衛(wèi)星共視高精度時(shí)間比對(duì)與傳遞_第1頁(yè)
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1、衛(wèi)星共視高精度時(shí)間比對(duì)與傳 遞衛(wèi)星共視法高精度時(shí)間頻率比對(duì)與傳遞系統(tǒng)1.概述2.衛(wèi)星共視時(shí)間比對(duì)與傳遞系統(tǒng)組成及工作原理 52.1衛(wèi)星共視時(shí)間比對(duì)與傳遞工作原理5 2.2時(shí)間比對(duì)和傳遞系統(tǒng)設(shè)備配置及連接93.經(jīng)費(fèi)預(yù)算 錯(cuò)誤!未定義書簽。1.概述時(shí)間是物理學(xué)的基本參量之一。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,高精度的時(shí) 間和頻率在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的地位日趨重要,諸如通信、電力、交通、 高速數(shù)字網(wǎng)同步等高新技術(shù)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用,特別是我國(guó)國(guó)防建設(shè) 和空間技術(shù)領(lǐng)域,如空間目標(biāo)探測(cè)與攔截(類似于美國(guó)愛國(guó)者導(dǎo)彈防御系統(tǒng))、我國(guó)第二代戰(zhàn)略武器試驗(yàn)、載人航天工程和擬建中的二代衛(wèi)星 導(dǎo)航系統(tǒng)對(duì)時(shí)間和頻率的精度提出了更高的要求

2、。二十世紀(jì)末,隨著空間技術(shù)的發(fā)展,GPS和北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)相繼 問世,授時(shí)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(shí)時(shí)性,并提供了高精度的授時(shí)覆蓋和服務(wù)?!皶r(shí)間統(tǒng)一 系統(tǒng)”為精密時(shí)間產(chǎn)生、傳遞、恢復(fù)和保持、科學(xué)研究、科學(xué)實(shí)驗(yàn)和工少的時(shí)間基準(zhǔn)和依據(jù)。就高精度時(shí)間傳遞與比對(duì)系統(tǒng)而言,可以應(yīng)用于工程項(xiàng)目的主要包 括以下幾種:RNSS衛(wèi)星共視時(shí)間比對(duì)與傳遞;RNSS衛(wèi)星載波相位時(shí)間同步;衛(wèi)星雙向時(shí)間比對(duì)與傳遞;搬運(yùn)鐘時(shí)間比對(duì)與傳遞。在以上幾種方法中,衛(wèi)星共視時(shí)間比對(duì)與傳遞是一種較為優(yōu)秀的高 精度時(shí)間比對(duì)與傳遞系統(tǒng)。2.衛(wèi)星共視時(shí)間比對(duì)與傳遞系統(tǒng)組成及工作原理2.1衛(wèi)星共視時(shí)

3、間比對(duì)與傳遞工作原理所謂“共視”(Common View)就是位于兩個(gè)不同位置的觀測(cè)者,在 同一時(shí)刻對(duì)同一顆衛(wèi)星進(jìn)行觀測(cè),其原理如下圖所示。GPS衛(wèi)星GPS共視接收機(jī)GPS共視接收機(jī)圖1 GPS共視法高精度時(shí)間同步原理圖圖1給出了一個(gè)單收系統(tǒng)示意圖,在每個(gè)比對(duì)點(diǎn),本地鐘均按自己 的速率運(yùn)行。根據(jù)比對(duì)需求,利用衛(wèi)星所發(fā)射的1PPS秒信號(hào)、或其它固 定速率發(fā)射的時(shí)鐘脈沖信號(hào)。在每個(gè)測(cè)站,利用本地鐘的1PPS信號(hào)打開時(shí)間間隔計(jì)數(shù)器閘門, 再用從共視接收機(jī)所輸出的1PPS秒信號(hào)關(guān)閉時(shí)間間隔計(jì)數(shù)器的閘門。 這樣,我們可以得到以下的時(shí)間關(guān)系(圖2):在鐘1處:接收時(shí)間t接收二T衛(wèi)+, 1計(jì)數(shù)器讀數(shù) 氣1

