模的节点一起纳入比对网络，因此可根据通道数据传输能力确认初始的最大组网节点，设为m(1)个；
42.再将主站a分别与这第一组m(1)个节点进行组网比对，比对120s，每秒一个数据，并记录最后20s的测量伪距的平均值；
43.然后主站a再分别与第二组m(2)个节点进行组网比对，比对120s，每秒一个数据，并记录最后20s的测量伪距的平均值。
44.进一步地，本发明一种静态组网数据交互的处理方法的较佳的实施例中，所述步
骤a1中最大组网节点扩展到初始组网的3倍节点数，可以此类推，但不能无限增加，一般最大扩展到初始组网的3倍节点数。
45.进一步地，本发明一种静态组网数据交互的处理方法的较佳的实施例中，所述步骤b包括将记录的主站测量的与相应个节点的伪距值以及相应个节点分别测量的与主站的伪距值进行比对，将1ns及以内的数归零，并将处理后数据进行存储，将记录的主站a测量的与2m个站点的伪距值(用表示)以及2m站点分别测量的与主站a的伪距值(用表示)进行处理，将1ns及以内的数位变为零，并将此处理后数据在本地进行存储记忆。
46.记录主站与m(1)、m(2)两组站点的比对测量伪距之后，进行记录存储，由于是静态比对站，因此伪距变化在微小的范围内。由于初始轮询阶段，伪距测量数据一般最大为百毫秒量级，而测量稳定后，双伪码时间比对测量的精度一般在100ps量级以内，测量数据变化很小。
47.进一步地，本发明一种静态组网数据交互的处理方法的较佳的实施例中，所述步骤c包括每个节点只传输1ns及以内的截断的伪距测量信息。由于传输数据量的减小，可将同时组网比对的节点提高到2m个节点甚至更多，只要不突破通道数据传输能力即可。
48.进一步地，本发明一种静态组网数据交互的处理方法的较佳的实施例中，所述步骤d包括将之前记录的截断的每个伪距值与每秒测量的1ns及以内的伪距测量值进行求和，重组得到真实的伪距测量值。大规模的组网比对开始后，主站a与各节点交互的数据不再是完整的伪距，而是截断信息，因此在数据交互之后，需要在本地进行伪距数据的再重组。
49.将之前记录的截断的2m个伪距值和与每秒测量的1ns及以内的伪距测量值进行算术求和，重组得到真实的伪距测量值和
50.进一步地，本发明一种静态组网数据交互的处理方法的较佳的实施例中，所述步骤e包括通过真实伪距测量数据计算各节点与所述主站之间的时差信息，从而得到静态组网比对的所有节点间的时差数据。
51.进一步地，本发明一种静态组网数据交互的处理方法的较佳的实施例中，所述处理方法通过arm处理器实现，由于需要进行实时的数据处理，保证每一秒钟的数据能够实时的处理，使系统时延保持稳定。
52.而在具体数据处理过程中，以主站a和分站b的数据处理为例：设初始轮询阶段记录的主站a测量的与分站b处理后的伪距测量信息为初始轮询阶段记录的分站b测量的与主站a处理后的伪距测量信息为在大规模组网阶段，主站a每秒测量的与分站b的截断伪距测量信息为分站b测量的与主站a的截断伪距测量信息为则重组后得到真实的伪距信息分别为：主站a每秒测量的与分站b的真实伪距为分站b每秒测量的与主站a的真实伪距为最终得到主站a与分站b的时差测量值为
53.本发明采用对称收发处理的技术体制，通过与激光通信系统复用激光终端，使用激光通信信号来进行时间传递，使用激光载波信号来进行频率传递，可以与现有的激光通
信单元复用，实现高精度时频频传递与通信的深度融合，有应用于下一代卫星导航系统的空间工程应用前景，具有广泛空间应用的潜力。
54.卫星时钟同步授时技术在军事、科技和经济生活等领域中都有广泛应用。卫星时钟同步主要完成两方面的工作:第一，精确确定用户时钟相对于标准时间的偏差；第二，在两个或两个以上的不同地点实现时钟同步。
55.卫星时钟同步技术为全世界用户提供了一个时间同步基准。卫星导航系统都有自己的系统时间，该时间均与utc时间进行比对，卫星导航系统的时间与utc时间的差值一般保持在一定范围内。如北斗是bdt与utc的钟差保持在100ns以内(模1s)。导航电文中发布本系统时间与utc时间的差值，因此用户通过接收导航卫星信号，恢复出导航系统时间，就可以恢复出utc时间。事实上，卫星导航系统已成为utc时间的主要传播手段。
56.卫星时钟卫星授时就是利用卫星作为时间基准源或转发中介，通过接收卫星信号和进行时延补偿的方法，在本地恢复出原始时间的这一过程。根据工作原理，卫星授时分为rnss授时和rdss授时两种方式。
57.卫星如载有高精度时间源，其导航信号根据该时间源产生，用户通过接收多颗卫星信号实现伪距测量及定位解算,从而实现自身的时间同步，这种定位或授时方式称为rnss定位或授时，如gps、galileo和目前正在建设的北斗卫星导航系统；rnss授时又分为定位定时和位置保持定时两种方式，定位定时是指用户实现定位解算时实现时间同步；位置保持定时是指用户在位置不变情况下，只需接收到1至2颗卫星即可实现维持给定精度的定时。
58.如卫星本身没有高精度时间源，通过接收地面站的信号再进行延时确定的转发，该过程称为rdss授时或转发式授时，如caps、北斗卫星导航实验系统等。
