一种卫星导航接收机闰秒处理方法及装置与流程

1.本发明属于卫星导航技术领域，尤其涉及一种卫星导航接收机闰秒处理方法、装置、计算机设备和存储介质。


背景技术：

2.全球卫星导航系统(global navigation satellite,gnss)因其可在全球范围内为用户提供全天候、连续、精确的位置、速度及时间等信息，其应用早已渗透到经济、社会和军事等多方面，目前已建成有美国的gps、俄罗斯的glonass、欧盟的galileo和我国的北斗(bds)等四大全球卫星导航系统。
3.各卫星导航系统均建立有自身的时间系统：gps、galileo、bds时间系统均参考国际原子时tai，为连续时间系统，无闰秒调整；glonass时间系统则是参考俄罗斯国家参考时utc(su)，为不连续时间系统，与utc(su)同时进行闰秒调整。因多系统联合定位具有可用卫星数量多、覆盖性好、定位精度高、可靠性高等优点，越来越多的卫星导航接收机采用兼容接收多个导航系统信号的工作模式。卫星导航接收机一般选择某个卫星导航系统时间作为接收机本地时间的参考，对连续时间系统、不连续时间系统的时间进行统一，需提前获取gps/galileo/bds连续时间系统与glonass不连续时间系统的时间偏差(闰秒)信息，否则无法进行联合定位解算。
4.gps、galileo、bds系统在电文中均会播发闰秒，但最长都需10min以上才能得到该参数，时间过长，限制了glonass系统在多系统卫星导航接收机中的应用。此外，在接收机工作期间，可能遇到闰秒调整的情况，若在闰秒调整期间不进行适当处理则会导致接收机工作异常。虽然glonass导航电文中给出了闰秒预报参数kp供用户判断闰秒是否调整，但当存在外部干扰信号或出现误码的情况下，用户无法得到有效的kp参数进行闰秒调整判断，对于航天飞行任务以及与生命安全相关等有着极高可靠性要求的用户而言，会带来严重的后果。


技术实现要素：

5.为解决上述问题，本发明的目的是提供一种卫星导航接收机闰秒处理方法、装置、计算机设备和存储介质，该卫星导航接收机闰秒处理方法、装置、计算机设备和存储介质能够解决卫星导航接收机等终端开机后直接从导航电文中获取闰秒信息时间过长、工作期间仅通过kp参数监测闰秒调整可靠性不高、闰秒调整前后glonass卫星位置及伪距计算等问题。
6.为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种卫星导航接收机闰秒处理方法，包括以下步骤：s1：至少包括卫星导航接收机在内的终端开机后，利用gps和/或bds和/或galileo导航信号的发射时间设置卫星导航接收机时间；s2：完成卫星导航接收机时间设置后，利用glonass导航信号发射时间与卫星导航接收机时间的差值设置卫星导航接收机闰秒值；s3：利用glonass闰秒预报参数kp和相邻时间志间隔监测闰秒变化情况；s4：当监测到
闰秒发生变化后，继续使用现有星历和时间计算glonass卫星位置和伪距；待所有参与定位解算的glonass卫星均收齐闰秒调整后的星历，使用闰秒调整后的卫星星历和时间计算glonass卫星位置和伪距计算。
7.优选的，所述步骤s1进一步包括：s11：所述终端开机后，捕获、跟踪gps和/或bds和/或galileo卫星导航信号；捕获、跟踪glonass卫星导航信号；s12：进行gps和/或bds和/或galileo导航电文位同步、帧同步和解析；进行glonass导航电文位同步、帧同步和解析；s13：提取gps和/或bds和/或galileo导航电文中的时间信息，计算gps和/或bds和/或galileo导航信号的发射时间，利用该时间设置初始接收机时间；s14：根据接收机内部晶振或外部频率源产生的计时信号递推后续历元接收机时间。
8.优选的，所述步骤s2进一步包括：s21：提取glonass导航电文中的时间信息，计算glonass导航信号的发射时间，并记录对应的接收机时间；
9.s22：计算glonass导航信号的发射时间对应的天内秒tod
gln
；计算接收机时间对应的天内秒tod
rec
；s23：根据tod
gln
和tod
rec
计算出当前的闰秒值，利用该值对接收机闰秒进行设置。
10.优选的，所述步骤s3进一步包括：s31：提取glonass导航电文串14中的闰秒预报参数kp；s32：计算glonass导航电文相邻时间志间隔
△
tm；