4、= T1 - (T +. 1)(1)在鐘2處:接收時(shí)間t接收二T衛(wèi)+T 2計(jì)數(shù)器讀數(shù) 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(shí)間到接收設(shè)備時(shí)延。解由(1 )和(2)聯(lián)立的方程組可得12 dld 212由此我們可以求得,發(fā)射=時(shí)鐘1和時(shí)鐘2的鐘面值之差。T -T = T -T +(t 一氣)圖2 GPS共視時(shí)間比對(duì)示意圖由此我們可以求得,發(fā)射=時(shí)鐘1和時(shí)鐘2的鐘面值之差。(3)式表示了衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)時(shí)間t發(fā)射時(shí)刻,時(shí)鐘1和時(shí)鐘2的鐘面時(shí) 刻差,利用共視接收機(jī)獲得的星歷表和對(duì)流層、對(duì)流層等改正模型參量, 求得七和t2 (此項(xiàng)在共視接收機(jī)中已經(jīng)作了自動(dòng)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(duì)雙方各自時(shí)間 間隔計(jì)數(shù)器的讀數(shù)。與衛(wèi)星雙向時(shí)間同步相類似,在兩個(gè)相距很遠(yuǎn)的不同觀測(cè)者在同一 時(shí)刻觀測(cè)同一顆GPS衛(wèi)星,得到兩地觀測(cè)的差值后,利用衛(wèi)星信道以數(shù) 字編碼的形式和通過互聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)相互傳遞雙方各自時(shí)間間隔計(jì)數(shù)器的 讀數(shù)。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理,就可以得到這兩地之間時(shí)鐘的差。根據(jù)處理結(jié)果對(duì)各自的鐘差進(jìn)行改正,即可實(shí)現(xiàn)兩地之間的時(shí)間同步。GPS共視比對(duì)的優(yōu)點(diǎn)是能將可能出現(xiàn)的某些誤差減到最小。衛(wèi)星時(shí) 鐘誤差會(huì)被全部消除,原因是兩地接收機(jī)的這一誤差是共同的。早在1984年,東京天文觀測(cè)站(TAO)

6、和美國(guó)海軍天文臺(tái)(USNO) 之間進(jìn)行了一次共視比對(duì)試驗(yàn)。在這個(gè)研究試驗(yàn)中,華盛頓與東京之間 約有兩個(gè)小時(shí)的同視時(shí)間。觀測(cè)是在兩地的晨昏線時(shí)進(jìn)行的。圖3給出 了 1984年2月15日在兩地獲得的數(shù)據(jù)。橫軸以小時(shí)為單位表示時(shí)間, 縱軸則以納秒為單位表示東京天文觀測(cè)站(現(xiàn)在是日本國(guó)家光學(xué)觀測(cè)站)圖3東京天文觀測(cè)站(TAO)和美國(guó)海軍天文臺(tái)(USNO)之間共視比對(duì)試驗(yàn)結(jié)果與美國(guó)海軍天文臺(tái)之間的時(shí)間差,兩地的時(shí)鐘用作當(dāng)?shù)谿PS時(shí)間變換單 位的基準(zhǔn)。當(dāng)兩地都在晚上以及一地是晚上另一地是白天時(shí),兩個(gè)臺(tái)站 之間的數(shù)據(jù)沒有發(fā)現(xiàn)有不連續(xù)的現(xiàn)象。衛(wèi)星數(shù)量的增多,能在一天里得到足夠的數(shù)據(jù)。通過平滑兩天的間 隔,GP

7、S數(shù)據(jù)中的許多波動(dòng)可降到最低。鑒于目前銣原子鐘和銫原子鐘 所能達(dá)到的性能,要將當(dāng)?shù)貢r(shí)標(biāo)的精度保持在1X10-13是完全可以的。到 目前為止,國(guó)際權(quán)度局(BIPM)下屬各時(shí)頻基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室之間的全球高精度 時(shí)間比對(duì)主要采用GPS共視比對(duì)。2.2時(shí)間比對(duì)和傳遞系統(tǒng)設(shè)備配置及連接根據(jù)電網(wǎng)時(shí)間統(tǒng)一系統(tǒng)方案要求和電網(wǎng)時(shí)間統(tǒng)一系統(tǒng)框架 電力系統(tǒng)時(shí)間統(tǒng)一系統(tǒng)時(shí)間比對(duì)和傳遞系統(tǒng)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(tǒng):共視比對(duì)衛(wèi)星、雙向法通訊衛(wèi)星、授時(shí)衛(wèi)星授時(shí)中心層:一級(jí)中心和多個(gè)區(qū)域中心組成。授時(shí)網(wǎng)絡(luò)層: 區(qū)域時(shí)間中心和 直接授時(shí)的時(shí)間 節(jié)點(diǎn)圖3電力系統(tǒng)時(shí)間統(tǒng)一系統(tǒng)組成框圖由圖可見,應(yīng)用于電力系統(tǒng)時(shí)間統(tǒng)一系統(tǒng)的時(shí)間比對(duì)和傳遞系統(tǒng)主 要包括一級(jí)中心和區(qū)域中心等若干個(gè)主要節(jié)點(diǎn)。圖中連線為通信鏈路, 它除了擔(dān)負(fù)電力網(wǎng)的通信調(diào)度任務(wù)外,還擔(dān)負(fù)著時(shí)頻信號(hào)和時(shí)頻信息傳 輸和衛(wèi)星共視比對(duì)數(shù)據(jù)的傳輸任務(wù)。時(shí)間比對(duì)和傳遞系統(tǒng)設(shè)備連接原理 方框圖如圖4所示。衛(wèi)星圖4時(shí)間比對(duì)和傳遞系統(tǒng)設(shè)備連接原理方框圖應(yīng)用于電網(wǎng)一級(jí)中心/區(qū)域中心的GPS/北斗共視時(shí)間比對(duì)和傳遞 系統(tǒng)主要設(shè)備配置如表1所示。表1:時(shí)間比對(duì)和傳遞系統(tǒng)

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