CN119916411B - 确定卫星钟差的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种确定卫星钟差的方法及装置，包括：第一卫星从第二卫星接收精密电文和第一观测数据，其中，第二卫星的运行轨道高于第一卫星的运行轨道，第一卫星在目标时刻位于目标区域之外，第一观测数据是在目标时刻获取的数据；第一卫星通过目标时刻与参考时刻得到目标时间差，并根据目标时间差确定时延估计值，其中，参考时刻是第一卫星上一次进入目标区域的时刻；第一卫星通过时延估计值、精密电文、第一观测数据确定第一卫星的第一卫星钟差。通过本发明，解决了相关技术中无法基于监测数据直接提取卫星钟差的问题，进而达到了精密生成低轨卫星的卫星钟差的效果。

Description

确定卫星钟差的方法及装置

技术领域

本发明实施例涉及通信领域，具体而言，涉及一种确定卫星钟差的方法及装置。

背景技术

低轨导航卫星与中高轨导航卫星的融合解算，能够实现全球快速精密定位，而低轨导航卫星能够在全球范围内播发精密的下行信号的卫星钟差是全球快速精密定位的重要前提之一。然而，在实际应用中，由于无法在全球范围内广泛部署地面监测设备，使得不能直接基于导航卫星下行信号的监测数据提取卫星钟差，导致全球快速精密定位服务难以实现。

针对上述问题，目前尚未存在有效的解决方案。

发明内容

本发明实施例提供了一种确定卫星钟差的方法及装置，以至少解决相关技术中无法基于监测数据直接提取卫星钟差的问题。

根据本发明的一个实施例，提供了一种确定卫星钟差的方法，包括：第一卫星从第二卫星接收精密电文和第一观测数据，其中，第二卫星的运行轨道高于第一卫星的运行轨道，第一卫星在目标时刻位于目标区域之外，第一观测数据是在目标时刻获取的数据；第一卫星通过目标时刻与参考时刻得到目标时间差，并根据目标时间差确定时延估计值，其中，参考时刻是第一卫星上一次进入目标区域的时刻；第一卫星通过时延估计值、精密电文、第一观测数据确定第一卫星的第一卫星钟差。

在一个示例性实施例中，第一卫星通过时延估计值、精密电文、第一观测数据确定第一卫星的第一卫星钟差，包括：第一卫星根据精密电文和第一观测数据，确定第一卫星的第一接收机钟差；第一卫星将第一接收机钟差与时延估计值的差值确定为第一卫星的下行信号的第一卫星钟差。

在一个示例性实施例中，第一卫星根据精密电文和第一观测数据，确定第一卫星的第一接收机钟差，包括：第一卫星在精密电文中获取第二卫星的目标位置和第二卫星的第二卫星钟差，其中，所述第二卫星在所述目标时刻的位置是所述目标位置；第一卫星在第一观测数据中获取第一卫星和第二卫星之间的第一伪距和第一载波相位；第一卫星根据第二卫星的目标位置、第二卫星钟差、第一伪距和第一载波相位，确定第一卫星在第一时刻的第一位置，其中，第一时刻位于目标时刻之后；第一卫星根据第二卫星的目标位置、第一位置、第二卫星钟差、第一伪距和第一载波相位，确定第一卫星的第一接收机钟差。

在一个示例性实施例中，根据所述目标时间差确定所述时延估计值，包括：第一卫星从地面数据处理中心获取时延函数，其中，时延函数是地面数据处理中心通过第一卫星的收发通道的时延拟合得到的；第一卫星根据目标时间差和时延函数确定时延估计值。

在一个示例性实施例中，上述方法还包括：地面数据处理中心通过以下方式拟合得到时延函数：地面数据处理中心确定第一卫星的收发通道在多个时间点的时延，得到时延集合，其中，多个时间点位于目标时刻之前；地面数据处理中心通过多个时间点对时延集合中的各个时延进行拟合，得到时延函数。

在一个示例性实施例中，地面数据处理中心确定第一卫星的收发通道在多个时间点的时延，包括：地面数据处理中心通过以下方式确定第k个时间点的第一卫星的收发通道的时延，其中，k是整数，第k个时间点是多个时间点中的任一时间点：地面数据处理中心确定第一卫星在第k个时间点的第二接收机钟差；地面数据处理中心确定第一卫星在第k个时间点的第三卫星钟差；地面数据处理中心将第一卫星的第二接收机钟差与第三卫星钟差的差值，确定为第k个时间点的第一卫星的收发通道的时延。

在一个示例性实施例中，地面数据处理中心确定第一卫星在第k个时间点的第三卫星钟差，包括：地面数据处理中心在第二观测数据中获取第一卫星与地面导航终端之间的第二伪距和第二载波相位，其中，第二观测数据是在第k个时间点获取的数据；地面数据处理中心确定第一卫星在第二时刻的第二位置，其中，第二时刻是第k个时间点之后的时刻；根据第二伪距、第二载波相位和第二位置确定第三卫星钟差。

在一个示例性实施例中，第一卫星和第二卫星属于导航卫星。

根据本发明的另一个实施例，提供了一种确定卫星钟差的装置，应用于上述第一卫星，包括：存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现如下操作：从第二卫星接收精密电文和第一观测数据，其中，第二卫星的运行轨道高于第一卫星的运行轨道，第一卫星在目标时刻位于目标区域之外，第一观测数据是在目标时刻获取的数据；通过目标时刻与参考时刻得到目标时间差，并根据目标时间差确定时延估计值，其中，参考时刻是第一卫星上一次进入目标区域的时刻；通过时延估计值、精密电文、第一观测数据确定第一卫星的第一卫星钟差。

根据本发明的又一个实施例，还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一项方法实施例中的步骤。

根据本发明的又一个实施例，还提供了一种电子装置，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行上述任一项方法实施例中的步骤。

