一种改进的高精度rdss授时方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及RDSS授时技术，尤其涉及一种改进的高精度RDSS授时方法。
【背景技术】
[0002] RDSS(Radio Determination Satellite Service)提供定位授时服务 10 余年，广 泛应用于通信、电力、商务及国防建设等领域，其授时服务精度为50ns。
[0003] RDSS授时工作原理如下：不同于GPS等卫星导航系统基于星载原子钟时间基准的 设计，RDSS时间基准采用基于地面的高精度原子钟，这种设计具有更高的时间基准精度。此 外，RDSS星座采用GEO卫星，服务于中国及周边区域。RDSS授时信号的传输路径是从地面 中心站经卫星转发至地面用户C jU (其中，匕和f 3是中心站到卫星和卫星到用 户路径上的电波频率，详见图1)，中心站通过广播参数通报用户该传输路径上时标信号从 中心站传播到用户所经历的时间延时，用户根据播报参数和系统时间完成授时用户时间修 正。
[0004] 传统RDSS授时接收机利用卫星速度推算卫星位置，进而计算下行时延，修正上 行时延；在此基础之上进行大气时延、硬件零值、地球自转修正等误差修正，授时精度约为 50ns，随着用户对精度要求的提高，现有的授时精度的劣势也越发明显。
【发明内容】
[0005] 有鉴于此，本发明提供了一种改进的高精度RDSS授时方法，能够使RDSS授时精度 得到大幅度提升。
[0006] 一种改进的高精度RDSS授时方法，包括以下步骤：
[0007] 步骤1、获得整分点时刻的卫星位置、卫星速度以及时延修正参数；
[0008] 步骤2、求解当前RDSS授时信号卫星转发时刻对应的卫星位置；
[0009] 步骤3、利用步骤2获得的所述卫星位置计算当前修正时刻对应的上行时延；
[0010] 步骤4、利用步骤2获得的所述卫星位置计算当前修正时刻对应的下行时延；
[0011] 步骤5、利用用户机零值以及步骤1中的所述时延修正参数，计算包括电离层、对 流层、Sagnac效应和用户机零值对时延的影响，即得到时延修正值；
[0012] 步骤6、将RDSS授时信号发射时刻同时加上步骤3获得的上行时延、步骤4获得的 下行时延以及步骤5获得的时延修正值，完成经初步修正的授时计算；
[0013] 步骤7、完成多普勒频移对授时影响的修正，具体过程为：
[0014] S701 :根据RDSS授时信号上行频率、中心站概略位置、步骤2获得的卫星位置以及 步骤1获得的卫星速度，推算RDSS授时上行信号多普勒频移df cs:
[0017] 式中，C为光速；授时信号从中心站到卫星传输路径的上行频率；g是卫 星速度；尤是卫星位置；^是中心站概略位置，指卫星所接收RDSS授时信号的频率，V cs 是卫星相对于中心站的径向速度；
[0018] S702 :根据RDSS授时信号上行频率、上行信号多普勒频移dfes、授时接收机时间修 正周期，计算在该时间修正周期内上行信号多普勒频移对RDSS授时影响产生的时延误差
[0020] 其中，T是授时接收机时间修正周期；
[0021] S703:根据RDSS授时信号下行频率、步骤2获得的卫星位置、卫星速度以及用户位 置，进一步估算RDSS授时下行信号多普勒频移df su:
[0024] 式中，尤是用户位置，4表示卫星与用户之间的距离，fu]是卫星星载转发器本振 频率，V su是卫星相对于用户的径向运动速度，f 2表示下行频率；
[0025] S704 :根据下行信号多普勒频移dfsu、授时接收机时间修正周期，计算在该时间修 正周期内多普勒频移对RDSS授时影响产生的时延误差d τ D:
[0027] S705 :根据S702和S704的结果，求和计算整个多普勒频移对RDSS授时影响产生 的时延误差；
[0029] S706 :根据S705获得的多普勒频移对RDSS授时影响产生的时延误差d τ，对步骤 6经过初步修正的授时结果进一步进行修正，以消除多普勒频移对授时影响产生的时延误 差。
[0030] 较佳的，所述步骤2包括如下具体过程：
[0031] S201 :累计整分点时刻的卫星位置数据，并保留最近的设定时间段内的数据；
[0032] S202 :判断累计卫星数据个数N ;
[0033] S203 :如果N彡5,利用整分点卫星位置及速度推算卫星位置；
[0034] S204:如果N>5,采用多项式拟和差值方法推算卫星位置。
[0035] 较佳的，所述设定时间段为5分钟至30分钟，最好为15分钟。
[0036] 本发明具有如下有益效果：
