基于PPS测量的GNSS时差监测评估方法

王宇谱; 刘经南; 胡彩波; 赵鹤; 刘峰宇; 李锡瑞; 郭思远

doi:10.13203/j.whugis20220651

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基于PPS测量的GNSS时差监测评估方法

大地测量学与测量工程 | 更新时间：2026-11-05

- 基于PPS测量的GNSS时差监测评估方法
- A GNSS Time Offset Monitoring and Evaluation Method Based on PPS Measurement
- 武汉大学学报（信息科学版） 2025年50卷第12期页码：2418-2427
- 作者机构：
  
  1.北京卫星导航中心，北京，100094
  2.武汉大学卫星导航定位技术研究中心，湖北武汉，430079
  3.中国科学院上海天文台，上海，200030
- 作者简介：
  
  王宇谱，博士，主要从事GNSS时频数据处理理论与方法研究。987834660@qq.com
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金(42104033)
- DOI：10.13203/j.whugis20220651
  中图分类号： P228
- 收稿：2023-10-04，
  
  纸质出版：2025-12-05
- 稿件说明：
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王宇谱,刘经南,胡彩波，等.基于PPS测量的GNSS时差监测评估方法[J].武汉大学学报（信息科学版）,2025,50(12):2418-2427.

WANG Yupu,LIU Jingnan,HU Caibo,et al.A GNSS Time Offset Monitoring and Evaluation Method Based on PPS Measurement[J].Geomatics and Information Science of Wuhan University,2025,50(12):2418-2427.
王宇谱,刘经南,胡彩波，等.基于PPS测量的GNSS时差监测评估方法[J].武汉大学学报（信息科学版）,2025,50(12):2418-2427. DOI：10.13203/j.whugis20220651

WANG Yupu,LIU Jingnan,HU Caibo,et al.A GNSS Time Offset Monitoring and Evaluation Method Based on PPS Measurement[J].Geomatics and Information Science of Wuhan University,2025,50(12):2418-2427. DOI：10.13203/j.whugis20220651

摘要

实时确定并获取不同的全球导航卫星系统（global navigation satellite system

GNSS）时间基准之间的时间偏差，是多系统联合导航、定位与授时的基础。为提高GNSS时差监测精度，并改善现有模型中时延修正不完全等问题，提出一种基于标准秒脉冲（pulse per second

PPS）信号测量的GNSS时差监测方法，并设计了针对时差序列的评估分析策略。首先，通过高性能设备搭建时差监测硬件平台，对时差监测链路进行精确校准与修正；其次，利用空间信号与地面时频源信号的闭合监测，进一步消除未完全补偿的系统误差；最后，基于相应的数据处理方法开展时差计算，实现实时、高精度的GNSS时差监测。此外，构建了同时考虑时差数据的时频特性与精度特性的评估策略，从而更全面地分析时差监测结果的性能。时差监测及其分析结果表明，改进的PPS方法得到的北斗时（BeiDou time

BDT）与其他GNSS时间基准之间的时差测量不确定度优于3 ns，其精度较单点定位方法获得的时差平均提升约4倍。所提时差评估策略能够顾及时差结果的时频特性、精度特性，实现更为全面系统评估分析，BDT与其他GNSS时间基准保持了较好的一致性。

Abstract

Objectives

Real-time knowledge of the system time offsets between different global navigation satellite system (GNSS) time references is a prerequisite for multi-GNSS joint navigation

positioning

and timing. This study aims to improve the accuracy of time offset monitoring and overcome limitations of existing models

such as incomplete delay correction.

Methods

A monitoring method utilizing a standard one pulse per second (PPS) signal is proposed. The process involves constructing a hardware platform with high-performance equipment and performing precise calibration of the monitoring link. Subsequently

systematic errors such as time delay are optimized through closed-loop monitoring based on ground-based time and frequency signal sources

and the time offset data are processed with a dedicated algorithm. Furthermore

an evaluation strategy integrating both time-frequency and precision characteristics is established. This strategy assesses the time offset results by calculating their accuracy

drift rate

and short-term stability

with the latter quantified by the modified hadamard variance

alongside the uncertainty of the corresponding fitting residuals.

Results

The monitoring and analysis results demonstrate that the new method achieves a measurement uncertainty of better than 3 ns for the time offsets between other major GNSS system times. Its accuracy is

on average

four times higher than that of the single-point positioning method. The proposed evaluation strategy enables a comprehensive system analysis by considering both the time-frequency and precision characteristics of the results.

Conclusions

The proposed framework

integrating the modified one PPS calibration

closed-loop monitoring between the received spatial signal and the corresponding ground-based time frequency signal

and a dedicated data processing algorithm

enables real-time

high-precision GNSS time offset monitoring. The accompanying evaluation strategy provides a scientific and effective means for multi-faceted result analysis. The results confirm that BDT maintains good consistency with other GNSS time references.

关键词

Keywords

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