GNSS授時型接收模塊的UTC同步參數容錯處理系統及其方法與流程
2023-05-29 17:13:04 3
本發明屬於衛星導航系統授時技術領域，特別涉及一種GNSS授時型接收模塊的UTC同步參數容錯處理系統及其方法。
背景技術：
如今GNSS衛星授時服務尤其是北鬥衛星授時已在我國的工業、國防、通信等領域得到了廣泛和重要的應用，因此確保授時服務的準確性和穩定性也顯得尤為重要。由於地球自轉速度變化，導致原子時與協調世界時(UTC時)之間的偏差值變化，當偏差值變化超過0.9秒時，就需對UTC時增加或減少1秒，因此在GNSS系統播發的報文中加入UTC時間同步參數，以便於用戶在授時終端進行調整，完成GNSS系統時到UTC時的同步。
在通常情況下，GNSS系統會在新閏秒生效之前播發含有正閏秒或負閏秒事件的報文(即UTC同步參數)，UTC同步參數包括：新的閏秒生效前GNSS系統時相對於UTC的累積閏秒改正數、新的閏秒生效後GNSS系統時相對於UTC的累積閏秒改正數、新的閏秒生效的周計數和新的閏秒生效的周內日計數，授時型接收模塊在接收到這些報文參數信息後，進入閏秒調整預備階段，在新的閏秒生效時刻到來時完成閏秒的調整。目前，授時型接收模塊中的閏秒處理，多數是考慮在GNSS系統播發報文正常或者接收模塊對報文解析正常的情況下做的處理，當GNSS系統播發報文異常或者接收模塊解析UTC同步參數誤碼時，沒有對異常情況做出規避。
技術實現要素：
為克服現有技術中的不足，本發明提供一種GNSS授時型接收模塊的UTC同步參數容錯處理系統及其方法，針對異常情況出現的UTC同步參數錯誤，提供容錯處理，使用戶異常情況下也能正常使用授時服務。
按照本發明所提供的設計方案，一種GNSS授時型接收模塊的UTC同步參數容錯處理系統，包含容錯處理模塊一、容錯處理模塊二及容錯處理模塊三；容錯處理模塊一，通過大概率選定方法針對衛星播發報文中的新閏秒生效前的tls進行容錯處理，其中，tls為GNSS系統時相對於UTC協調世界時的累積閏秒改正數；容錯處理模塊二，通過邏輯符合性判斷方法針對衛星報文中播發的新閏秒生效前的tls與tlsf的差值進行容錯處理，其中，tlsf為新閏秒生效後GNSS系統時相對於UTC協調世界時的累積閏秒改正數；容錯處理模塊三，通過模值分析方法對新閏秒生效的周計數WNLSF進行容錯處理。
上述的，容錯處理模塊一包含閏秒改正數tlp獲取單元、累積閏秒改正數tls記錄單元、tlp和tls容錯處理單元，其中，閏秒改正數tlp獲取單元，通過統計播發報文中的累積閏秒改正數tls，選定大概率數值作為閏秒改正數tlp；累積閏秒改正數tls記錄單元，對衛星播發報文中的新閏秒生效前的tls連續記錄N1次，並比較N1次記錄結果，若N1次的記錄中tls值有不相同的情況時，則繼續記錄，直到N1次的tls值都相同，其中，N1為大於2的正整數；tlp和tls容錯處理單元，將累積閏秒改正數tls記錄單元中的tls與tlp作比較，若兩者差值為0，則輸出本地UTC協調世界時與GNSS系統時的差值為tls，否則，輸出本地UTC協調世界時與GNSS系統時的差值為tlp，同時修正tls的取值tls＝tlp。
上述的，容錯處理模塊二包含累積閏秒改正數tlsf記錄單元、累積閏秒改正數容錯處理單元，其中，累積閏秒改正數tlsf記錄單元，對衛星播發報文中的新閏秒生效後的tlsf連續記錄N2次，並比較N2次記錄結果，若N2次的記錄中tlsf有不相同的情況時，則繼續記錄，直到N2次的tlsf值都相同，其中，N2為正整數；累積閏秒改正數容錯處理單元，比較tls和tlsf，當兩者的差值為±1時，則輸出本地UTC協調世界時與GNSS系統時的差值為tls，否則，輸出本地UTC協調世界時與GNSS系統時的差值為tls，同時修正tlsf的取值，tls>tlsf時，tlsf＝tls-1，tlstlsf時，tlsf＝tls-1，tlstlsf時，tlsf＝tls-1，tlstlsf時，tlsf＝tls-1，tls<tlsf時，tlsf＝tls+1。
步驟3、通過模值分析方法對新閏秒生效的周計數WNLSF進行容錯處理；
步驟3.1、假定在新閏秒生效前的N3周內播發新閏秒事件，N3為正整數；
