技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（Global Navigation Satellite System，GNSS）領(lǐng)域，特別涉及一種基于GNSS高精度增強系統(tǒng)的廣域精密授時系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)是一種星基無線電定位、導航和授時系統(tǒng)，主要包括美國的全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，GPS）、中國北斗系統(tǒng)（BeiDou System，BDS）、歐洲伽利略（Galileo）、俄羅斯格洛納斯系統(tǒng)（GLONASS）等。GNSS通過衛(wèi)星播發(fā)導航信號，可實現(xiàn)位置和時間的精準傳遞，在諸多領(lǐng)域都有廣泛的應用。在授時/時間同步應用領(lǐng)域，GNSS接收機可以利用導航衛(wèi)星播發(fā)的無線電信號對本機時鐘進行修正，從而使得接收機的時間與GNSS系統(tǒng)時間同步，達到授時或者不同終端之間的時間同步目的。然而，目前常用GNSS接收機的授時精度僅為20ns～100ns，隨著人們對時間精度的要求越來越高，該精度存在明顯的不足，亟待提高。

為了進一步提高授時精度，目前常用原子鐘進行高精度授時。高精度原子鐘授時利用原子能級的躍遷等原理實現(xiàn)對晶振頻率的調(diào)控，達到輸出高精度頻標的目的。在眾多應用中，原子鐘授時存在一些技術(shù)上的不足：首先，原子鐘僅能提供高精度頻率輸出，而沒有時標輸出，在應用中，往往通過專用線纜或者GNSS接收機等對其進行絕對時間馴服。利用有線線纜同步存在工程大、成本高以及不夠靈活等多種問題，因此這種方式往往用于專用固定設(shè)備。利用常規(guī)GNSS接收機對原子鐘進行馴服的方式則使得原子鐘的時間精度與GNSS常規(guī)時間精度一致（20ns~100ns），仍然不能滿足許多領(lǐng)域?qū)鹊囊?。其次，原子鐘往往體積和功耗較大，且成本較高，不適合大眾應用。

另外一種高精度時間同步的方式是通過兩臺GNSS接收機同時觀測相同的衛(wèi)星信號，利用單差模式進行解算而達到時間同步的目的。這種方式僅能實現(xiàn)流動站與基準站之間的時間同步，而不能對終端進行絕對的時間校準，因此只是一種時間同步系統(tǒng)而不是嚴格意義上的授時系統(tǒng)。另外，相對時間同步方式要求兩臺接收機必須共視相同的衛(wèi)星，故而受到基線長度的限制，是一種區(qū)域性的時間同步系統(tǒng)，不適用于廣域的授時。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中高精度授時方法存在的不足，本發(fā)明提供了一種基于GNSS高精度增強系統(tǒng)的廣域精密授時系統(tǒng)。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種基于GNSS高精度增強系統(tǒng)的廣域精密授時系統(tǒng)，包括基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)、基準服務站系統(tǒng)和用戶終端系統(tǒng)，其中：

基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)包括依次信號連接的地面參考站子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)播發(fā)子系統(tǒng)，地面參考站子系統(tǒng)用于接收GNSS信號并獲取觀測數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)用于集中解算各地面參考站的觀測數(shù)據(jù)獲得差分數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)播發(fā)子系統(tǒng)用于廣播差分數(shù)據(jù)；

基準服務站系統(tǒng)包括依次信號連接的第一通信子系統(tǒng)、第一GNSS接收機終端子系統(tǒng)和時間服務子系統(tǒng)；第一通信子系統(tǒng)用于將數(shù)據(jù)播發(fā)子系統(tǒng)廣播的差分數(shù)據(jù)傳送至第一GNSS接收機終端子系統(tǒng)；第一GNSS接收機終端子系統(tǒng)用于接收GNSS信號并獲取觀測數(shù)據(jù)，根據(jù)接收的觀測數(shù)據(jù)和差分數(shù)據(jù)解算出時間信息；時間服務子系統(tǒng)用于根據(jù)時間信息產(chǎn)生時間同步信息；

用戶終端子系統(tǒng)包括信號連接的第二通信子系統(tǒng)和第二GNSS接收機終端子系統(tǒng)，第二通信子系統(tǒng)用于將時間服務子系統(tǒng)產(chǎn)生的時間同步信息和區(qū)域差分數(shù)據(jù)發(fā)送至第二GNSS接收機終端子系統(tǒng)；第二GNSS接收機終端子系統(tǒng)用于接收GNSS信號并獲取觀測數(shù)據(jù)，根據(jù)接收的觀測數(shù)據(jù)和區(qū)域差分數(shù)據(jù)解算出時標。

