技术领域
[0001] 本
发明涉及数据处理技术领域，尤其涉及一种基于北斗
卫星导航系统的实时共视数据处理方法。
背景技术
[0002] 随着北斗三号卫星的逐步发射组网，北斗三号完成基本系统建设，向全球提供服务。北斗卫星导航系统逐步完善，相应的时间传递技术应用也逐渐铺开。北斗共视时间传递是指位于不同地点的两个时频实验室在同一时刻观测同一颗北斗卫星，分别得到各自本地时间与北斗卫星时间之间的单站时差，通过数据交互链路(如：互联网、GPRS、北斗短报文等)，对两地数据进行处理扣除卫星钟差即可得到两时频实验室之间时差。
[0003] 虽然北斗共视时间传递在各领域的应用越来越广，但是北斗共视标准还尚未制定。截至目前，北斗共视基本都是采用GPS共视标准。GPS共视法时间传递原理是Allan在1980年国际频控年会上首次提出的；1985年，GPS共视正式被用于远距离时间比对，参与TAI计算。随后，为了统一共视接收机
软件的处理过程和单站观测文件的格式，1994年，Allan代表GPS时间传递标准组(GGTTS)在Metrologia上发表了“GPS定时接收机软件标准化技术指南”。市面上的所有GPS共视接收机都按照该指南的规定进行数据处理。
[0004] “GPS定时接收机软件标准化技术指南”中对GPS共视的数据处理方法做如下规定：每次
跟踪一颗或多颗GPS卫星16分钟，这16分钟里，前2分钟做准备，中间13分钟(780秒)连续跟踪记录，后1分钟做数据处理。这样，每16分钟采集到780个测距码观测值(每秒1个)，对其使用电离层、
对流层、相对论效应、卫星钟差等修正得到本地参考时间与共视卫星之间的时差。将780个时差数据依次分成52组，每组15个点，分别对52组数据使用二次多项式拟合选取中点处的值作为该组的观测伪距值，这样共得到了52个数据点。之后再对这52个数据进行线性拟合，取中点处的1个拟合值，作为本次(16分钟)共视结果。
[0005] 目前的北斗共视也沿用这种传统的数据处理方法，但是这种方法存在一些
缺陷：1、北斗RDSS功能可以提供短信服务，实现两地数据的实时交互，交互周期可达1分钟；传统的共视周期为16分钟，无法满足北斗短报文传输时的实时性要求。2、传统共视在每16分钟的观测周期内前后共预留3分钟的间隙，是为了给板卡预留足够的准备时间和处理时间，但是造成数据浪费和观测时间的不连续；实际上目前市面上有很多高
精度北斗接收机板卡和高速数据处理模
块，完全可以满足连续跟踪的要求。3、传统共视中的跟踪周期选择13分钟是为了能够利用卫星每12.5分钟一次的电离层时延数据；但实际上，目前用于共视传递的北斗接收机板卡基本都可以接收双频
信号，利用双频解电离层的方式完全可以实时消除电离层时延。
[0006] 综上所述，可以通过对传统共视数据处理方式进行改进使其更好地适用于北斗共视时间传递。
发明内容
[0007] 为解决上述问题，本
申请实施例提供了一种基于北斗卫星导航系统的实时共视数据处理方法，所述方法包括：
[0008] 实时获得两个不同地点的本地时间与同一北斗卫星时间之间的单站最终时差：
[0009] 利用数据交互链路实时交换两个不同地点的单站最终时差；
[0010] 对两个不同地点的单站最终时差进行扣除北斗卫星时间处理，得到两个不同地点的共视时差。
[0011] 可选地，对于任一地点，实时获得所述任一地点的本地时间与同一北斗卫星时间之间的单站最终时差，包括：
[0012] 每隔1秒，获取当前观测时刻的本地时间与所述北斗卫星时间之间的单站时差。
[0013] 可选地，对于任一当前观测时刻i，获取当前观测时刻i的本地时间与所述北斗卫星时间之间的单站时差，包括：
[0014] 采集所述北斗卫星原始观测数据；
[0015] 根据所述原始观测数据，计算本地时间与所述北斗卫星时间之间的单站原始时差；
[0016] 对所述单站原始时差进行降噪处理，得到当前观测时刻i的本地时间与所述北斗卫星时间之间的单站时差。
[0017] 可选地，所述采集所述北斗卫星原始观测数据，包括：