根据本发明的又一个实施例，还提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一项方法实施例中的步骤。

通过本发明，在第一卫星运行到目标区域外时，第一卫星在目标时刻从第二卫星接收精密电文和第一观测数据，同时，第一卫星基于目标时刻与参考时刻之间的目标时间差确定第一卫星在目标时刻的时延估计值，根据精密电文、第一观测数据与时延估计值，确定第一卫星的第一卫星钟差。

由于通过模拟出第一卫星在目标时刻的收发通道的时延，并基于收发通道的时延精确生成下行信号的卫星钟差，有效的避免了因无法在目标区域外部署地面监测设备，导致不能通过监测数据获取低轨导航卫星收发通道的时延，从而无法生成下行信号的卫星钟差的问题。因此，可以解决相关技术中无法基于监测数据直接提取卫星钟差的问题，达到精密生成低轨卫星的卫星钟差的效果。

附图说明

图1是根据本发明实施例的确定卫星钟差的方法的应用场景示意图；

图2是根据本发明实施例的一种确定卫星钟差的方法的移动终端的硬件结构框图；

图3是根据本发明实施例的确定卫星钟差的方法的流程图；

图4是根据本发明实施例的生成低轨导航卫星的下行信号的卫星钟差的流程示意图；

图5是根据本发明实施例的确定卫星钟差的装置的结构框图。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明的实施例。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

图1是根据本发明实施例的确定卫星钟差的方法的应用场景示意图，如图1所示，该场景包括全球卫星定位系统、低轨卫星、地面导航终端、地面上注站以及地面数据处理中心，其中：

全球卫星定位系统是通过一组卫星提供全球范围内定位、导航和定时服务的技术系统，可以为全球用户提供高精度的定位、导航和定时服务。

低轨卫星是指运行在低地球轨道上的卫星，主要负责提供无线电通信服务、数据传输、定位和导航等功能。

地面导航终端是由接收机、定时器、数据预处理器、计算机和显示器等组成的用户接收设备，能够接收导航卫星发来的无线电导航信号，通过时间测距或多普勒测速来获取用户相对于卫星的距离或距离变化率等导航参数，并根据卫星发送的时间、轨道参数，计算出用户的地理位置坐标（二维或三维坐标）和速度矢量分量‌。

地面上注站‌是卫星导航系统的重要组成部分，主要负责向在轨运行的导航卫星注入导航电文和控制指令。上注站通过无线电设备将主控站计算和编制的卫星星历、钟差、导航电文和其他控制指令等，以高传输速率注入到卫星的数据存储器中，并监测注入信息的正确性‌。

地面数据处理中心是导航卫星系统地面信息处理和运行控制的中心，主要任务是收集各个监测站采集的卫星信号、观测数据及环境数据，进行时间同步与卫星时钟偏差预报、卫星精密轨道确定与星历参数生成、广域差分改正值计算、电离层模型参数计算以及系统完好性计算等处理，并实现导航卫星系统的任务规划与调度、全系统运行管理与控制等。

通过上述设备以及设备之间的信息交互，可以进行低轨导航卫星与中高轨导航卫星的融合解算，从而实现全球快速精密定位。

本申请实施例中所提供的方法实施例中的卫星上的星载接收机、地面数据处理中心、以及地面导航终端可以在移动终端、计算机终端或者类似的运算装置中执行。以运行在运算装置上为例，图2是本发明实施例的一种确定卫星钟差的方法的移动终端的硬件结构框图。如图2所示，移动终端可以包括一个或多个（图2中仅示出一个）处理器102（处理器102可以包括但不限于微处理器MCU或可编程逻辑器件FPGA等的处理装置）和用于存储数据的存储器104，其中，上述移动终端还可以包括用于通信功能的传输设备106以及输入输出设备108。本领域普通技术人员可以理解，图2所示的结构仅为示意，其并不对上述移动终端的结构造成限定。例如，移动终端还可包括比图2中所示更多或者更少的组件，或者具有与图2所示不同的配置。

存储器104可用于存储计算机程序，例如，应用软件的软件程序以及模块，如本发明实施例中的确定卫星钟差的方法对应的计算机程序，处理器102通过运行存储在存储器104内的计算机程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，即实现上述的方法。存储器104可包括高速随机存储器，还可包括非易失性存储器，如一个或者多个磁性存储装置、闪存、或者其他非易失性固态存储器。在一些实例中，存储器104可进一步包括相对于处理器102远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至移动终端。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。

传输设备106用于经由一个网络接收或者发送数据。上述的网络具体实例可包括移动终端的通信供应商提供的无线网络。在一个实例中，传输设备106包括一个网络适配器（Network Interface Controller，简称为NIC），其可通过基站与其他网络设备相连从而可与互联网进行通讯。在一个实例中，传输设备106可以为射频（Radio Frequency，简称为RF）模块，其用于通过无线方式与互联网进行通讯。

在本实施例中提供了一种运行于上述移动终端或网络架构的方法，图3是根据本发明实施例的确定卫星钟差的方法的流程图，如图3所示，该流程包括如下步骤：

步骤S302，第一卫星从第二卫星接收精密电文和第一观测数据，其中，第二卫星的运行轨道高于第一卫星的运行轨道，第一卫星在目标时刻位于目标区域之外，第一观测数据是在目标时刻获取的数据；