步驟3.2、對GNSS系統時周計數WN的比特數k按照28分別進行取模運算及取餘運算，取模運算結果記為m，取餘運算結果記為r，k為正整數，且k＞8；
步驟3.3、根據取餘運算結果r進行邏輯判斷，當r≤WNLSF≤(r+N3)時，將m作為模值，WNLSF映射至絕對計數值WN』LSF，且WN』LSF＝WNLSF+28*m，當(WNLSF+28-N3)≤r時，將(m+1)作為模值，WNLSF映射至絕對計數值WN』LSF，且WN』LSF＝WNLSF+28*(m+1)，其他情況下，將m作為模值，WNLSF映射至絕對計數值WN』LSF，WN』LSF＝WNLSF+28*m。
通過具體試驗進一步驗證本發明的有效性，以北鬥系統為例進行說明，北鬥系統的時間基準為北鬥時(BDT)，起始曆元為2006年1月1日協調世界時(UTC)00時00分00秒，採用周計數(WN)和周內秒計數(SOW)，北鬥時與UTC之間通過累積閏秒改正數保證時間偏差在1秒以內。
授時型接收模塊運行的北鬥系統不斷播發報文的正常情況為：播發UTC同步參數的報文中，新的閏秒生效前BDT相對於UTC的累積閏秒改正數tls＝0x03，新的閏秒生效後BDT相對於UTC的累積閏秒改正數tlsf＝0x04，新的閏秒生效的周計數WNLSF＝0xEF，新的閏秒生效的周內日計數DN＝0x02，系統時的周計數WN＝0x01EE(有效長度為低13比特)。
在北鬥系統播發報文時，若出現連續3幀播發新的閏秒生效前BDT相對於UTC的累積閏秒改正數tls＝0x02，這就出現了閏秒改正數tls不合理的情況，需要用本發明中的長時間累積的大概率選定容錯處理方法進行修正，具體步驟如下：
1)連續2小時監測新的閏秒生效前BDT相對於UTC的累積閏秒改正數tls，選取出現的大概率數值，應為tlp＝0x03，該值被定為標準值；
2)當閏秒改正數tls取值不合理且連續3次記錄的tls結果均相同，即tls＝0x02，落入容錯處理範圍；
3)比較tls≠tlp，即認定此時的tls為不合理取值，為保持授時型接收模塊輸出UTC時的正確性，此時所用的UTC與BDT的差值為tlp＝0x03，同時將tls修正為tls＝tlp＝0x03。
通過以上的具體方法能避免tls不合理造成後續UTC時計算的錯誤。
在北鬥系統播發報文時，若出現超過數小時(遠超過3幀)連續播發新的閏秒生效後BDT相對於UTC的累積閏秒改正數tlsf＝0x05，這就出現了閏秒改正數tls和tlsf的差值不符合閏秒事件邏輯的情況，需要進行容錯處理，具體方法如下：
1)根據上述中tls的取值，即tls＝0x03；
2)當閏秒改正數tlsf取值不合理且連續3次記錄的tlsf結果均相同，即tlsf＝0x05，落入容錯處理範圍；
3)比較tlsf-tls＝0x02，即認定此時的差值為不符合閏秒事件邏輯，為保持授時型接收模塊輸出UTC時的正確性，此時所用的UTC與BDT的差值為tls＝0x03，同時修正tlsf的取值，即tlsf＝tls+1＝0x04。
通過以上的具體方法能避免閏秒改正數tls和tlsf的差值不符合閏秒事件邏輯造成後端輸出UTC時的錯誤。
在北鬥系統播發報文時，正確閏秒生效的絕對周計數值應為WN』LSF＝0x201，這樣後端計算出的閏秒發生時刻才是正確的，怎樣從系統播發的模值模糊的閏秒周計數恢復出正確的絕對周計數就需要進行恢復處理，具體方法如下：
1)設定北鬥系統會在新閏秒生效前的4周內播發新閏秒事件，即N3＝4，則不超4周就會發生閏秒事件，提前1周播發閏秒事件，落入容錯處理範圍；
2)將北鬥系統時周計數WN＝0x01FF(比特數k＝13)按照28(新閏秒生效的周計數WNLSF比特數為8)取模(記為m＝0x01)和取餘(記為r＝0xFF)；
3)此時滿足條件(WNLSF+28-N3)≤r，則將(m+1)＝0x02作為模值，使WNLSF映射至絕對計數值，即WN』LSF＝WNLSF+28*(m+1)＝0x201，完成閏秒周計數的絕對值恢復。
通過上述的方法，實現從系統播發的模值模糊的閏秒周計數恢復出正確的絕對周計數。
本發明不局限於上述具體實施方式，本領域技術人員還可據此做出多種變化，但任何與本發明等同或者類似的變化都應涵蓋在本發明權利要求的範圍內。