[0018] 通过运行稳定的高精度北斗双频定时型接收机，以1秒为
采样周期采集所述北斗卫星原始观测数据；
[0019] 所述原始观测数据包括如下的一种或多种：卫星号，观测时刻，伪码测量值，卫星高度
角，卫星星历参数。
[0020] 可选地，所述根据所述原始观测数据，计算本地时间与所述北斗卫星时间之间的单站原始时差，包括：
[0021] 从所述原始观测数据中选取高度角大于15度的卫星，进行几何距离、电离层、
对流层、萨格纳克效应、卫星钟差延迟修正，得到本地时间与北斗卫星时间之间的单站原始时差数据对。
[0022] 可选地，所述对所述单站原始时差进行降噪处理，得到当前观测时刻i本地时间与所述北斗卫星时间之间的单站时差，包括：
[0023] 以预设时长t作为数据处理窗口，将所述数据处理窗口中的单站原始时差数据对序列T＝{(xi-t-1，yi-t-1)，(xi-t-2，yi-t-2)，…，(xi，yi)}分成n个新的数据序列T1，…，Tn；
[0024] 对n个新的数据序列分别使用二次多项式拟合，得到拟合后的数据序列
[0025] 选取每个拟合后数据序列中点处的值形成新的数据序列T′；
[0026] 将新的数据序列进行二次多项式拟合，得到拟合序列
[0027] 选取拟合序列 中点处时刻对应的拟合值，作为当前观测时刻i本地时间与北斗卫星时间之间的单站时差；
[0028] 其中，xi为当前观测时刻i本地时间，yi为xi对应的北斗卫星时间，(xi，yi)为本地时间与北斗卫星时间之间的单站原始时差数据对；
[0029] 的值为整数，任一个新的数据序列中包括 对单站原始时差数据对，
[0030]
[0031]
[0032] …，
[0033]
[0034]
[0035]
[0036] …，
[0037]
[0038] 可选地，若 的值为偶数，则
[0039]
[0040] 可选地，若 的值为奇数，则
[0041] 可选地，若n的值为偶数，则所述选取拟合序列 中点处时刻对应的拟合值，包括：
[0042] 选取拟合序列 中点处 时刻对应的拟合值 作为当前观测时刻i本地时间与北斗卫星时间之间的单站时差。
[0043] 可选地，若n的值为奇数，则所述选取拟合序列 中点处时刻对应的拟合值，包括：
[0044] 选取拟合序列 中点处 时刻对应的拟合值 作为当前观测时刻i本地时间与北斗卫星时间之间的单站时差。
[0045] 有益效果如下：
[0046] 本申请提供的方法实时获得两个不同地点的本地时间与同一北斗卫星时间之间的单站最终时差；对两个不同地点的单站最终时差进行扣除北斗卫星时间处理，得到两个不同地点的共视时差，实现了处理终端所在
位置之间时差的实时更新计算，对传统共视数据处理时共视周期长、观测时间不连续，以及观测数据使用率低的状况进行改进。
附图说明
[0047] 下面将参照附图描述本申请的具体实施例，其中：
[0048] 图1示出了本申请一实施例提供的基于北斗卫星导航系统的实时共视数据处理方法的流程示意图；
[0049] 图2示出了本申请一实施例提供的一种窗口大小为100s的每个窗口内数据降噪处理示意图。
具体实施方式
[0050] 目前的北斗共视也沿用这种传统的数据处理方法，但是这种方法存在一些缺陷：1、北斗RDSS功能可以提供短信服务，实现两地数据的实时交互，交互周期可达1分钟；传统的共视周期为16分钟，无法满足北斗短报文传输时的实时性要求。2、传统共视在每16分钟的观测周期内前后共预留3分钟的间隙，是为了给板卡预留足够的准备时间和处理时间，但是造成数据浪费和观测时间的不连续；实际上目前市面上有很多高精度北斗接收机板卡和高速数据处理模块，完全可以满足连续跟踪的要求。3、传统共视中的跟踪周期选择13分钟是为了能够利用卫星每12.5分钟一次的电离层时延数据；但实际上，目前用于共视传递的北斗接收机板卡基本都可以接收双频信号，利用双频解电离层的方式完全可以实时消除电离层时延。