另一種基于GNSS高精度增強系統(tǒng)的廣域精密授時系統(tǒng)，包括基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)、基準服務站系統(tǒng)和用戶終端系統(tǒng)，其中：

基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)包括依次信號連接的地面參考站子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)播發(fā)子系統(tǒng)，地面參考站子系統(tǒng)用于接收GNSS信號并獲取觀測數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)用于集中解算各地面參考站的觀測數(shù)據(jù)獲得差分數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)播發(fā)子系統(tǒng)用于廣播差分數(shù)據(jù)；

基準服務站系統(tǒng)包括依次信號連接的第一通信子系統(tǒng)、第一GNSS接收機終端子系統(tǒng)和時間服務子系統(tǒng)；第一通信子系統(tǒng)用于將數(shù)據(jù)播發(fā)子系統(tǒng)廣播的差分數(shù)據(jù)傳送至第一GNSS接收機終端子系統(tǒng)；第一GNSS接收機終端子系統(tǒng)用于接收GNSS信號并獲取觀測數(shù)據(jù)，根據(jù)接收的觀測數(shù)據(jù)和差分數(shù)據(jù)解算出時間信息；時間服務子系統(tǒng)用于根據(jù)時間信息產(chǎn)生時間同步信息；

用戶終端子系統(tǒng)包括信號連接的第二通信子系統(tǒng)和第二GNSS接收機終端子系統(tǒng)，第二通信子系統(tǒng)用于將時間服務子系統(tǒng)產(chǎn)生的時間同步信息和數(shù)據(jù)播發(fā)子系統(tǒng)廣播的差分數(shù)據(jù)發(fā)送至第二GNSS接收機終端子系統(tǒng)；第二GNSS接收機終端子系統(tǒng)用于接收GNSS信號并獲取觀測數(shù)據(jù)，根據(jù)接收的觀測數(shù)據(jù)和差分數(shù)據(jù)解算出時標。

再一種基于GNSS高精度增強系統(tǒng)的廣域精密授時系統(tǒng)，包括基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)、基準服務站系統(tǒng)和用戶終端系統(tǒng)，其中：

基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)包括依次信號連接的地面參考站子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)播發(fā)子系統(tǒng)，地面參考站子系統(tǒng)用于接收GNSS信號并獲取觀測數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)用于集中解算各地面參考站的觀測數(shù)據(jù)獲得差分數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)播發(fā)子系統(tǒng)用于廣播差分數(shù)據(jù)；

基準服務站系統(tǒng)包括依次信號連接的第一通信子系統(tǒng)、第一GNSS接收機終端子系統(tǒng)和時間服務子系統(tǒng)；第一通信子系統(tǒng)用于將數(shù)據(jù)播發(fā)子系統(tǒng)廣播的差分數(shù)據(jù)傳送至第一GNSS接收機終端子系統(tǒng)；第一GNSS接收機終端子系統(tǒng)用于接收GNSS信號并獲取觀測數(shù)據(jù)，根據(jù)接收的觀測數(shù)據(jù)和差分數(shù)據(jù)解算出時間信息；時間服務子系統(tǒng)用于根據(jù)時間信息產(chǎn)生時間同步信息；

用戶終端系統(tǒng)包括信號連接的時間服務器和待授時設(shè)備，時間服務器122用于從時間服務子系統(tǒng)獲取時間同步信息并傳送至待授時設(shè)備。

作為優(yōu)選，基準服務站系統(tǒng)還包括原子鐘，將原子鐘的輸出頻率與第一GNSS接收機終端子系統(tǒng)解算出的時間信息組合，組合后的時間信息傳送至時間服務子系統(tǒng)。

若時間服務子系統(tǒng)產(chǎn)生的區(qū)域差分數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)播發(fā)子系統(tǒng)廣播的差分數(shù)據(jù)類型相同，第二GNSS接收機終端子系統(tǒng)采用PPP法解算出時標。

若時間服務子系統(tǒng)產(chǎn)生的區(qū)域差分數(shù)據(jù)為基于共視衛(wèi)星比對的相對時間同步的差分數(shù)據(jù)，第二GNSS接收機終端子系統(tǒng)采用共視衛(wèi)星比對方法解算出時標。

本發(fā)明系統(tǒng)包括基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)、基準服務站系統(tǒng)和用戶終端系統(tǒng)三大部分，基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)主要為授時終端提供衛(wèi)星信號和高精度數(shù)據(jù)產(chǎn)品，主要包括地面參考站子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)播發(fā)子系統(tǒng)；基準服務站系統(tǒng)主要包括高精度授時終端，高精度授時終端通過接收衛(wèi)星信號和高精度數(shù)據(jù)產(chǎn)品進行時間基準解算；用戶終端系統(tǒng)為各用戶節(jié)點上的低成本終端，可根據(jù)需求利用板卡或芯片進行開發(fā)，用戶終端系統(tǒng)主要靠高精度北斗板卡和芯片進行授時，靠時間傳輸協(xié)議進行備份守時。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的主要優(yōu)點如下：