11.s33：当满足下述两个条件之一即认为将发生闰秒调整：kp＝01，且接收机中北京时间已到x月1日3时0分1秒，其中x＝1或4或7或10；
△
tm＝1s；s34：当接收机监测到有闰秒调整发生时，更新接收机闰秒值。
12.优选的，所述步骤s4进一步包括：s41：当接收机监测到有闰秒调整发生后，每个glonass卫星位置计算历元均统计已收齐闰秒调整前星历的glonass卫星数记为cnt_oldeph，同时统计已收齐闰秒调整后星历的glonass卫星数记为cnt_neweph，当cnt_oldeph与cnt_neweph不相等时，仍使用闰秒调整前的星历和时间计算glonass卫星位置和伪距；s42：当cnt_oldeph与cnt_neweph相等时，清除接收机中所有闰秒调整前的glonass卫星星历，使用闰秒调整后的星历和时间计算glonass卫星位置和伪距。
13.基于相同的构思，本发明还提供一种卫星导航接收机闰秒处理装置，包括：初始设置模块，在至少包括卫星导航接收机在内的终端开机后，利用gps和/或bds和/或galileo导航信号的发射时间设置卫星导航接收机时间；闰秒设置模块，在完成卫星导航接收机时间设置后，利用glonass导航信号发射时间与卫星导航接收机时间的差值设置卫星导航接收机闰秒值；检测模块，利用glonass闰秒预报参数kp和相邻时间志间隔监测闰秒变化情况；计算模块，当监测到闰秒发生变化后，继续使用现有星历和时间计算glonass卫星位置和伪距；待所有参与定位解算的glonass卫星均收齐闰秒调整后的星历，使用闰秒调整后的卫星星历和时间计算glonass卫星位置和伪距计算。
14.基于相同的构思，本发明还提供一种计算机设备，包括：存储器，所述存储器用于存储处理程序；处理器，所述处理器执行所述处理程序时实现上述任意一项所述的卫星导航接收机闰秒处理方法。
15.基于相同的构思，本发明还提供一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储有处理程序，所述处理程序被处理器执行时实现上述任意一项所述的卫星导航接收机闰秒处理方法。
16.本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：
17.1、本发明的卫星导航接收机闰秒处理方法，能够解决卫星导航接收机等终端开机后直接从导航电文中获取闰秒信息时间过长、工作期间仅通过kp参数监测闰秒调整可靠性不高、闰秒调整前后glonass卫星位置及伪距计算等问题。
18.2、本发明实施例通过比较glonass与gps、galileo、bds等卫星导航系统播发电文子帧的起始时间或电文中的时间信息，在首次定位前实现闰秒快速设置，大大提高了闰秒配置速度，使glonass卫星可以快速参与定位解算；工作期间通过解析闰秒预报参数kp和计算相邻时间志间隔相结合的方法实现闰秒调整的可靠监测，与仅靠kp参数进行监测相比，更为可靠；给出闰秒调整前后glonass卫星位置和伪距的计算方法，消除闰秒调整对多系统联合定位的影响，实现接收机稳定、可靠工作。
附图说明
19.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明，其中：
20.图1为本发明卫星导航接收机闰秒处理方法示意图；
21.图2为本发明接收机时间设置过程；
22.图3为本发明由电文时间信息建立初始接收机时间示意图(以gps系统为例)；
23.图4为接收机闰秒设置过程；
24.图5为闰秒值计算示意图(以gps系统为例)；
25.图6为接收机工作期间闰秒调整监测过程；
26.图7为闰秒调整时glonass电文相邻时间志间隔示意图；
27.图8为闰秒调整前后glonass卫星位置、伪距计算过程。
具体实施方式
28.以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
29.需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
30.如图1所示，示出了本发明卫星导航接收机闰秒处理方法示意图。
31.下面结合附图进一步描述本发明方法，具体包括以下步骤：
32.s1：卫星导航接收机等终端开机后，利用gps、bds或galileo导航信号的发射时间设置接收机时间；
33.s2：完成接收机时间设置后，利用glonass导航信号发射时间与接收机时间的差值设置接收机闰秒值；
34.s3：利用glonass闰秒预报参数kp和相邻时间志间隔监测闰秒变化情况；