上述第一卫星可以是低轨卫星（或是低轨导航卫星）等，该导航卫星的在低地球轨道上运行，用于提供精确的全球定位和导航服务，其中，相比较于传统的中高轨导航卫星，低轨导航卫星具有更低的轨道高度和更快的运行速度，能够提供更快速、更准确的导航服务；上述第二卫星可以是GNSS（Global Navigation Satellite System，全球导航卫星系统）卫星，也即中高轨导航卫星，该导航卫星通常处于地球通过到或近地点高度轨道，其中，对于低轨导航卫星相比，GNSS卫星轨道高度更高，可以提供更广泛的覆盖范围和更稳定的信号传输，从而提供更稳定和准确的导航服务，常见的GNSS卫星包括GPS（GlobalPositioning System，全球定位系统）、GLONASS（Global Navigation Satellite System，全球导航卫星系统）、Galileo（Galileo Satellite Navigation System，伽利略卫星导航系统）、以及BDS（BeiDou Navigation Satellite System，北斗卫星导航系统）等。

上述精密电文可以是通过卫星传输的具有高度保密性和准确性的信息，该精密电文包括第二卫星在目标时刻的精密卫星轨道、精密卫星钟差和码偏差等；上述第一观测数据可以是第二卫星在的目标时刻的星载接收机的观测数据，该数据通常是来自其他卫星的信号数据，包括卫星的位置、速度姿态、双频伪距、载波相位以及其他相关信息等；上述目标区域可以是安装了地面监测设备的区域，该地面监测设备可以是地面导航终端、地面上注站等，通过地面监测设备，地面数据处理中心可以获取卫星的精密电文以及星载接收机的观测数据；上述目标时刻可以是第一卫星位于目标区域外时的任一时刻，在目标时刻时，第一卫星可以接收第二卫星在目标时刻时的精密电文和第一观测数据。

在低轨导航卫星（即第一卫星）位于目标区域之外的时候，低轨导航卫星（即第一卫星）在目标时刻接收GNSS卫星（即第二卫星）的精密电文和星载接收机的观测数据（即第一观测数据）。例如，第一卫星在目标时刻运行到目标区域A之外的某一位置，此时从第二卫星接收精密电文和第一观测数据。

步骤S304，第一卫星通过目标时刻与参考时刻得到目标时间差，并根据目标时间差确定时延估计值，其中，参考时刻是第一卫星上一次进入目标区域的时刻；

上述目标时刻可以是第一卫星位于目标区域外时的任一时刻，在目标时刻时，第一卫星可以接收第二卫星在目标时刻时的精密电文和第一观测数据；上述参考时刻可以是计算时间差的基准时刻，该参考时刻可以是第一卫星上一次进入目标区域的时刻；上述时延估计值可以是第一卫星拟合得到的第一卫星在目标时刻的收发通道上的时延。

第一卫星将目标时刻与参考时刻的差值确定为目标时间差，并根据目标时间差确定时延估计值，也即第一卫星在目标时刻的收发通道的时延，例如，第一卫星运行一圈需要120分钟，其中，0-30分钟运行在目标区域A内，31-120分钟运行在目标区域A之外，则目标时刻t可以是31-120分钟内的任一时刻，参考时刻t0可以是第一卫星进入目标区域A的时刻，即0时刻，确定t-t0为目标时间差，并根据目标时间差确定时延估计值，即第一卫星在目标时刻t时的收发通道的时延。

步骤S306，第一卫星通过时延估计值、精密电文、第一观测数据确定第一卫星的第一卫星钟差。

上述第一卫星钟差可以是第一卫星在目标时刻的下行信号的卫星钟差，也即第一卫星运行在目标区域外时的下行信号的卫星钟差；通过第一卫星在目标时刻的收发通道的时延（即时延估计值）、第一卫星在目标时刻从第二卫星接收的精密电文和第一观测数据，可以得到第一卫星在目标时刻的下行信号的卫星钟差（即第一卫星钟差），从而可以在无法部署地面监测设备的区域内，实现低轨导航卫星的下行信号的卫星钟差的精密生成。

作为一个可选的实施方式，第一卫星通过时延估计值、精密电文、第一观测数据确定第一卫星的第一卫星钟差，包括：第一卫星根据精密电文和第一观测数据，确定第一卫星的第一接收机钟差；第一卫星将第一接收机钟差与时延估计值的差值确定为第一卫星的下行信号的第一卫星钟差。

上述第一接收机钟差可以是第一卫星在目标时刻的星载接收机的接收机钟差，该接收机钟差可以是星载接收机内部时钟与卫星发送的导航信号之间的时间差，通过卫星的星载接收机钟差可以确定卫星的下行信号的卫星钟差；第一卫星根据第二卫星在目标时刻的精密电文和第一观测数据，确定第一卫星在目标时刻的星载接收机的接收机钟差（即第一接收机钟差），将第一接收机钟差与第一卫星在目标时刻的收发通道的时延（即时延估计值）之间的差值，确定为第一卫星在目标时刻的下行信号的卫星钟差（即第一卫星钟差）。具体可以通过下述公式确定第一卫星的下行信号的第一卫星钟差：

式中，是上述第一卫星钟差，是上述第一接收机钟差，是上述时延估计值，t是上述目标时刻。

可选地，上述步骤的执行主体可以是后台处理器，或者其他的具备类似处理能力的设备，还可以是至少集成有图像获取设备以及数据处理设备的机器，其中，图像获取设备可以包括摄像头等图形采集模块，数据处理设备可以包括计算机、手机等终端，但不限于此。

通过上述步骤，在低轨导航卫星（即第一卫星）运行到目标区域外时，低轨导航卫星从GNSS卫星（即第二卫星）接收精密电文和星载接收机的观测数据（即第一观测数据），确定低轨导航卫星的接收机钟差（即第一接收机钟差），同时，低轨导航卫星基于目标时刻拟合出低轨导航卫星的收发通道的时延（即时延估计值），将低轨导航卫星的接收机钟差与低轨导航卫星的收发通道的时延之间的差值，确定为低轨导航卫星在目标区域外时的下行信号的卫星钟差（即第一卫星钟差）。