[0051] 基于此，本提案提供一种基于北斗卫星导航系统的实时共视数据处理方法，实时获得两个不同地点的本地时间与同一北斗卫星时间之间的单站最终时差；对两个不同地点的单站最终时差进行扣除北斗卫星时间处理，得到两个不同地点的共视时差，实现了两个处理终端所在位置之间时差的实时更新计算，对传统共视数据处理时共视周期长、观测时间不连续，以及观测数据使用率低的状况进行改进。
[0052] 参见图1，本实施例提供的基于北斗卫星导航系统的实时共视数据处理方法实现过程如下：
[0053] 101，实时获得两个不同地点的本地时间与同一北斗卫星时间之间的单站最终时差。
[0054] 对于任一地点，实时获得任一地点的本地时间与同一北斗卫星时间之间的单站最终时差，包括：
[0055] 每隔1秒，获取当前观测时刻的本地时间与北斗卫星时间之间的单站时差。
[0056] 对于任一当前观测时刻i，获取当前观测时刻i的本地时间与北斗卫星时间之间的单站时差，包括：
[0057] 1、采集北斗卫星原始观测数据。
[0058] 本步骤，通过运行稳定的高精度北斗双频定时型接收机，以1秒为采样周期采集北斗卫星原始观测数据。
[0059] 原始观测数据包括如下的一种或多种：卫星号，观测时刻，伪码测量值，卫星高度角，卫星星历参数。
[0060] 例如，启动高精度北斗双频定时型接收机，待接收机运行稳定后，采集北斗原始观测数据，采样周期为1s。采集的原始观测数据包括：卫星号、观测时刻、伪码测量值、卫星高度角、卫星星历参数等。
[0061] 2、根据原始观测数据，计算本地时间与北斗卫星时间之间的单站原始时差。
[0062] 如，从原始观测数据中选取高度角大于15度的卫星，进行几何距离、电离层、对流层、萨格纳克(sagnac)效应、卫星钟差延迟修正，得到本地时间与北斗卫星时间之间的单站原始时差数据对。
[0063] 例如，从步骤1中采集到的原始观测数据中选取高度角大于15度的卫星，进行几何距离、电离层、对流层、sagnac效应、卫星钟差等延迟修正，得到本地时间与北斗卫星时间之间的单站原始时差数据对(xi，yi)，时标xi采样间隔为1s。
[0064] 3、对单站原始时差进行降噪处理，得到当前观测时刻i的本地时间与北斗卫星时间之间的单站时差。
[0065] 本步骤中，
[0066] 1)以预设时长t作为数据处理窗口，将数据处理窗口中的单站原始时差数据对序列T＝{(xi-t-1，yi-t-1)，(xi-t-2，yi-t-2)，…，(xi，yi)}分成n个新的数据序列T1，…，Tn。
[0067] 其中，xi为当前观测时刻i本地时间，yi为xi对应的北斗卫星时间，(xi，yi)为本地时间与北斗卫星时间之间的单站原始时差数据对。
[0068] 的值为整数，任一个新的数据序列中包括 对单站原始时差数据对，
[0069]
[0070] …，
[0071]
[0072] 2)对n个新的数据序列分别使用二次多项式拟合，得到拟合后的数据序列[0073] 其中，
[0074]
[0075] …，
[0076]
[0077] 3)选取每个拟合后数据序列中点处的值形成新的数据序列T′。
[0078] 若 的值为偶数，则
[0079] 若 的值为奇数，则
[0080] 4)将新的数据序列进行二次多项式拟合，得到拟合序列
[0081] 若 的值为偶数，则
[0082]
[0083] 若 的值为奇数，则
[0084]
[0085] 5)选取拟合序列 中点处时刻对应的拟合值，作为当前观测时刻i本地时间与北斗卫星时间之间的单站时差。
[0086] 若n的值为偶数，本步骤选取拟合序列 中点处 时刻对应的拟合值作为当前观测时刻i本地时间与北斗卫星时间之间的单站时差。
[0087] 若n的值为奇数，本步骤选取拟合序列 中点处 时刻对应的拟合值作为当前观测时刻i本地时间与北斗卫星时间之间的单站时差。
[0088] 步骤3中，可以进行积累数据并确定降噪处理窗口，对每个窗口内的数据进行降噪处理。
[0089] 由于北斗
卫星信号在空间传输时受各项延迟误差影响，通过步骤2得到的原始钟差中含有较大噪声，要对其采取降噪处理，再作为本地单站时差进行北斗共视解算。采用最小二乘拟合的方式进行降噪，数据处理窗口可选择100s、1000s等。接收机初次启动时，需积累数据，使数据量能满足窗口要求。