35.s4：当监测到闰秒发生变化后，继续使用现有星历和时间计算glonass卫星位置和伪距；待所有参与定位解算的glonass卫星均收齐闰秒调整后的星历，使用闰秒调整后的卫
星星历和时间计算glonass卫星位置和伪距计算。
36.进一步的，所述步骤s1具体包括：
37.捕获、跟踪gps、bds或galileo卫星导航信号；捕获、跟踪glonass卫星导航信号；完成gps、bds或galileo导航电文位同步、帧同步和解析；完成glonass导航电文位同步、帧同步和解析；
38.以gps系统l1ca导航信号建立接收机初始本地时间为例：从任一电文子帧的交接字(how)中提取17bit的截短周内时计数，记为z
cnt
，则周内秒计数tow
gps
＝z
cnt
×
6，其为当前子帧结束和下一子帧开始所对应的gps周内时间；从电文子帧1的第3个字中提取10bit的周计数wn
gps
，其为当前的gps星期数。利用周内秒计数tow
gps
和周计数wn
gps
，同时考虑导航信号从卫星天线传输至接收机天线的传输延时(约67ms)，可得到接收机初始本地时间：
39.wn
rec0
＝wn
gps
40.tow
rec0
＝tow
gps
+67ms
41.其中，wn
rec0
表示接收机初始时间星期数；tow
rec0
表示接收机初始时间周内秒数。
42.接收机初始本地时间建立过程图2和图3所示。接收机也可利用gps系统其它导航信号或galileo/bds系统导航信号建立接收机本地时间，建立过程与上述过程相同，周内秒计数和周计数提取方法分别参考各系统导航信号官方接口文件。
43.在得到接收机初始本地时间后，根据接收机内部晶振或外部频率源产生的计时信号递推后续历元接收机时间：
44.wn
rec
＝wn
rec0
+n
45.tow
rec
＝tow
rec0
+n
×
tic-n*604800
46.其中，wn
rec
表示当前接收机时间星期数；tow
rec
表示当前接收机时间周内秒数；tic为接收机计时时间间隔，由接收机内部晶振或外部频率信息维持；n为从建立接收机初始本地时间后累计的计时次数；604800为一周的秒数；n为周内秒tow
rec
的跨周修正，其值为：
[0047][0048]
其中，int()表示取整操作。
[0049]
进一步的，参见图4，步骤s2具体包括：
[0050]
当接收机本地时间建立后，从glonass导航电文串1中提取12bit的时间参数tk，其为当前串1起始沿对应的以glonass系统时间计量的天内秒。
[0051]
计算glonass电文串1解析时的接收机本地时间对应的天内秒，记为tod
rec
：
[0052][0053]
计算glonass电文串1解析时的glonass时间对应的天内秒，记为tod
gln
：
[0054]
tod
gln
＝t
gln
*30+2.0
[0055]
由此可得gps系统时与glonass系统时的闰秒值lp为：
[0056][0057]
lp即可用于接收机闰秒设置，上述推算过程如图5示意所示。若本地时间以
galileo或bds系统时为参考，则lp为galileo或bds系统时与glonass系统时的闰秒值。完成闰秒设置后，接收机定位解算过程可兼容使用glonass导航信号测量信息。
[0058]
进一步的，参见图6、图7，步骤s3具体包括：
[0059]
接收机工作期间，通过解析glonass电文串14中2bit的闰秒预报参数kp和计算glonass电文相邻时间志间隔
△
tm两种方式实时监测是否有闰秒调整发生，当满足下述两个条件之一即认为将发生闰秒调整：(1)kp＝01，且接收机中北京时间已到x月1日3时0分1秒(x＝1或4或7或10)；(2)
△
tm＝1s。
[0060]
当接收机监测到有闰秒调整发生时，更新接收机闰秒值，更新后的闰秒值记为lp
new
，其值为：
[0061]
lp
new
＝lp+1。
[0062]
进一步的，步骤s4具体包括：
[0063]
s41，当接收机监测到有闰秒调整发生后，每个glonass卫星位置计算历元均统计已收齐闰秒调整前星历的glonass卫星数(记为cnt_oldeph)，同时统计已收齐闰秒调整后星历的glonass卫星数(记为cnt_neweph)。当cnt_oldeph与cnt_neweph不相等时，仍使用闰秒调整前的星历和时间计算glonass卫星位置。glonass卫星位置计算中递推时间
△
t计算方式如下：
[0064]