由于通过模拟出低轨导航卫星在目标时刻的收发通道的时延，并基于收发通道的时延精确生成下行信号的卫星钟差，有效的避免了因无法在目标区域外部署地面监测设备，导致不能通过监测数据获取低轨导航卫星收发通道的时延，从而无法生成下行信号的卫星钟差的问题，解决了相关技术中无法基于监测数据直接提取卫星钟差的问题，实现了在无法部署地面监测设备的区域内，低轨导航卫星的下行信号的卫星钟差的生成，提高了低轨导航卫星在目标区域外的下行信号的卫星钟差的精确性。

作为一个可选的实施方式，第一卫星根据精密电文和第一观测数据，确定第一卫星的第一接收机钟差，包括：第一卫星在精密电文中获取第二卫星的目标位置和第二卫星的第二卫星钟差，其中，所述第二卫星在所述目标时刻的位置是所述目标位置；第一卫星在第一观测数据中获取第一卫星和第二卫星之间的第一伪距和第一载波相位；第一卫星根据第二卫星的目标位置、第二卫星钟差、第一伪距和第一载波相位，确定第一卫星在第一时刻的第一位置，其中，第一时刻位于目标时刻之后；第一卫星根据第二卫星的目标位置、第一位置、第二卫星钟差、第一伪距和第一载波相位，确定第一卫星的第一接收机钟差。

上述目标位置可以是第二卫星在目标时刻的运行位置，该目标位置可以通过坐标表示，例如（x，y，z）等；上述第二卫星钟差可以是第二卫星在目标时刻的卫星钟差；上述第一伪距可以是在目标时刻，第一卫星和第二卫星之间的无电离层组合伪距，通过无电离层组合伪距，可以有效减少电离层延迟对结果的影响，提高GNSS定位的准确性和可靠性；上述第一载波相位可以是在目标时刻，第一卫星与第二卫星之间的载波相位，该载波相位可以是第一卫星与第二卫星之间传输信号的相位差；上述第一位置可以是第一卫星在第一时刻的运行位置，该运行位置可以通过坐标进行表示，例如（x，y，z）等，其中，第一时刻是目标时刻之后的时刻。

第一卫星基于在精密电文中获取第二卫星的目标位置、第二卫星的第二卫星钟差，以及在第一观测数据中获取第一卫星和第二卫星之间的第一伪距、第一载波相位，通过简化动力学法精密定轨，可以得到第一卫星在目标时刻的运行位置和运行速度，从而第一卫星根据第一卫星在目标时刻的运行位置和运行速度，短时预报第一卫星在下一时刻（即第一时刻）的第一位置；并通过预报的第一位置、第二卫星的目标位置、第二卫星的第二卫星钟差、第一伪距、第一载波相位，采用卡尔曼滤波进行估计，确定第一卫星的第一接收机钟差。通过精确预测低轨导航卫星的位置，可以减少计算中的误差，更准确的确定星载接收机的接收机钟差，从而提高导航系统的响应速度和实时性，提升导航系统的定位精度。具体可以通过下述公式进行计算：

式中，g表示上述第二卫星，s表示上述第一卫星，IF表示无电离层组合，是上述第一伪距，是上述第一载波相位，是上述第二卫星与上述第一卫星的星载接收机之间的几何距离，该几何距离基于上述第一位置与上述目标位置通过距离公式计算得到，是真空中光速，是上述第一接收机钟差，是上述第二卫星钟差，是上述第二卫星的无电离层组合载波波长，是上述第一卫星与上述第二卫星之间的载波相位模糊度，是上述第一伪距中其他可模型化误差，是上述第一载波相位中其他可模型化误差，是上述第一伪距无电离层组合的观测噪声、多路径效应及其他未模型化误差，是上述第一载波相位无电离层组合的观测噪声、多路径效应及其他未模型化误差。

作为一个可选的实施方式，根据目标时间差确定时延估计值，包括：第一卫星从地面数据处理中心获取时延函数，其中，时延函数是地面数据处理中心通过第一卫星的收发通道的时延拟合得到的；第一卫星根据目标时间差和时延函数确定所述时延估计值。

上述地面数据处理中心可以是一组高性能计算机和软件系统，该地面数据处理中心部署在地面，负责接收、处理和分发来自卫星的定位数据；上述时延函数可以是表示第一卫星的收发通道的时延的函数表达式，该时延函数可以通过第一卫星的收发通道的时延拟合得到，通过该时延函数以及目标时刻（或是目标时间差），可以确定第一卫星在目标时刻的收发通道的时延（即时延估计值），其中，拟合函数使用的收发通道的时延可以是在第一卫星位于目标区域之内时，通过地面监测设备采样获得。当第一卫星位于目标区域之内时，地面数据处理中心根据采样得到的第一卫星的收发通道的时延，拟合得到时延函数，并在第一卫星离开目标区域之前，将时延函数发送至第一卫星，使得第一卫星可以在目标区域之外时，通过时延函数精确估算收发通道的时延，并通过目标时间差（或是目标时刻）估算第一卫星在目标时刻的收发通道的时延，从而精确生成第一卫星的下行信号的卫星钟差，实现了仅目标区域内部部署地面监测设备的条件下，低轨导航卫星全球全弧段精密钟差的星上快速自主生成，规避了无法全球部署地面监测设备的难题。

作为一个可选的实施方式，上述方法还包括：地面数据处理中心通过以下方式拟合得到所述时延函数：地面数据处理中心确定第一卫星的收发通道在多个时间点的时延，得到时延集合，其中，多个时间点位于目标时刻之前；地面数据处理中心通过多个时间点对时延集合中的各个时延进行拟合，得到所述时延函数。

