GPS時(shí)鐘同步原理簡(jiǎn)介

1、1GPS 時(shí)鐘同步原理1有關(guān)時(shí)間的一些基本概念時(shí)間（周期）與頻率互為倒數(shù)關(guān)系，兩者密不可分，時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)是頻率標(biāo)準(zhǔn)，所以有人把晶體振蕩器叫時(shí)基振蕩器。鐘是由頻標(biāo)加上分頻電路和鐘面顯示裝置構(gòu)成的。四種實(shí)用的時(shí)間頻率標(biāo)準(zhǔn)源（簡(jiǎn)稱鐘）晶體鐘銣原子鐘氫原子鐘銫原子鐘常用的時(shí)間坐標(biāo)系時(shí)間的概念包含時(shí)刻（點(diǎn)）和時(shí)間間隔（段） 。時(shí)系（時(shí)間坐標(biāo)系）是由時(shí)間起點(diǎn)和時(shí) 間尺度單位-秒定義（又分地球秒與原子秒）所構(gòu)成。常用的時(shí)間坐標(biāo)系：世界時(shí)（UT）地方時(shí)原子時(shí)（AT）協(xié)調(diào)世界時(shí)（UTC ）GPS 時(shí)2定時(shí)、時(shí)間同步與守時(shí)定時(shí)：是指根據(jù)參考時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)對(duì)本地鐘進(jìn)行校準(zhǔn)的過程）；授時(shí)（指采用適當(dāng)?shù)氖侄伟l(fā)播標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的過

2、程）；時(shí)間同步：是指在母鐘與子鐘之間時(shí)間一致的過程，又稱時(shí)間統(tǒng)一或簡(jiǎn)稱時(shí)統(tǒng)）；守時(shí)：是指將本地鐘已校準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間保持下去的過程，國(guó)內(nèi)外守時(shí)中心一般都采 用由多臺(tái)銫原子鐘和氫原子鐘組成的守時(shí)鐘組來進(jìn)行守時(shí)，守時(shí)鐘組鐘長(zhǎng)期運(yùn)行性能表現(xiàn)最好的一臺(tái)被定主鐘（MC ）。2. GPS時(shí)間是怎樣建立的為了得到精密的 GPS 時(shí)間，使它的準(zhǔn)確度達(dá)到 100ns （相對(duì)于 UTC （ USNO/MC ）:每個(gè) GPS 衛(wèi)星上都裝有銫子鐘作星載鐘；GPS 全部衛(wèi)星與地面測(cè)控站構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)的自動(dòng)修正系統(tǒng)；采用 UTC （USNO/MC ）為參考基準(zhǔn)。3. GPS定位、定時(shí)和校頻的原理GPS定位原理是基于精確測(cè)定 G

3、PS 信號(hào)的傳輸時(shí)延（ t），以得到 GPS 衛(wèi)星到用戶間的距離（R） R=CX t-1（式中 C 為光速）同時(shí)捕獲 4 顆 GPS 衛(wèi)星，解算 4 個(gè)聯(lián)立方程，可給出用戶實(shí)時(shí)時(shí)刻（t）和對(duì)應(yīng)的位置參數(shù)（x、y、z）共 4 個(gè)參數(shù)。R= （Xs- Xu ） 2+（Ys-Yu ） 2+ （Zs-Zu ） 1/2 - 2（式中 Xs、Ys、Zs 為衛(wèi)星的位置參數(shù)； Xu、Yu、Zu 為 用戶的的位置參數(shù)）。GPS定時(shí)原理基于在用戶端精確測(cè)定和扣除GPS 時(shí)間信號(hào)的傳輸時(shí)延（ t），以達(dá)到對(duì)本地鐘的定3時(shí)與校準(zhǔn)。GPS 定時(shí)準(zhǔn)確度取決于信號(hào)發(fā)射端、信號(hào)在傳輸過程中和接收端所引入的誤差， 主要誤差有：

4、信號(hào)發(fā)射端：衛(wèi)星鐘誤差、衛(wèi)星星歷（位置）誤差；信號(hào)傳輸過程：電離層誤差、對(duì)流層誤差、地面反射多路徑誤差;接收端：接收機(jī)時(shí)延誤差、接收機(jī)坐標(biāo)誤差、接收機(jī)噪聲誤差。GPS校頻原理根據(jù)頻率和周期互為倒數(shù)的關(guān)系，可采用比時(shí)法（測(cè)時(shí)間間隔）的方法（以GPS 的秒信號(hào)為參考）來測(cè)量本地鐘的頻率準(zhǔn)確度（ f/f）,以達(dá)到校頻的目的。 f/f=（ t2- t1）/（t2-t1）- 3（式中 t2、 t1 分別為 t2、t1 時(shí)刻測(cè)得的本地鐘與 GPS 時(shí)的時(shí)差值）。4.進(jìn)一步提高定時(shí)準(zhǔn)確度的幾種途徑采用 GPS 雙頻、相位測(cè)量技術(shù)；選用更高精度的 GPS 時(shí)間傳遞接收機(jī)；采用 GPS 共視法比對(duì)技術(shù)與衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)

5、雙向法技術(shù)。5. GPS時(shí)鐘同步在時(shí)頻領(lǐng)域的應(yīng)用國(guó)際時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)調(diào)與建立從二十世紀(jì)八十年代末，國(guó)際計(jì)量局（BIPM ）的時(shí)間部，就開始正式采用標(biāo)準(zhǔn)化的GPS共視比對(duì)方法，把全世界幾十個(gè)守時(shí)中心的主鐘溝通起來，并建立了準(zhǔn)確度最高的國(guó)際原子時(shí)（TAI）和國(guó)際協(xié)調(diào)世界時(shí)（UTC/BIPM ）。我國(guó)有三個(gè)實(shí)驗(yàn)室參加了國(guó)際時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)調(diào)， 它們是：中國(guó)科學(xué)院陜西天文臺(tái)（CSAO ）;4國(guó)家計(jì)量研究院（NIM ）;航天無線電計(jì)量測(cè)試研究所（BIRM ）。新型時(shí)頻計(jì)量傳遞系統(tǒng)的建立(1 )、傳統(tǒng)時(shí)頻計(jì)量傳遞的特點(diǎn)：一般是按國(guó)家級(jí)計(jì)量單位、一級(jí)計(jì)量站、二級(jí)計(jì)量站和使用單位四級(jí)逐級(jí)傳遞；受檢時(shí)頻標(biāo)準(zhǔn)源或儀器設(shè)備必須往返搬運(yùn)，檢定校準(zhǔn)后的狀態(tài)在搬運(yùn)中難免受到破 壞；傳統(tǒng)的時(shí)頻計(jì)量一般只能按檢定周期(一