一种基于北斗三代导航卫星的共视数据处理方法与流程

1.本发明属于卫星导航技术领域，具体涉及一种基于北斗三代导航卫星的共视数据处理方法。


背景技术：

2.卫星导航中的高精度时间频率已经成为国家发展科技、经济、军事的基础，也和我们社会生活息息相关，从基础研究领域，到工程技术领域，尤其是电力、通信、金融、公安、交通、互联网等领域，精准的时间频率和时间同步尤为重要。
3.2020年北斗已经建成全球导航系统，基于北斗导航系统，实现远程的时间频率传递和溯源是一种性价比较高的方案。目前，使用北斗导航进行时间频率传递和溯源已在多个领域得到广泛应用，比如：计量、通信、电力、航天等领域。但是，大部分时间频率传递系统，还是通过gps或北斗二代卫星导航系统，随着北斗二代卫星系统使用期限的到来，而依赖gps卫星导航系统又存在较大的不安全性。
4.目前，基于北斗卫星导航系统的时间频率传递方法，主要还是通过b1i、b2i、b3i等常用频点实现共视比对，仍然存在着精度较低的问题。需要采用北斗三代卫星导航系统新体制的频点b1c、b2a进行卫星共视比对，同时也需要对算法进行改进，达到更高的精度，从而可以应用在对精度要求较高的计量、国防建设等领域。