上述多个时间点可以是采样第一卫星的收发通道的时延的时间点，其中，多个时间点中相邻时间点之间可以是间隔预设时长，也可以是随机的多个时间点，多个时间点均位于目标时刻之前；在第一卫星位于目标区域之内时，地面数据处理中心确定第一卫星的收发通道在多个历元（即多个时间点）的时延，得到时延集合，对时延集合中的多个时延按照采样的时间顺序进行排序，得到第一卫星的收发通道的时延序列，并对时延序列进行拟合，得到时延函数，具体拟合得到的时延函数可以如下所述：

式中，s是上述第一卫星，是上述第一卫星在t时刻的收发通道的时延，该时延考虑了周期项和趋势项的综合影响，是第一拟合系数，是第二拟合系数，是第三拟合系数，是上述第一卫星的收发通道的时延序列频谱的周期长度，是上述参考时刻，该参考时刻可以是第一卫星上一次进入目标区域的时刻，是多项式次数。

由于趋势项可以展现数据的整体变化趋势，周期项可以捕捉数据的周期性变化，使模型更加全面的反映数据的特征，通过全面考虑了周期项和趋势项的综合影响，可以使得时延函数更好的描述第一卫星的收发通道的时延的变化规律，提高时延函数估算的准确性和稳定性，从而有助于精确生成第一卫星的下行信号的卫星钟差。

需要说明的是，上述拟合得到的时延函数仅是一个优选的实施例，具体函数的形式可以根据实际情况进行多项式次数的增减，或是周期函数的修改以及删减。

作为一个可选的实施方式，地面数据处理中心确定第一卫星的收发通道在多个时间点的时延，包括：地面数据处理中心通过以下方式确定第k个时间点的第一卫星的收发通道的时延，其中，k是整数，第k个时间点是多个时间点中的任一时间点：地面数据处理中心确定第一卫星在第k个时间点的第二接收机钟差；地面数据处理中心确定第一卫星在第k个时间点的第三卫星钟差；地面数据处理中心将第一卫星的第二接收机钟差与第三卫星钟差的差值，确定为第k个时间点的第一卫星的收发通道的时延。

上述第k个时间点可以是多个时间点中的任一时间点，该时间点位于目标时刻之前，是第一卫星位于目标区域内时的时间点；上述第二接收机钟差可以是第一卫星在第k个时间点的星载接收机的接收机钟差，该接收机钟差可以是星载接收机内部时钟与卫星发送的导航信号之间的时间差，通过卫星的星载接收机钟差可以确定卫星的下行信号的卫星钟差；上述第三卫星钟差可以是第一卫星在第k个时间点的下行信号的卫星钟差，也即第一卫星运行在目标区域内时的下行信号的卫星钟差。

地面数据处理中心分别确定第一卫星在第k个时间点的第二接收机钟差以及第一卫星在第k个时间点的第三卫星钟差，并将第一卫星的第二接收机钟差与第三卫星钟差的差值，确定为第k个时间点的第一卫星的收发通道的时延。具体可以通过如下公式得到：

式中，是上述第k个时间点，该时间点是第一卫星位于目标区域内时的时间点， 是上述第k个时间点的第一卫星的收发通道的时延， 是上述第一卫星在第k个时间点的第二接收机钟差，是第一卫星在第k个时间点的第三卫星钟差。

作为一个可选的实施方式，地面数据处理中心确定第一卫星在第k个时间点的第三卫星钟差，包括：地面数据处理中心在第二观测数据中获取第一卫星与地面导航终端之间的第二伪距和第二载波相位，其中，第二观测数据是在第k个时间点获取的数据；地面数据处理中心确定第一卫星在第二时刻的第二位置，其中，第二时刻是第k个时间点之后的时刻；根据第二伪距、第二载波相位和第二位置确定第三卫星钟差。

上述地面导航终端可以是接收卫星信号并计算位置信息的设备，该地面导航终端可以接收来自卫星的信号，并将卫星的信号发送至地面数据处理中心；上述第二观测数据可以是第一卫星在第k个时间点的下行信号的观测数据，该数据通常是来自地面的信号数据，包括卫星的位置、速度姿态、双频伪距、载波相位以及其他相关信息等；上述第二伪距可以是在第k个时间点，第一卫星和地面导航终端之间的无电离层组合伪距，通过无电离层组合伪距，可以有效减少电离层延迟对结果的影响，提高卫星定位的准确性和可靠性；上述第二载波相位可以是在第k个时间点，第一卫星与地面导航终端之间的载波相位，该载波相位可以是第一卫星与地面导航终端之间传输信号的相位差；上述第二位置可以是第一卫星在第二时刻的运行位置，该运行位置可以通过坐标进行标示，例如（x，y，z）等，其中，第二时刻是第k个时间点之后的时刻；上述第三卫星钟差可以是第一卫星在第k个时间点的下行信号的卫星钟差，也即第一卫星运行在目标区域内时的下行信号的卫星钟差。

地面数据处理中心通过地面导航终端接收第一卫星在第k个时间点的第二观测数据，同时短时预报第一卫星在第二时刻的第二位置，基于第二观测数据与第二位置，采用卡尔曼滤波或最小二乘，并施加重心基准约束，确定第三卫星钟差，即第一卫星位于目标区域内的下行信号的卫星钟差。通过施加重心基准约束，可以减小误差累积，降低外部干扰对信号传输的影响，提高信号传输的准确性，从而生成更加精确地下行信号的卫星钟差，提高卫星定位的精度。