59.rdss授时有两种方式：一种为双向授时，在该种方式中，用户需向卫星发送请求，再接收卫星应答信息；另一种为单向授时，用户仅接收卫星下行信号，这种方式适于低动态用户。单向授时模式下，用户需要获得自身的精确位置。目前常用的有两种方法：一种为利用gps辅助定位，将定位结果进行坐标转换后输入接收机；另一种方法为利用高程辅助定位，由于目前已有三颗rdss卫星，将高程作为虚拟的第四颗星，则通过解定位方程可实现定位。在rdss授时中，由于rdss导航电文中包含的为一分钟更新一次的卫星位置，因此卫星位置的计算一般通过插补拟合的方式获得。
60.在科技的发展下卫星时钟同步也得到了广泛应用，比如工业、科研、航空航天、公共场所等领域都用到了卫星时钟同步，卫星时钟同步以卫星时间为基准授时准确，替代了传统钟表授时的单一和时间误差大等缺点。
61.卫星时钟同步是指接收卫星信号，并通过ntp网络协议进行对时的时间服务器。ntp网络时间服务器配置卫星信号接收机，可接收卫星信号，并使用网络信号授时，每路网口都为独立局域网互不干扰，卫星时钟同步可以给多种不同的时间系统进行授时。
62.卫星时钟授时原理：
63.hr-901gb北斗ntp网络时间服务器利用卫星天线接收gps北斗卫星时间信息，通过同轴线缆传输给时间服务器，时间服务器通过内部接收机接收卫星信号对本机进行时间同步，然后通过ntp网络协议传输给指针式子钟及其他网络终端设备，使终端设备和时间服务器时间同步，该时间服务器还可以通过串口信息给串口终端设备授时，通过1pps同步脉冲
信号对时间服务器进行测试。
64.卫星时钟守时原理：
65.hr-901gb北斗ntp网络时间服务器通过接收卫星信号给终端设备授时的，当时间服务器失去卫星信号的情况时，就不能保证时间准确性了，这就需要时间服务器具守时功能。时间服务器内置高精度温补晶振，在卫星失锁的情况下，还可以实现长时间、高精度的守时功能，并提供准确时间信息和脉冲输出时间，是建立时间尺度和实现时间统一的专用授时仪器。时间服务器也可选择恒温晶振、铷原子钟、驯服恒温晶振模块、驯服铷钟模块等守时精度更高的模块。
66.本发明主要包括光梳频综单元、星间激光通信终端、星间时频传递处理单元，其中：
67.光梳频综单元：用于产生与原子钟相位相干的激光载波频率传递信号、与原子钟相位相干的微波时钟信号；所述微波时钟信号用于产生基带调制所需时间传递信号；
68.光梳频综单元中：光疏频综单元对光梳重复频率fr、载波包络偏移频率fceo、原子钟通过锁相环路进行反馈锁定控制，将光梳锁定于外参考原子钟上，原子钟稳定度传递至光梳后完成光梳梳齿信号的相位锁定；
69.光疏频综单元以完成相位锁定后的光梳梳齿信号为参考，通过两个激光器锁定至光梳梳齿信号以保证激光器稳定度于光梳相同，激光器生成用于激光载波频率传递的载波信号，将载波信号发送至星间激光通信单元以作为激光发射与接收的本振载波信号；
70.光疏频综单元通过光梳自身的重复频率、高次谐波频率通过频综生成用于光载射频时间传递的微波时钟信号，为星间时频处理单元提供微波时钟；
71.星间激光通信终端：基于星间时频传递处理单元生成的基带信号，对光梳频综单元生产的激光载波频率传递信号进行相位调制、光学放大处理，通过光学天线进行发射，并对光学天线接收到得弱光信号进行放大、光学混频、光电探测处理；
72.星间激光通信终端中：通过光梳频综单元产生的通信载波激光信号对星间时频传递处理单元生成的基带信号以相位调制器进行相位调制，并进行光学功率放大处理，通过光学天线将处理后的基带信号发送至星间链路；
73.光梳频综单元生成的本振载波激光信号对需昂学天线接收到的调制信号进行光学混频及光电探测处理，将解调所得时频传递基带信号发送至星间时频传递处理单元进行相应的数字信号接收处理；
74.星间时频传递处理单元：基于光梳频综单元产生的微波时钟信号，生成并处理用于时间传递的基带信号，接收固定变频处理后的基带信号进行时差及频差测量；
75.星间时频传递处理单元中：光梳频综单元产生的微波时钟信号通过卫星的频综模块生成用于星间时频传递处理单元中的数字信号处理板的时钟及用于模数转换的时钟，数字信号处理板包含通信基带信号生成模块、通信基带信号处理模块；
76.通信信号基带生成模块用于生成通信基带信号并将所得信号与通信激光载波信号进行相位调制，相位调制后通信基带信号与本地脉冲时标信号相位对齐，相位调制后通信基带信号带有时标信息；
77.通信基带信号处理模块用于对星间激光通信单元解调的时频传递基带信号进行相应的数字信号接收处理，通过载波频偏估计测量出通信载波激光信号与本地载波激光信
号的频差，进行频差数据解算；对通信载波激光信号进行载波同步后通过伪码或通信符号时钟同模块实现时钟同步，并再生基带信号，通过系带信号恢复发送端时标信息，将发送端时标信息于本地时标信息比对解算时差数据，实现光载射频时间传递及光载波频率传递；
78.通信基带信号通过信号扩频接收处理后以提升测量精度；
79.扩频接收处理后通信基带信号测量精度提升至激光载波波长范围内后，通过扩频伪码的测量值与载波相位测量值结合以提高测量精度并实现光载波时间传递；