（1）可實現(xiàn)全國甚至全球范圍的廣域高精度授時以及時間同步；

（2）可提供比現(xiàn)有基于GNSS的授時系統(tǒng)更高精度的授時時標；

（3）無需鋪設(shè)專用線纜，適用于山區(qū)等復雜地形的高精度授時，且節(jié)約成本，具備大面積推廣的優(yōu)勢；

（4）能通過服務器以及播發(fā)數(shù)據(jù)實現(xiàn)大范圍的時間應用的管理服務，具備聯(lián)網(wǎng)管理的能力。

附圖說明

圖1是本發(fā)明系統(tǒng)的一種具體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的系統(tǒng)的另一種具體結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合附圖詳細說明本發(fā)明的具體實施方式。

見圖1，所示廣域精密授時系統(tǒng)包括基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)101、基準服務站系統(tǒng)102和用戶終端系統(tǒng)103三個部分，其中，基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)101用來接收衛(wèi)星信號并提供廣域差分數(shù)據(jù)，基準服務站系統(tǒng)102用來提供區(qū)域差分數(shù)據(jù)和響應服務，用戶終端系統(tǒng)103用來提供高精度時標。

基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)101進一步包括地面參考站子系統(tǒng)104、數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)106和數(shù)據(jù)播發(fā)子系統(tǒng)108，地面參考站子系統(tǒng)104、數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)106、數(shù)據(jù)播發(fā)子系統(tǒng)108依次信號連接。地面參考站子系統(tǒng)104用于接收GNSS信號并獲取觀測數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)106用于集中解算各地面參考站的觀測數(shù)據(jù)獲得差分數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)播發(fā)子系統(tǒng)108用于廣播差分數(shù)據(jù)。

基準服務站系統(tǒng)102包括第一通信子系統(tǒng)111、第一GNSS接收機終端子系統(tǒng)110和時間服務子系統(tǒng)112，第一通信子系統(tǒng)111、第一GNSS接收機終端子系統(tǒng)110、時間服務子系統(tǒng)112依次信號連接。第一通信子系統(tǒng)111用于接收數(shù)據(jù)播發(fā)子系統(tǒng)108廣播的差分數(shù)據(jù)并傳送至第一GNSS接收機終端子系統(tǒng)110；第一GNSS接收機終端子系統(tǒng)110用于接收GNSS信號并獲取觀測數(shù)據(jù)，根據(jù)接收的觀測數(shù)據(jù)和差分數(shù)據(jù)進行解算，獲得高精度的時間信息，所述的時間信息可以為日期和時分秒，也可以為任何自定義的時間格式；時間服務子系統(tǒng)112用于根據(jù)時間信息產(chǎn)生時間同步信息。

用戶終端子系統(tǒng)103包括第二通信子系統(tǒng)118和第二GNSS接收機終端子系統(tǒng)119，兩者可以采用獨立的硬件模塊連接構(gòu)成，也可采用集成式的終端硬件。第二通信子系統(tǒng)118用于接收時間服務子系統(tǒng)112發(fā)送的時間同步信息和區(qū)域差分數(shù)據(jù)；第二GNSS接收機終端子系統(tǒng)119用于接收GNSS信號并獲取觀測數(shù)據(jù)，根據(jù)接收的觀測數(shù)據(jù)和區(qū)域差分數(shù)據(jù)進行解算，獲得高精度的時標，從而達到時間同步目的。

具體實施時，基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)101通過對接收的GNSS衛(wèi)星信號進行處理獲取差分數(shù)據(jù)，并將差分數(shù)據(jù)播發(fā)給基準服務站系統(tǒng)102和用戶終端系統(tǒng)103的GNSS接收機。基準服務站系統(tǒng)102利用第一GNSS接收終端子系統(tǒng)110接收衛(wèi)星播發(fā)的GNSS信號，并利用第一通信子系統(tǒng)111接收數(shù)據(jù)播發(fā)子系統(tǒng)108廣播的差分數(shù)據(jù)，利用接收的GNSS信號和差分數(shù)據(jù)實現(xiàn)基準服務站與GNSS系統(tǒng)的高精度時間同步，并管理用戶終端系統(tǒng)103的時間服務。