具体可以通过如下公式得到：

式中，s表示上述第一卫星，r表示地面导航终端，IF表示无电离层组合，是上述第二伪距，是上述第二载波相位，是上述地面导航终端与上述第一卫星的星载接收机之间的几何距离，该几何距离基于上述第二位置与上述地面导航终端的位置（默认为已知值）通过距离公式计算得到，c是真空中光速，是上述地面导航终端的接收机钟差，是上述第三卫星钟差，是对流层投影函数，是天顶对流层湿延迟，是上述第一卫星的无电离层组合载波波长，是上述第一卫星与上述地面导航终端之间的载波相位模糊度，是上述第二伪距中其他可模型化误差，是上述第二载波相位中其他可模型化误差，是上述第二伪距无电离层组合的观测噪声、多路径效应及其他未模型化误差，是上述第二载波相位无电离层组合的观测噪声、多路径效应及其他未模型化误差。

在上述公式中，待求解的参数共有四个，分别是、、、，其中，与两者之间线性相关，因此，为了避免方程秩亏的现象，需要对方程施加重心基准约束，即将地面导航终端中某个具有外接高精度原子钟的接收机钟差作为钟差基准，令其接收机钟差为0，估计其他地面导航终端的接收机和低轨导航卫星（即第一卫星）与所选定基准钟间的相对钟差，同时，为了保证的估计精度，需要同一时段多台地面导航终端（一般数量≥5）同步观测同一颗低轨导航卫星，从而通过卡尔曼滤波或最小二乘，求解出其他的待求解参数。

作为一个可选的实施方式，地面数据处理中心确定第一卫星在第二时刻的第二位置，包括：地面数据处理中心在第k个时间点从第二卫星接收目标精密电文和第三观测数据；地面数据处理中心在目标精密电文中获取第二卫星的第k个时间点位置和第二卫星的第四卫星钟差；地面数据处理中心在第三观测数据中获取第一卫星和第二卫星之间的第三伪距和第三载波相位；地面数据处理中心根据第二卫星的第k个时间点位置、第四卫星钟差、第三伪距和第三载波相位，确定第一卫星在第二时刻的第二位置。

上述目标精密电文可以是通过卫星传输的具有高度保密性和准确性的信息，该精密电文包括第二卫星在第k个时间点的精密卫星轨道、精密卫星钟差和码偏差等；上述第三观测信号可以是第二卫星在的第k个时间点的星载接收机的观测数据，该数据通常是来自其他卫星的信号数据，包括卫星的位置、速度姿态、双频伪距、载波相位以及其他相关信息等；上述第k个时间点位置可以是第二卫星在第k个时间点的运行位置，该运行位置可以通过坐标表示，例如（x，y，z）等；上述第四卫星钟差可以是第二卫星在第k个时间点的卫星钟差；上述第三伪距可以是在第k个时间点，第一卫星和第二卫星之间的无电离层组合伪距，通过无电离层组合伪距，可以有效减少电离层延迟对结果的影响，提高GNSS定位的准确性和可靠性；上述第三伪距可以是在第k个时间点，第一卫星与第二卫星之间的载波相位，该载波相位可以是第一卫星与第二卫星之间传输信号的相位差。

地面数据处理中心基于在目标精密电文中获取第二卫星的第k个时间点位置、第二卫星的第四卫星钟差，以及在第三观测数据中获取第一卫星和第二卫星之间的第三伪距、第三载波相位，通过简化动力学法精密定轨，可以得到第一卫星在第k个时间点的运行位置和运行速度，从而第一卫星根据第一卫星在当前时刻（即第k个时间点）的运行位置和运行速度，短时预报第一卫星在下一时刻（即第二时刻）的第二位置，具体可以参考上述实施例中的计算公式。通过精确预测低轨导航卫星的位置，可以减少计算中的误差，有利于更准确的确定星载接收机的接收机钟差，从而提高导航系统的响应速度和实时性，提升导航系统的定位精度。

作为一个可选的实施方式，地面数据处理中心确定第一卫星在第k个时间点的第二接收机钟差，包括：地面数据处理中心根据第二卫星的第k个时间点位置、第二位置、第四卫星钟差、第三伪距和第三载波相位，确定第一卫星在第k个时间点的第二接收机钟差。

地面数据处理中心在短时预报第一卫星在第二时刻的第二位置之后，基于预报的第二位置、第二卫星的第k个时间点位置、第二卫星的第四卫星钟差、第三伪距、第三载波相位，采用卡尔曼滤波进行估计，确定第一卫星的第二接收机钟差，具体可以参考上述实施例中的计算公式。

作为一个可选的实施方式，第一卫星和第二卫星属于导航卫星。

作为一个可选的实施方式，图4是根据本发明实施例的生成低轨导航卫星的下行信号的卫星钟差的流程示意图，如图4所示，具体流程如下：

步骤S1，低轨卫星（即第一卫星）进入目标区域后，地面数据处理中心通过地面上注站和星地链路接收GNSS卫星（即第二卫星）回传的GNSS卫星精密电文（即目标当前电文）和星载GNSS接收机观测数据（即第三观测数据）；

步骤S2，地面数据处理中心同步接收地面导航终端采集的低轨导航卫星下行信号观测数据（即第二观测数据）；

步骤S3，基于星载数据（即目标当前电文和第三观测数据），通过简化动力学法，进行低轨卫星（即第一卫星）精密定轨，获得目标区域时段低轨卫星（即第一卫星）的精密轨道并短时预报第二位置；

步骤S4，约束目标区域时段GNSS轨道钟差（即第四卫星钟差）、低轨卫星轨道（即第二位置），基于GNSS卫星精密电文（即目标当前电文，具体可以是第k个时间点位置）和星载GNSS接收机观测数据（即第三观测数据，具体可以是第三伪距和第三载波相位），采用卡尔曼滤波进行估计，计算目标区域时段低轨星载GNSS接收机钟差（即第二接收机钟差）；

步骤S5，约束目标区域内地面终端坐标（即地面导航终端的位置）和低轨卫星轨道（即第二位置），基于低轨导航卫星下行信号观测数据（即第二观测数据，具体可以是第二伪距和第二载波相位），采用卡尔曼滤波或最小二乘并施加重心基准约束，计算目标区域时段低轨下行信号卫星钟差（即第三卫星钟差）；