80.载波相位测量值包括发射时刻初始相位、相位变化量，所述相位变化量通过双向对消体制消除激光源初始相位及相位噪声，并通过联合伪码测量整周模糊度以提高测量精度。
81.一种电子设备，包括：存储器以及一个或多个处理器；
82.其中，所述存储器与所述一个或多个处理器通信连接，所述存储器中存储有可被所述一个或多个处理器执行的指令，所述指令被所述一个或多个处理器执行时，所述电子设备用于实现如以上任一项所述的方法。
83.具体地，处理器和存储器可以通过总线或者其他方式连接，以通过总线连接为例。处理器可以为中央处理器(central processing unit，cpu)。处理器还可以为其他通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现场可编程门阵列(field-programmable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等芯片，或者上述各类芯片的组合。
84.存储器作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块，如本技术实施例中的级联渐进网络等。处理器通过运行存储在存储器中的非暂态软件程序/指令以及功能模块，从而执行处理器的各种功能应用以及数据处理。
85.存储器可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储处理器所创建的数据等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中，存储器可选包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络(比如通过通信接口)连接至处理器。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
86.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机可执行指令，当所述计算机可执行指令被计算装置执行时，可用来实现如以上任一项所述的方法。
87.前述的计算机可读取存储介质包括以存储如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据等信息的任何方式或技术来实现的物理易失性和非易失性、可移动和不可移动介质。计算机可读取存储介质具体包括，但不限于，u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、可擦除可编程只读存储器(eprom)、电可擦可编程只读存储器(eeprom)、闪存或其他固态存储器技术、cd-rom、数字多功能盘(dvd)、hd-dvd、蓝光(blue-ray)或其他光存储设备、磁带、磁盘存储或其他磁性存储设备、或能用于存储所需信息且可以由计算机访问的任何其他介质。
88.尽管此处所述的主题是在结合操作系统和应用程序在计算机系统上的执行而执
行的一般上下文中提供的，但本领域技术人员可以认识到，还可结合其他类型的程序模块来执行其他实现。一般而言，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、组件、数据结构和其他类型的结构。本领域技术人员可以理解，此处所述的本主题可以使用其他计算机系统配置来实践，包括手持式设备、多处理器系统、基于微处理器或可编程消费电子产品、小型计算机、大型计算机等，也可使用在其中任务由通过通信网络连接的远程处理设备执行的分布式计算环境中。在分布式计算环境中，程序模块可位于本地和远程存储器存储设备的两者中。
89.本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所本技术的实施例描述的各示例的单元及方法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本技术的范围。
90.所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本技术的技术方案本质上或者说对原有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本技术各个实施例所述方法的全部或部分步骤。
91.综上所述，本发明这种静态组网数据交互的处理方法将多个双伪码静态比对平台的测量数据在本地进行截断再重组，有效降低传输数据量的同时可提高比对节点，使组网节点的数量大幅增加，解决数据传输压力过大，组网规模受限的问题。本发明适用于多个双伪码双向比对静态平台相互交织组网时大量比对数据的交互与处理，提升组网规模。
92.以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。
93.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。