衛(wèi)星共視高精度時間比對與傳遞

1、衛(wèi)星共視高精度時間比對與傳 遞衛(wèi)星共視法高精度時間頻率比對與傳遞系統1.概述2.衛(wèi)星共視時間比對與傳遞系統組成及工作原理 52.1衛(wèi)星共視時間比對與傳遞工作原理5 2.2時間比對和傳遞系統設備配置及連接93.經費預算 錯誤！未定義書簽。1.概述時間是物理學的基本參量之一。隨著科學技術的發(fā)展，高精度的時 間和頻率在國民經濟發(fā)展中的地位日趨重要，諸如通信、電力、交通、 高速數字網同步等高新技術領域有著廣泛的應用，特別是我國國防建設 和空間技術領域，如空間目標探測與攔截（類似于美國愛國者導彈防御系統）、我國第二代戰(zhàn)略武器試驗、載人航天工程和擬建中的二代衛(wèi)星 導航系統對時間和頻率的精度提出了更高的要求

2、。二十世紀末，隨著空間技術的發(fā)展，GPS和北斗衛(wèi)星導航系統相繼 問世，授時具有了全方位性（陸地、海洋、航空和航天）、全球性、全天 候、連續(xù)性和實時性，并提供了高精度的授時覆蓋和服務。“時間統一 系統”為精密時間產生、傳遞、恢復和保持、科學研究、科學實驗和工少的時間基準和依據。就高精度時間傳遞與比對系統而言，可以應用于工程項目的主要包 括以下幾種：RNSS衛(wèi)星共視時間比對與傳遞；RNSS衛(wèi)星載波相位時間同步；衛(wèi)星雙向時間比對與傳遞；搬運鐘時間比對與傳遞。在以上幾種方法中，衛(wèi)星共視時間比對與傳遞是一種較為優(yōu)秀的高 精度時間比對與傳遞系統。2.衛(wèi)星共視時間比對與傳遞系統組成及工作原理2.1衛(wèi)星共視時

3、間比對與傳遞工作原理所謂“共視”（Common View）就是位于兩個不同位置的觀測者，在 同一時刻對同一顆衛(wèi)星進行觀測，其原理如下圖所示。GPS衛(wèi)星GPS共視接收機GPS共視接收機圖1 GPS共視法高精度時間同步原理圖圖1給出了一個單收系統示意圖，在每個比對點，本地鐘均按自己 的速率運行。根據比對需求，利用衛(wèi)星所發(fā)射的1PPS秒信號、或其它固 定速率發(fā)射的時鐘脈沖信號。在每個測站，利用本地鐘的1PPS信號打開時間間隔計數器閘門， 再用從共視接收機所輸出的1PPS秒信號關閉時間間隔計數器的閘門。 這樣，我們可以得到以下的時間關系(圖2)：在鐘1處：接收時間t接收二T衛(wèi)+, 1計數器讀數 氣1

4、= T1 - (T +. 1)(1)在鐘2處：接收時間t接收二T衛(wèi)+T 2計數器讀數 T2 = T2 - (T +t 2)(2)式中，1和T 2為路徑延遲，它等于衛(wèi)星發(fā)射時間到接收設備時延。解由(1 )和(2)聯立的方程組可得12 dld 212由此我們可以求得，發(fā)射=時鐘1和時鐘2的鐘面值之差。T -T = T -T +（t 一氣）圖2 GPS共視時間比對示意圖由此我們可以求得，發(fā)射=時鐘1和時鐘2的鐘面值之差。(3)式表示了衛(wèi)星導航系統時間t發(fā)射時刻，時鐘1和時鐘2的鐘面時 刻差，利用共視接收機獲得的星歷表和對流層、對流層等改正模型參量， 求得七和t2 (此項在共視接收機中已經作了自動改正

5、)。所以R -R2 = T -T = Tdi -T2(4)由此，要獲得兩地之間的鐘差，只需要知道參加比對雙方各自時間 間隔計數器的讀數。與衛(wèi)星雙向時間同步相類似，在兩個相距很遠的不同觀測者在同一 時刻觀測同一顆GPS衛(wèi)星，得到兩地觀測的差值后，利用衛(wèi)星信道以數 字編碼的形式和通過互聯網實時相互傳遞雙方各自時間間隔計數器的 讀數。對數據進行統計處理，就可以得到這兩地之間時鐘的差。根據處理結果對各自的鐘差進行改正，即可實現兩地之間的時間同步。GPS共視比對的優(yōu)點是能將可能出現的某些誤差減到最小。衛(wèi)星時 鐘誤差會被全部消除，原因是兩地接收機的這一誤差是共同的。早在1984年，東京天文觀測站（TAO）

6、和美國海軍天文臺（USNO） 之間進行了一次共視比對試驗。在這個研究試驗中，華盛頓與東京之間 約有兩個小時的同視時間。觀測是在兩地的晨昏線時進行的。圖3給出 了 1984年2月15日在兩地獲得的數據。橫軸以小時為單位表示時間， 縱軸則以納秒為單位表示東京天文觀測站（現在是日本國家光學觀測站）圖3東京天文觀測站（TAO）和美國海軍天文臺（USNO）之間共視比對試驗結果與美國海軍天文臺之間的時間差，兩地的時鐘用作當地GPS時間變換單 位的基準。當兩地都在晚上以及一地是晚上另一地是白天時，兩個臺站 之間的數據沒有發(fā)現有不連續(xù)的現象。衛(wèi)星數量的增多，能在一天里得到足夠的數據。通過平滑兩天的間 隔，GP

7、S數據中的許多波動可降到最低。鑒于目前銣原子鐘和銫原子鐘 所能達到的性能，要將當地時標的精度保持在1X10-13是完全可以的。到 目前為止，國際權度局(BIPM)下屬各時頻基準實驗室之間的全球高精度 時間比對主要采用GPS共視比對。2.2時間比對和傳遞系統設備配置及連接根據電網時間統一系統方案要求和電網時間統一系統框架 電力系統時間統一系統時間比對和傳遞系統連接原理框圖如圖4所示。同步通訊衛(wèi)星各種衛(wèi)星系統：共視比對衛(wèi)星、雙向法通訊衛(wèi)星、授時衛(wèi)星授時中心層：一級中心和多個區(qū)域中心組成。授時網絡層： 區(qū)域時間中心和 直接授時的時間 節(jié)點圖3電力系統時間統一系統組成框圖由圖可見，應用于電力系統時間統一系統的時間比對和傳遞系統主 要包括一級中心和區(qū)域中心等若干個主要節(jié)點。圖中連線為通信鏈路， 它除了擔負電力網的通信調度任務外，還擔負著時頻信號和時頻信息傳 輸和衛(wèi)星共視比對數據的傳輸任務。時間比對和傳遞系統設備連接原理 方框圖如圖4所示。衛(wèi)星圖4時間比對和傳遞系統設備連接原理方框圖應用于電網一級中心/區(qū)域中心的GPS/北斗共視時間比對和傳遞 系統主要設備配置如表1所示。表1:時間比對和傳遞系統