步骤S6，将多个历元（即多个时间点）的低轨星载GNSS接收机钟差（即第二接收机钟差）与相应历元的下行信号钟差（即第三卫星钟差）序列做差，获得低轨导航卫星收发通道时延序列（即时延集合）；

步骤S7，对低轨导航卫星收发通道时延序列进行拟合，得到低轨导航卫星收发通道时延函数（即时延函数），并在低轨导航卫星离开目标区域之前，地面数据处理中心通过地面上注站和星地上注链路将时延函数上注给低轨卫星（即第一卫星）；

步骤S8，低轨卫星（即第一卫星）出境后（即离开目标区域后），基于星载数据（即当前电文和第一观测数据），通过简化动力学法，星上自主进行低轨卫星精密定轨，获得目标区域外时段低轨导航卫星精密轨道并短时预报第一位置；

步骤S9，约束目标区域外时段GNSS轨道钟差（即第二卫星钟差）、低轨卫星轨道（即第一位置），基于GNSS卫星精密电文（即精密电文，具体可以是目标位置）和星载GNSS接收机观测数据（即第一观测数据，具体可以是第一伪距和第一载波相位），采用卡尔曼滤波进行估计，星上自主计算目标区域外时段低轨星载GNSS接收机钟差（即第一接收机钟差）；

步骤S10，目标区域外时段低轨卫星星上自主利用星载GNSS接收机钟差（即第一接收机钟差），扣除相应的收发通道时延（即时延估计值），计算下行信号卫星钟差（即第一卫星钟差）。

通过上述方法，可以仅利用目标区域内部署的地面监测设备和低轨星载GNSS接收机测量数据，实现低轨导航卫星全球精密钟差的生成。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到根据上述实施例的方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献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（如ROM/RAM、磁碟、光盘）中，包括若干指令用以使得一台终端设备（可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述的方法。

在本实施例中还提供了一种确定卫星钟差的装置，该装置用于实现上述实施例及优选实施方式，已经进行过说明的不再赘述。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。

图5是根据本发明实施例的确定卫星钟差的装置的结构框图，如图5所示，该装置50应用于上述第一卫星，包括：存储器502、处理器504以及存储在上述存储器上并可在上述处理器上运行的计算机程序，上述处理器执行上述计算机程序时实现如下操作：从第二卫星接收精密电文和第一观测数据，其中，第二卫星的运行轨道高于第一卫星的运行轨道，第一卫星在目标时刻位于目标区域之外，第一观测数据是在目标时刻获取的数据；通过目标时刻与参考时刻得到目标时间差，并根据目标时间差确定时延估计值，其中，参考时刻是第一卫星上一次进入目标区域的时刻；通过时延估计值、精密电文、第一观测数据确定第一卫星的第一卫星钟差。

在一个示例性实施例中，上述处理器504执行上述计算机程序时还用于实现如下操作：根据精密电文和第一观测数据，确定第一卫星的第一接收机钟差；将第一接收机钟差与时延估计值的差值确定为第一卫星的下行信号的第一卫星钟差。

在一个示例性实施例中，上述处理器504执行上述计算机程序时还用于实现如下操作：在精密电文中获取第二卫星的目标位置和第二卫星的第二卫星钟差，其中，第二卫星在目标时刻的位置是目标位置；在第一观测数据中获取第一卫星和第二卫星之间的第一伪距和第一载波相位；根据第二卫星的目标位置、第二卫星钟差、第一伪距和第一载波相位，确定第一卫星在第一时刻的第一位置，其中，第一时刻位于目标时刻之后；根据第二卫星的目标位置、第一位置、第二卫星钟差、第一伪距和第一载波相位，确定第一卫星的第一接收机钟差。

在一个示例性实施例中，上述处理器504执行上述计算机程序时还用于实现如下操作：从地面数据处理中心获取时延函数，其中，时延函数是地面数据处理中心通过第一卫星的收发通道的时延拟合得到的；根据目标时间差和时延函数确定时延估计值。

在一个示例性实施例中，上述地面数据处理中心还用于通过以下方式拟合得到时延函数：确定第一卫星的收发通道在多个时间点的时延，得到时延集合，其中，多个时间点位于目标时刻之前；通过多个时间点对时延集合中的各个时延进行拟合，得到时延函数。

在一个示例性实施例中，上述地面数据处理中心还用于通过以下方式确定第k个时间点的第一卫星的收发通道的时延，其中，k是整数，第k个时间点是多个时间点中的任一时间点：确定第一卫星在第k个时间点的第二接收机钟差；确定第一卫星在第k个时间点的第三卫星钟差；将第一卫星的第二接收机钟差与第三卫星钟差的差值，确定为第k个时间点的第一卫星的收发通道的时延。

在一个示例性实施例中，上述地面数据处理中心还用于在第二观测数据中获取第一卫星与地面导航终端之间的第二伪距和第二载波相位，其中，第二观测数据是在第k个时间点获取的数据；确定第一卫星在第二时刻的第二位置，其中，第二时刻是第k个时间点之后的时刻；根据第二伪距、第二载波相位和第二位置确定第三卫星钟差。

在一个示例性实施例中，第一卫星和第二卫星属于导航卫星。

本发明的实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一项中上述的方法的步骤。

在一个示例性实施例中，上述计算机可读存储介质可以包括但不限于：U盘、只读存储器（Read-Only Memory，简称为ROM）、随机存取存储器（Random Access Memory，简称为RAM）、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储计算机程序的介质。