[0037] (1)本发明的一种改进的高精度RDSS授时方法，一方面突破传统RDSS授时接收机 利用卫星速度推算卫星位置的计算方法，采用一种改进的方法计算卫星位置；另一方面增 加了多普勒频移对RDSS授时影响的修正，从而使授时服务精度有大幅度的提升；通过我们 的试验分析及研究论证，采用本发明的改进方法，可以从传统RDSS授时接收机的50ns提高 到优于IOns的授时精度，攻克了 RDSS授时服务精度的瓶颈，取得了突破性的进展，具有很 大的应用潜力和经济效益。
【附图说明】
[0038] 图1为本发明的RDSS授时信号传输路径图；
[0039] 图2为本发明的高精度RDSS授时方法流程图；
[0040] 图3为本发明的高精度RDSS授时方法中卫星位置求解流程图；
[0041] 图4为本发明的高精度RDSS授时方法中多普勒频移对RDSS授时影响的修正流程 图。
【具体实施方式】
[0042] 下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
[0043] 10年来，传统RDSS授时用户机虽然满足了系统指标要求，但是一直没有突破性发 展。本实验室多年来致力于RDSS定位授时技术的研究发展，近两年经过数次分析、研究、评 估、论证，最终取得RDSS授时技术10几年来的突破性进展：一是研究发现GEO卫星运动产 生的多普勒频移对RDSS授时具有很大的影响，这个方面在传统接收机中一直是未加以考 虑的；二是利用卫星速度推算卫星位置也会带来很大的误差，需要提出新的改进策略；如 果能够将这两方面加以改进会使RDSS授时服务精度大幅度提升。
[0044] 首先，在此分析多普勒频移影响多年来未被考虑的原因如下：
[0045] 第一，GPS等卫星导航系统采用基于星载原子钟时间基准的设计，为消除相对论效 应误差，GPS把卫星原子钟上标准振荡频率减小4. 37Hz，这样，加上相对论效应后卫星钟就 和地面钟基本一致了。RDSS时间基准采用基于地面的高精度原子钟，这种设计不考虑此相 对论效应问题。
[0046] 第二，RDSS服务以定位用户为主体，授时用户相对较少，RDSS定位服务由于是基 于信号传播时延测距，根据爱因斯坦光速不变性原理，定位不受卫星运动的影响，试验验证 结果定位服务精度也不存在此问题。主体用户定位服务的状态良好性，从一定程度上影响 授时服务判断，同理忽视了卫星运动引起的多普勒频移对授时的影响。
[0047] 第三，RDSS授时服务指标为50ns，从一定的权威上显示了 RDSS授时的评估潜力， RDSS授时原理上设计只考虑了大气时延、硬件零值、地球自转修正等修正，GEO卫星运动产 生的多普勒频移对RDSS授时影响的修正多年来一直是不在考虑的范围，导致授时精度大 为减弱，从一定层度上局限了授时接收机的进一步发展。
[0048] 第四，GPS等卫星导航系统采用MEO星座设计，其运动速度快，RDSS采用GEO卫星 星座设计，运动速度相比MEO卫星较慢，容易忽略卫星运动引起的影响。但是GEO卫星运动 虽慢但是却不是静止不动的，RDSS授时信号的传输路径是从地面中心站经卫星转发至地面 用户，受GEO卫星运动影响，RDSS授时信号的传输频率发生了变化。
[0049] 第五，多普勒频移对RDSS授时的影响是复杂的，不容易被考虑。RDSS信号的传输 路径是从地面中心站经卫星转发至地面用户，根据爱因斯坦光速不变性原理，RDSS授时信 号始终以光速进行传播；但是受GEO卫星运动影响，RDSS授时信号的传输频率发生了变化 (俗称多普勒频移）。RDSS定位服务由于是基于信号传播时延测距，因此不受该多普勒频移 的影响。RDSS授时原理基于系统时间及其时延修正完成计算，位置推算距离时延并加以修 正的基础之上，其距离时延及其修正同定位类似不受卫星运动引起的多普勒频移影响；授 时接收机所接收的授时信号时间码对应的绝对时间也不受影响；但是RDSS授时是基于地 面经卫星转发的授时时间码进行调整，当信号从地面中心站经卫星转发至用户时，由于卫 星运动产生的多普勒频移的影响，该授时时间码发生畸变，即接收机接收的授时信号时间 码对应的相对时间发生了变化，如果不加以修正，会对RDSS授时服务精度产生很大影响。
[0050] 综上，国内近十余年对RDSS授时技术的研究主要关注点在电离层时延误差、对流 层时延误差、卫星星历误差、地球自转引起的Sagnac效应、以及接收机零值几个方面，相关 研究报道不少，但从未有考虑到RDSS GEO卫星运动引起的多普勒频移对授时产生的影响； 国外相关研究无，因为RDSS是我国卫星导航系统的一个专有特色。本实验室在研究RDSS 定位授时技术及其应用10年的基础上，工作组又历时两年时间，专门针对RDSS授时改进在 分别北京、喀什、三亚等全国各地开展