δt＝t
glnsat-tb_old
[0065]
其中，tb_old为闰秒调整前的gonass卫星星历参考时刻；t
glnsat
为glonass卫星发射时刻，其值为：
[0066][0067]
其中，tk_old为闰秒调整前glonass卫星星历时间参数；bit_old为从tk_old参数对应的起始沿开始已接收的曲码比特数；epoch为glonass信号伪码周期数；cp为glonass信号伪码相位。
[0068]
参见图8，glonass卫星伪距ρ
gln
计算方式为：
[0069]
ρ
gln
＝t
rec-lp-t
glnsat-sign(t
rec-lp-t
glnsat-43200)
×
86400
[0070]
其中，sign()表示取符号操作，正数返回+1，负数返回-1；trec为接收机时间，其值为：
[0071][0072]
s42，当cnt_oldeph与cnt_neweph相等时，清除接收机中所有闰秒调整前的glonass卫星星历，使用闰秒调整后的星历和时间计算glonass卫星位置。glonass卫星位置计算中递推时间
△
t计算方式如下：
[0073]
δt＝t
glnsat-tb_new
[0074]
其中，tb_new为闰秒调整后的gonass卫星星历参考时刻；t
glnsat
为glonass卫星发射时刻，其值为：
[0075]
[0076]
其中，tk_new为闰秒调整后glonass卫星星历时间参数；bit_new为从tk_new参数对应的起始沿开始已接收的曲码比特数。
[0077]
glonass卫星伪距ρ
gln
计算方式为：
[0078]
ρ
gln
＝t
rec-lpnew-t
glnsat-sign(t
rec-lpnew-t
glnsat-43200)
×
86400。
[0079]
基于相同的发明构思，本发明还提供一种卫星导航接收机闰秒处理装置，包括：初始设置模块，在至少包括卫星导航接收机在内的终端开机后，利用gps和/或bds和/或galileo导航信号的发射时间设置卫星导航接收机时间；闰秒设置模块，在完成卫星导航接收机时间设置后，利用glonass导航信号发射时间与卫星导航接收机时间的差值设置卫星导航接收机闰秒值；检测模块，利用glonass闰秒预报参数kp和相邻时间志间隔监测闰秒变化情况；计算模块，当监测到闰秒发生变化后，继续使用现有星历和时间计算glonass卫星位置和伪距；待所有参与定位解算的glonass卫星均收齐闰秒调整后的星历，使用闰秒调整后的卫星星历和时间计算glonass卫星位置和伪距计算。
[0080]
基于相同的发明构思，本发明还提供一种计算机设备，包括：存储器，所述存储器用于存储处理程序；处理器，所述处理器执行所述处理程序时实现任意一项所述的卫星导航接收机闰秒处理方法。
[0081]
基于相同的发明构思，本发明还提供一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储有处理程序，所述处理程序被处理器执行时实现任意一项所述的卫星导航接收机闰秒处理方法。
[0082]
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：移动存储设备、只读存储器(readonlymemory，rom)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0083]
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。

技术特征：
1.一种卫星导航接收机闰秒处理方法，其特征在于，包括以下步骤：s1：至少包括卫星导航接收机在内的终端开机后，利用gps和/或bds和/或galileo导航信号的发射时间设置卫星导航接收机时间；s2：完成卫星导航接收机时间设置后，利用glonass导航信号发射时间与卫星导航接收机时间的差值设置卫星导航接收机闰秒值；s3：利用glonass闰秒预报参数kp和相邻时间志间隔监测闰秒变化情况；s4：当监测到闰秒发生变化后，继续使用现有星历和时间计算glonass卫星位置和伪距；待所有参与定位解算的glonass卫星均收齐闰秒调整后的星历，使用闰秒调整后的卫星星历和时间计算glonass卫星位置和伪距计算。2.