本发明的实施例还提供了一种电子装置，包括存储器和处理器，该存储器中存储有计算机程序，该处理器被设置为运行计算机程序以执行上述任一项方法实施例中的步骤。

在一个示例性实施例中，上述电子装置还可以包括传输设备以及输入输出设备，其中，该传输设备和上述处理器连接，该输入输出设备和上述处理器连接。

本发明的实施例还提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本申请各个实施例中上述方法的步骤。

本实施例中的具体示例可以参考上述实施例及示例性实施方式中所描述的示例，本实施例在此不再赘述。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种确定卫星钟差的方法，其特征在于，包括：

第一卫星从第二卫星接收精密电文和第一观测数据，其中，所述第二卫星的运行轨道高于所述第一卫星的运行轨道，所述第一卫星在目标时刻位于目标区域之外，所述第一观测数据是在所述目标时刻获取的数据；

所述第一卫星通过所述目标时刻与参考时刻得到目标时间差，并根据所述目标时间差确定时延估计值，其中，所述参考时刻是所述第一卫星上一次进入所述目标区域的时刻；

所述第一卫星通过所述时延估计值、所述精密电文、所述第一观测数据确定所述第一卫星的第一卫星钟差；

其中，所述第一卫星通过所述时延估计值、所述精密电文、所述第一观测数据确定所述第一卫星的第一卫星钟差，包括：

所述第一卫星根据所述精密电文和所述第一观测数据，确定所述第一卫星的第一接收机钟差；

所述第一卫星将所述第一接收机钟差与所述时延估计值的差值确定为所述第一卫星的下行信号的第一卫星钟差；

根据所述目标时间差确定所述时延估计值，包括：

所述第一卫星从地面数据处理中心获取时延函数，其中，所述时延函数是所述地面数据处理中心通过所述第一卫星的收发通道的时延拟合得到的；

所述第一卫星根据所述目标时间差和所述时延函数确定所述时延估计值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一卫星根据所述精密电文和所述第一观测数据，确定所述第一卫星的第一接收机钟差，包括：

所述第一卫星在所述精密电文中获取所述第二卫星的目标位置和所述第二卫星的第二卫星钟差，其中，所述第二卫星在所述目标时刻的位置是所述目标位置；

所述第一卫星在所述第一观测数据中获取所述第一卫星和所述第二卫星之间的第一伪距和第一载波相位；

所述第一卫星根据所述第二卫星的所述目标位置、所述第二卫星钟差、所述第一伪距和所述第一载波相位，确定所述第一卫星在第一时刻的第一位置，其中，所述第一时刻位于所述目标时刻之后；

所述第一卫星根据所述第二卫星的所述目标位置、所述第一位置、所述第二卫星钟差、所述第一伪距和所述第一载波相位，确定所述第一卫星的第一接收机钟差。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

所述地面数据处理中心通过以下方式拟合得到所述时延函数：

所述地面数据处理中心确定所述第一卫星的收发通道在多个时间点的时延，得到时延集合，其中，所述多个时间点位于所述目标时刻之前；

所述地面数据处理中心通过所述多个时间点对所述时延集合中的各个所述时延进行拟合，得到所述时延函数。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述地面数据处理中心确定所述第一卫星的收发通道在多个时间点的时延，包括：

所述地面数据处理中心通过以下方式确定第k个时间点的所述第一卫星的收发通道的时延，其中，k是整数，所述第k个时间点是所述多个时间点中的任一时间点：

所述地面数据处理中心确定所述第一卫星在所述第k个时间点的第二接收机钟差；

所述地面数据处理中心确定所述第一卫星在所述第k个时间点的第三卫星钟差；

所述地面数据处理中心将所述第一卫星的所述第二接收机钟差与所述第三卫星钟差的差值，确定为所述第k个时间点的所述第一卫星的收发通道的时延。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述地面数据处理中心确定所述第一卫星在所述第k个时间点的第三卫星钟差，包括：

所述地面数据处理中心在第二观测数据中获取所述第一卫星与地面导航终端之间的第二伪距和第二载波相位，其中，所述第二观测数据是在所述第k个时间点获取的数据；

所述地面数据处理中心确定第一卫星在第二时刻的第二位置，其中，所述第二时刻是所述第k个时间点之后的时刻；

根据所述第二伪距、所述第二载波相位和所述第二位置确定所述第三卫星钟差。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一卫星和所述第二卫星属于导航卫星。

7.一种确定卫星钟差的装置，其特征在于，应用于第一卫星，包括：存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如下操作：

从第二卫星接收精密电文和第一观测数据，其中，所述第二卫星的运行轨道高于所述第一卫星的运行轨道，所述第一卫星在目标时刻位于目标区域之外，所述第一观测数据是在所述目标时刻获取的数据；

通过所述目标时刻与参考时刻得到目标时间差，并根据所述目标时间差确定时延估计值，其中，所述参考时刻是所述第一卫星上一次进入所述目标区域的时刻；

通过所述时延估计值、所述精密电文、所述第一观测数据确定所述第一卫星的第一卫星钟差；

所述处理器执行所述计算机程序时还用于实现如下操作：根据所述精密电文和所述第一观测数据，确定所述第一卫星的第一接收机钟差；将所述第一接收机钟差与所述时延估计值的差值确定为所述第一卫星的下行信号的第一卫星钟差；

所述处理器执行所述计算机程序时还用于实现如下操作：从地面数据处理中心获取时延函数，其中，所述时延函数是所述地面数据处理中心通过所述第一卫星的收发通道的时延拟合得到的；根据所述目标时间差和所述时延函数确定所述时延估计值。

8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现所述权利要求1至6任一项中所述的方法的步骤。

9.一种电子装置，包括存储器和处理器，其特征在于，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行所述权利要求1至6任一项中所述的方法。

10.一种计算机程序产品，包括计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至6任一项中所述的方法的步骤。