[0090] 以100s为降噪处理窗口为例，为了获得xi时刻对应本地时间与北斗卫星时间之间的最终时差，需要利用xi之前100s的原始时差数据序列进行降噪处理：
[0091] 1)将数据序列T＝{(xi-99，yi-99)，(xi-98，yi-98)，…，(xi，yi)}中的100对数据分成10个新的数据序列，分别为
[0092] T1＝{(xi-99，yi-99)，(xi-98，yi-98)，…，(xi-90，yi-90)}、
[0093] T2＝{(xi-89，yi-89)，(xi-88，yi-88)，…，(xi-80，yi-80)}、......、[0094] T10＝{(xi-9，yi-9)，(xi-8，yi-8)，…(xi，yi)}，每个数据序列包含10对数据；
[0095] 2)对10个数据序列分别使用二次多项式拟合，拟合后的数据序列分别为[0096]
[0097]
[0098]
[0099] 3)选取每组拟合序列中点处的值形成新的数据序列该序列包含10
对拟合值；
[0100] 4 ) 将 数 据 序 列 T ′进 行 二 次 多 项 式 拟 合 ，得 到 拟 合 序 列[0101] 5)选取拟合序列 中点处xi-45时刻对应的拟合值 作为观测时刻xi对应的本地时间与北斗卫星时间之间的最终时差。
[0102] 以窗口大小为100s时，其每个窗口内数据降噪处理示意图如图2所示。
[0103] 以1s为更新周期，不断滑动窗口，重复执行上述过程，实时获得每个当前观测时刻本地时间与北斗卫星时间之间的单站最终时差
[0104] 本步骤中，利用二次多项式拟合进行数据降噪处理是基于北斗卫星导航系统的实时共视数据处理方法的关键技术。二次多项式拟合使用的是最小二乘法的
算法思想：对给定一组数据(xi，yi)(i＝0，1，…，m)，要求在函数类 中找一个函数y＝S*(x)，使误差平方和 最小，
[0105]
[0106] 其中，
[0107]
[0108] 在一种基于北斗卫星导航系统的实时共视数据处理方法中，给定的一组数据即每个待拟合的原始时差数据序列。最小二乘法的算法过程如下：
[0109]
[0110]
[0111] (3)从(2)中可得唯一解
[0112]
[0113] (4)从而得到函数f(x)的最小二乘解为
[0114]
[0115] 102，利用数据交互链路实时交换两个不同地点的单站最终时差。
[0116] 本步骤中，利用数据交互链路(如：互联网、GPRS、北斗短报文等)实时交换两地的单站时差。
[0117] 且数据交互链路可根据实际应用环境选取。
[0118] 103，对两个不同地点的单站最终时差进行扣除北斗卫星时间处理，得到两个不同地点的共视时差。
[0119] 具体实现时，位于不同地点的两个时频实验室分别获得各自本地时间与北斗卫星时间之间的单站最终时差，然后利用数据交互链路(如：互联网、GPRS、北斗短报文等)实时交换两地的单站时差，对两地数据进行处理扣除北斗卫星时间即可得到两时频实验室之间的共视时差。
[0120] 本实施例提供的方法为一种基于北斗卫星导航系统的实时共视数据处理方法，解决目前北斗共视周期长、观测时间不连续，以及观测数据使用率低的问题。
[0121] 在进行一种基于北斗卫星导航系统的实时共视数据处理之前，还会获取位于两地的时频实验室测量各自天线的精确坐标，并将坐标值输入给北斗共视数据实时处理软件。同时，需要设置降噪处理窗口值，并将该值输入给北斗共视数据实时处理软件。
[0122] 有益效果：
[0123] 本申请提供的方法实时获得两个不同地点的本地时间与同一北斗卫星时间之间的单站最终时差；对两个不同地点的单站最终时差进行扣除北斗卫星时间处理，得到两个不同地点的共视时差，实现了两个处理终端所在位置之间时差的实时更新计算，对传统共视数据处理时共视周期长、观测时间不连续，以及观测数据使用率低的状况进行改进。