根据权利要求1所述的卫星导航接收机闰秒处理方法，其特征在于，所述步骤s1进一步包括：s11：所述终端开机后，捕获、跟踪gps和/或bds和/或galileo卫星导航信号；捕获、跟踪glonass卫星导航信号；s12：进行gps和/或bds和/或galileo导航电文位同步、帧同步和解析；进行glonass导航电文位同步、帧同步和解析；s13：提取gps和/或bds和/或galileo导航电文中的时间信息，计算gps和/或bds和/或galileo导航信号的发射时间，利用该时间设置初始接收机时间；s14：根据接收机内部晶振或外部频率源产生的计时信号递推后续历元接收机时间。3.根据权利要求1所述的卫星导航接收机闰秒处理方法，其特征在于，所述步骤s2进一步包括：s21：提取glonass导航电文中的时间信息，计算glonass导航信号的发射时间，并记录对应的接收机时间；s22：计算glonass导航信号的发射时间对应的天内秒tod
gln
；计算接收机时间对应的天内秒tod
rec
；s23：根据tod
gln
和tod
rec
计算出当前的闰秒值，利用该值对接收机闰秒进行设置。4.根据权利要求1所述的卫星导航接收机闰秒处理方法，其特征在于，所述步骤s3进一步包括：s31：提取glonass导航电文串14中的闰秒预报参数kp；s32：计算glonass导航电文相邻时间志间隔
△
t
m
；s33：当满足下述两个条件之一即认为将发生闰秒调整：kp＝01，且接收机中北京时间已到x月1日3时0分1秒，其中x＝1或4或7或10；
△
t
m
＝1s；s34：当接收机监测到有闰秒调整发生时，更新接收机闰秒值。5.根据权利要求1所述的卫星导航接收机闰秒处理方法，其特征在于，所述步骤s4进一步包括：s41：当接收机监测到有闰秒调整发生后，每个glonass卫星位置计算历元均统计已收齐闰秒调整前星历的glonass卫星数记为cnt_oldeph，同时统计已收齐闰秒调整后星历的glonass卫星数记为cnt_neweph，当cnt_oldeph与cnt_neweph不相等时，仍使用闰秒调整前的星历和时间计算glonass卫星位置和伪距；
s42：当cnt_oldeph与cnt_neweph相等时，清除接收机中所有闰秒调整前的glonass卫星星历，使用闰秒调整后的星历和时间计算glonass卫星位置和伪距。6.一种卫星导航接收机闰秒处理装置，其特征在于，包括：初始设置模块，在至少包括卫星导航接收机在内的终端开机后，利用gps和/或bds和/或galileo导航信号的发射时间设置卫星导航接收机时间；闰秒设置模块，在完成卫星导航接收机时间设置后，利用glonass导航信号发射时间与卫星导航接收机时间的差值设置卫星导航接收机闰秒值；检测模块，利用glonass闰秒预报参数kp和相邻时间志间隔监测闰秒变化情况；计算模块，当监测到闰秒发生变化后，继续使用现有星历和时间计算glonass卫星位置和伪距；待所有参与定位解算的glonass卫星均收齐闰秒调整后的星历，使用闰秒调整后的卫星星历和时间计算glonass卫星位置和伪距计算。7.一种计算机设备，其特征在于，包括：存储器，所述存储器用于存储处理程序；处理器，所述处理器执行所述处理程序时实现如权利要求1至权利要求5中任意一项所述的卫星导航接收机闰秒处理方法。8.一种可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质上存储有处理程序，所述处理程序被处理器执行时实现如权利要求1至权利要求5中任意一项所述的卫星导航接收机闰秒处理方法。

技术总结
本发明公开一种卫星导航接收机闰秒处理方法，在首次定位前闰秒设置、工作期间闰秒调整监测以及闰秒调整前后GLONASS卫星位置和伪距计算等方法。主要包含三个方面：一、卫星导航接收机开机后通过比较GLONASS与GPS、GALILEO、BDS等卫星导航系统播发电文子帧的起始时间或电文中的时间信息，在首次定位前实现闰秒设置；二、接收机工作期间，通过解析闰秒预报参数KP和计算相邻时间志间隔相结合的方法实现闰秒调整的监测；三、通过实时统计、比较闰秒调整后收齐新星历和旧星历的GLONASS卫星数，实现GLONASS卫星位置和伪距的计算。解决现有卫星导航接收机获取电文中闰秒信息时间过长、工作期间无法可靠监测闰秒调整以及闰秒调整前后新旧星历切换导致GLONASS卫星位置和伪距计算异常等问题。异常等问题。异常等问题。


技术研发人员：杨东旭 曹亮 丁亚玲 刘庆 张锦 彭舒文
受保护的技术使用者：上海航天测控通信研究所
技术研发日：2023.03.14
技术公布日：2023/7/22