基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)101中，地面參考站子系統(tǒng)104利用分布在不同地點的各高精度GNSS接收機觀測GNSS衛(wèi)星信號，以獲得觀測數(shù)據(jù)105，將觀測數(shù)據(jù)105通過網(wǎng)絡(luò)方式傳送到數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)106。數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)106集中處理各地面參考站的觀測數(shù)據(jù)105，解算出差分數(shù)據(jù)107，將差分數(shù)據(jù)107傳送給數(shù)據(jù)播發(fā)子系統(tǒng)108。數(shù)據(jù)播發(fā)子系統(tǒng)108按需要對差分數(shù)據(jù)107進行編碼，形成差分數(shù)據(jù)產(chǎn)品109，并通過約定的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議對外播發(fā)。這里差分數(shù)據(jù)包括衛(wèi)星軌道、鐘差以及電離層等誤差參數(shù)。

基準服務站系統(tǒng)102中，第一通信子系統(tǒng)111通過無線通信或有線通信的方式獲取數(shù)據(jù)播發(fā)子系統(tǒng)108廣播的差分數(shù)據(jù)產(chǎn)品109，并通過約定的協(xié)議對差分數(shù)據(jù)產(chǎn)品109進行數(shù)據(jù)格式解碼得到解碼后的差分數(shù)據(jù)113，將解碼后的差分數(shù)據(jù)113傳送給第一GNSS接收機終端子系統(tǒng)110。第一GNSS接收機終端子系統(tǒng)110接收并處理GNSS信號以獲得觀測數(shù)據(jù)，采用解碼后的差分數(shù)據(jù)113修正和解算該觀測數(shù)據(jù)，獲得高精度的時間信息114，將時間信息114傳送給時間服務子系統(tǒng)112。時間服務子系統(tǒng)112根據(jù)用戶需求，利用時間信息114產(chǎn)生約定協(xié)議的時間同步信息116，為用戶提供時間服務。此外，時間服務子系統(tǒng)112還具有管理用戶請求、提供經(jīng)編碼的區(qū)域GNSS系統(tǒng)解算差分數(shù)據(jù)117的功能。為提高基準服務站系統(tǒng)102時標的穩(wěn)定性，可通過馴服原子鐘方式將原子鐘115等高穩(wěn)定晶振的頻率與第一GNSS接收機終端子系統(tǒng)110解算出的時間信息組合，然后將組合后的時間信息114傳送至時間服務子系統(tǒng)112。

用戶終端系統(tǒng)103中，第二通信子系統(tǒng)118從基準服務站系統(tǒng)102獲取區(qū)域差分數(shù)據(jù)產(chǎn)品117，經(jīng)解碼，將解碼后的區(qū)域差分數(shù)據(jù)120傳送給第二GNSS接收機終端子系統(tǒng)119。第二GNSS接收機終端子系統(tǒng)119接收并處理GNSS信號以獲得觀測數(shù)據(jù)，利用解碼后的區(qū)域差分數(shù)據(jù)120對觀測數(shù)據(jù)進行修正和解算，獲得所需的高精度時間信息121。

具體實施時，基準服務站系統(tǒng)102提供的區(qū)域差分數(shù)據(jù)產(chǎn)品117可以是與差分數(shù)據(jù)產(chǎn)品109類型相同，也可以是基于共視衛(wèi)星比對的相對時間同步的差分數(shù)據(jù)產(chǎn)品。若區(qū)域差分數(shù)據(jù)產(chǎn)品117與差分數(shù)據(jù)產(chǎn)品109類型相同，第二GNSS接收機終端子系統(tǒng)119采用PPP法解算時標。若區(qū)域差分數(shù)據(jù)產(chǎn)品117為基于共視衛(wèi)星比對的相對時間同步的差分數(shù)據(jù)產(chǎn)品，第二GNSS接收機終端子系統(tǒng)119采用共視衛(wèi)星時間比對方法解算出時標。

作為優(yōu)選，第二通信子系統(tǒng)118直接從數(shù)據(jù)播發(fā)子系統(tǒng)108接收差分數(shù)據(jù)產(chǎn)品109，直接實現(xiàn)授時，此時，本發(fā)明系統(tǒng)退化成為扁平狀的二級結(jié)構(gòu)。

見圖2，用戶終端系統(tǒng)103還可以采用不包括GNSS接收機終端的常規(guī)系統(tǒng)，此時，用戶終端系統(tǒng)103包括時間服務器122以及待授時設(shè)備123。實施時，時間服務器122通過有線通信或者無線通信的方式直接從基準服務站系統(tǒng)102獲取時間同步信息116，并輸出至待授時設(shè)備123，實現(xiàn)授時功能。