技术实现要素：

5.针对以上不足，本发明提供了一种基于北斗三代导航卫星的共视数据处理方法。本发明所述的方法主要是通过北斗三代导航卫星新体制的频点b1c、b2a，进行伪距组合观测，实现共视数据的生成，再进行时间频率传递。
6.本发明的方法具体通过如下技术方案实现的。
7.1、获取北斗三代卫星的b1c、b2a导航电文，并解析卫星星历、钟差参数、群延迟修正参数、电离层延迟改正模型参数、bdt-utc时间同步参数等；
8.2、获取接收机在观测历元时所有跟踪卫星的b1c、b2a伪距，
9.3、对上述伪距进行延迟修正，修正线缆延迟、参考延迟和接收机内部延迟
[0010][0011][0012]
其中：为第i颗卫星，延迟修正后的伪距；
[0013]
为第i颗卫星，未进行延迟修正的伪距；
[0014]
cabdly、refdly分别为天线线缆延迟、接收机外部参考延迟；
[0015]
intdly
b1c
、intdly
b2a
分别为b1c、b2a频点的接收机内部延迟；
[0016]
4、通过获取的北斗三代卫星导航电文中的星历参数，计算每个卫星在观测历元的
三维位置，该位置计算需考虑sgnac效应的影响，并计算卫星与接收机天线之间的空间几何距离
[0017]
进一步地，计算所述距离的具体方法为：
[0018][0019]
其中：为观测历元时刻，卫星和北斗接收机天线之间的空间几何距离，单位为秒；
[0020]
c为光速，299792458米/秒；
[0021]
为第i个卫星的三维位置；
[0022]
x
ant
、y
ant
、z
ant
为北斗接收机天线所在的精确位置；
[0023]
5、根据北斗三代卫星导航电文计算卫星的位置，并通过接收机位置和卫星位置计算观测历元时刻，第i个卫星的钟差对流层延迟其中卫星钟差的计算公式为：
[0024][0025][0026]
式中，分别为第i颗卫星的卫星钟差系数、卫星钟漂移系数、卫星钟漂移率系数，从星历参数中获取；
[0027]
t为第i颗卫星信号信号发射时刻的bdt时间，单位秒；
[0028]
t
oc
为卫星钟差参数参考时刻，单位秒；
[0029]
为第i颗卫星的相对论修正项；
[0030]
e为卫星轨道扁心率，由卫星星历参数获取；
[0031]
为卫星轨道长半轴的开方，由卫星星历参数获取；
[0032]ek
为卫星轨道偏近点角，由卫星星历参数获取；
[0033]
其中μ＝3.986004418
×
10
14
m3/s2，为地心引力常数；
[0034]
c＝2.99792458
×
108m/s为光速；
[0035]
对流层延迟的计算公式为：
[0036]
[0037]
式中，ns＝324.8；nslog＝ln((ns δn)/105)；；
[0038]
6、根据导航电文中的群延迟修正参数，计算所有跟踪卫星的群延迟；
[0039]
a、对于使用b1c和b2a导频分量测量伪距的修正公式如下：
[0040][0041][0042]
其中：分别为第i个卫星经过线缆延迟、参考延迟、接收机内延迟、群延迟修正后的b1c、b2a伪距；
[0043]
分别为第i个卫星的b1c、b2a的导频分量上的群延迟，从b1c、b2a导航电文中获得。
[0044]
b、对于使用b1c和b2a数据分量测量伪距的修正公式如下：
[0045][0046][0047]
其中：分别为第i个卫星经过线缆延迟、参考延迟、接收机内延迟、群延迟修正后的b1c、b2a伪距；
[0048]
分别为第i个卫星的b1c、b2a的导频分量上的群延迟，从b1c、b2a导航电文中获得。
[0049]
分别为第i个卫星的b1c、b2a频点，数据分量相对于导频分量上的延迟修正项。
[0050]
7、根据修正延迟后的b1c和b2a双频点的伪距，进行电离层修正；
[0051][0052]
其中：是第i个卫星的b1c和b2a伪距组合修正电离层延迟后的伪距；
[0053]
f1、f2分别为b1c和b2a频点的频率，1575.42mhz、1176.45mhz；
[0054]
8、通过以上延迟修正后获得本地时钟与北斗卫星系统时的钟差结果；
[0055][0056]
其中：是第i颗卫星计算的本地时钟与北斗卫星系统时的钟差；
[0057]
t
refclock
是本地时钟的参考时刻，是第i颗卫星的卫星时钟的参考时刻(已修正卫星钟差)；
[0058]
是上述过程计算的参数；
[0059]
9、对所有跟踪卫星计算的钟差，对钟差进行拟合。
[0060]
本发明创造与现有技术相比，克服了现有技术的缺陷，同时还具有如下的优点和
积极效果；
[0061]
1、本发明在原有标准cggtts 2e版本上增加了北斗三代的共视数据生成方法，并实现了数据内容和格式的向前兼容，可以推广北斗三代在时间频率传递领域的国际应用；
[0062]
2、采用本发明方法，两台北斗共视接收机做共钟差测试，同时计算北斗二代b1i、b2i和北斗三代b1c、b2a频点组合数据，共视比对的a类不确定度，由北斗二代的1.42纳秒提高到北斗三代的0.65纳秒，提高了1倍的精度。
[0063]
3、随着北斗三代在各领域的推广应用，可逐渐使用本发明替代原有旧标准，提升产品的可用性和精度。
附图说明
[0064]
图1为本发明的基于北斗三代导航卫星的共视数据处理方法的。
具体实施方式
[0065]
如图1所示，本发明的一种基于北斗三代导航卫星的共视数据处理方法，其中该方法具体包括如下步骤：
[0066]
获取北斗三代卫星的b1c、b2a导航电文，并解析卫星星历、钟差参数、群延迟修正参数、电离层延迟改正模型参数、bdt-utc时间同步参数等；
[0067]
获取接收机在观测历元时所有跟踪卫星的b1c、b2a伪距，
[0068]
对伪距进行延迟修正，修正线缆延迟、参考延迟和接收机内部延迟
[0069][0070][0071]
其中：为第i颗卫星，延迟修正后的伪距；
[0072]
为第i颗卫星，未进行延迟修正的伪距；
[0073]
cabdly、refdly为天线线缆延迟、接收机外部参考延迟；
[0074]
intdly
b1c
、intdly
b2a
分别为b1c、b2a频点的接收机内部延迟；
[0075]
通过获取的北斗三代卫星导航电文中的星历参数，依据《北斗卫星导航系统空间信号接口控制文件公开服务信号b1c》计算每个卫星在观测历元的三维位置，该位置计算需考虑sgnac效应的影响，并计算卫星与接收机天线之间的距离。
[0076][0077]
其中：为观测历元，卫星和北斗接收机天线之间的真实距离，单位秒；
[0078]
c为光速，299792458米/秒；
[0079]
为第i个卫星的三维位置；
[0080]
x
ant
、y
ant
、z
ant
为北斗接收机天线所在的精确位置；
[0081]
根据卫星位置计算观测历元，第i个卫星的钟差对流层延迟
[0082]
根据导航电文中的群延迟修正参数，计算所有跟踪卫星的群延迟；
[0083]
a、对于使用b1c和b2a导频分量测量伪距的修正公式如下：
[0084][0085][0086]
其中：分别为第i个卫星经过线缆延迟、参考延迟、接收机内延迟、群延迟修正后的b1c、b2a伪距；
[0087]
分别为第i个卫星的b1c、b2a的导频分量上的群延迟，从b1c、b2a导航电文中获得。
[0088]
b、对于使用b1c和b2a数据分量测量伪距的修正公式如下：
[0089][0090][0091]
其中：分别为第i个卫星经过线缆延迟、参考延迟、接收机内延迟、群延迟修正后的b1c、b2a伪距；
[0092]
分别为第i个卫星的b1c、b2a的导频分量上的群延迟，从b1c、b2a导航电文中获得。
[0093]
分别为第i个卫星的b1c、b2a频点，数据分量相对于导频分量上的延迟修正项。
[0094]
根据修正延迟后的b1c和b2a双频点的伪距，进行电离层修正；
[0095][0096]
其中：是第i个卫星的b1c和b2a伪距组合修正电离层延迟后的伪距；
[0097]
f1、f2分别为b1c和b2a频点的频率，1575.42mhz、1176.45mhz；
[0098]
通过以上延迟修正后获得本地时钟与北斗卫星系统时的钟差结果；
[0099][0100]
其中：是第i颗卫星计算的本地时钟与北斗卫星系统时的钟差；
[0101]
t
refclock
是本地时钟的参考时刻，是第i颗卫星的卫星时钟的参考时刻(已修正卫星钟差)；
[0102]
是上述过程计算的参数；
[0103]
对所有跟踪卫星计算的钟差，对钟差进行拟合。
[0104]
具体地，对钟差进行拟合可依据如下规则，跟踪卫星的起始时刻的计算采用utc时间，以1997年10月1日0点2分作为起点，每16分钟一组，周期为1436分钟(含89个16分钟和1个12分钟)，每个16分钟内钟差数据，去掉前2分钟和后1分钟的数据，选择其中的780秒的数
据，先分为52组数据，每15秒一组数据，做最小二乘法二次曲线拟合取中点时刻对应的钟差，再将52组拟合后的钟差，做最小二乘法直线拟合，取中点时刻对应的钟差，其它列的数值的拟合方法与其相同。
[0105]
将所有跟踪卫星依据b1c和b2a伪距生成的共视数据，与标准cggtts规定b1i和b2i组合伪距计算的结果，一起写入cz文件中。对于b1c和b2a伪距生成的共视数据，在frc列标注“l3c”，作为增加北斗三代的cggtts数据格式。
[0106]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。