時(shí)間與頻率標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)程校準(zhǔn)規(guī)范

1JJF1403—2013全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)接收機(jī)(時(shí)間測量型)校準(zhǔn)規(guī)范GB/T19391—2003全球定位系統(tǒng)(GPS)術(shù)語及定義國際時(shí)間頻率咨詢委員會(CCTF)關(guān)于GPS時(shí)間接收機(jī)軟件標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)指南(TechnicalDirectivesforStandardizationofGPSTimeReceiverSoftwGPS和GLONASS時(shí)間傳遞標(biāo)準(zhǔn)化，1996(AcontributiontotheStandardizationofGPSandGLONASSTimeCGGTTS第2E版：GNSS時(shí)間傳遞擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)，2016(CGGTTS-Version2E:an凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本規(guī)范；凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本規(guī)范。在一定時(shí)間間隔內(nèi)時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間隨機(jī)變化程度，隨采樣(平均)時(shí)間的不同而不全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的統(tǒng)稱，包括美國的全球定位系統(tǒng)(GlobalPositioningSystGPS)、俄羅斯的格洛納斯系統(tǒng)(GLObalNAvigationSatelliteSystem,GLONASS)、中國的北斗系統(tǒng)(BeiDouNavigationSatelliteSystem,BDS)及歐盟的伽利略系統(tǒng)(EuropeanGlobalNavigationSatellite利用GNSS進(jìn)行的時(shí)間頻率傳遞。傳遞雙方配置GNSS時(shí)間頻率傳遞裝置(接收機(jī)),同時(shí)測量各自參考時(shí)間與GNSS系統(tǒng)時(shí)間(如GPST、GLONASST、BDT或GST)之差，通過數(shù)據(jù)交互計(jì)算得到時(shí)間差/頻率差。利用雙方時(shí)間頻率傳遞裝置觀測共同衛(wèi)星測量量的方法為共視(Common-View,CV)法，利用雙方GNSS時(shí)間頻率傳2遞裝置觀測所有衛(wèi)星測量量的方法為全視(All以偽隨機(jī)碼作為測量量的GNSS時(shí)間頻率傳遞方法。測量時(shí)，根據(jù)GNSS實(shí)時(shí)廣播星歷或國際GNSS服務(wù)組織(IGS)等相關(guān)機(jī)構(gòu)提供的精密星歷，對GNSS時(shí)間頻率以GNSS載波相位作為測量量的GNSS時(shí)間頻率傳遞方法，其關(guān)鍵技術(shù)包括：載產(chǎn)生誤差的建模與補(bǔ)償(通常包含了GNSS碼基時(shí)間頻率傳遞不需要考慮的類型，例如，固體潮、海潮、地球自轉(zhuǎn)參數(shù)等);用戶鐘差等參數(shù)的估計(jì)等。3.6國際時(shí)間頻率咨詢委員會GNSS時(shí)間傳遞標(biāo)準(zhǔn)格式CGGTTS,CCTFGroupon國際時(shí)間頻率咨詢委員會(ConsultativeCommitteeforTimeandFrequency,CCTF)GNSS時(shí)間傳遞標(biāo)準(zhǔn)工作組制定的用于GNSS碼基時(shí)間頻率傳遞的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式，主要包含GNSS時(shí)間頻率傳遞裝置的單站測量數(shù)據(jù)(本地時(shí)間頻率參考與GNSS系統(tǒng)時(shí)間之差)、電離層補(bǔ)償值及接收機(jī)內(nèi)部延遲、天線電纜延遲和參考延遲等。最新的正弦信號的裝置，包括原子頻率標(biāo)準(zhǔn)、石英晶體頻率標(biāo)準(zhǔn)以及GNSS控制的頻率標(biāo)頻率傳遞方法主要包括GNSS時(shí)間頻率傳遞、衛(wèi)星雙向時(shí)間頻率傳遞和光纖時(shí)間頻率5.1.1時(shí)間偏差：|與UTC(NIM)時(shí)間偏差|<200ns。35.2頻率標(biāo)準(zhǔn)5.2.1頻率偏差(一天平均):±(1×10-12～5×10-15)。5.2.2頻率日漂移率：±(1×10~10～1×10-16)/d。5.2.3頻率穩(wěn)定度：6校準(zhǔn)條件6.1時(shí)間頻率傳遞裝置環(huán)境條件6.1.1溫度：在(23±5)℃內(nèi)任選一點(diǎn)，溫度變化不超過±2℃。6.1.2相對濕度：≤80%。6.1.3電源電壓：220(1±5%)V;電源頻率：50(1±2%)Hz。6.1.4無影響儀器正常工作的電磁干擾和機(jī)械振動。6.2測量標(biāo)準(zhǔn)及其他設(shè)備6.2.1GNSS時(shí)間頻率傳遞裝置具備輸入5MHz/10MHz、1PPS信號和精確站址坐標(biāo)等功能，若校準(zhǔn)時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)，參考延遲、天線電纜延遲及內(nèi)部延遲須校準(zhǔn)，不確定度應(yīng)優(yōu)于20ns(k=2),可生成CGGTTS(CCTFGrouponGNSSTimeTransferStandards,國際時(shí)間頻率咨詢委員會GNSS時(shí)間傳遞標(biāo)準(zhǔn)格式)或Rinex(ReceiverIndependentExchangeFormat,與接收機(jī)無關(guān)的交換格式)格式數(shù)據(jù)。6.2.2參考頻率標(biāo)準(zhǔn)輸出5MHz/10MHz信號，頻率偏差、頻率漂移率應(yīng)優(yōu)于被校準(zhǔn)頻率標(biāo)準(zhǔn)一個量級，頻率穩(wěn)定度應(yīng)優(yōu)于被校準(zhǔn)頻率標(biāo)準(zhǔn)的1/3。6.2.3參考時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)輸出5MHz/10MHz、1PPS信號，時(shí)間偏差及時(shí)間穩(wěn)定度應(yīng)優(yōu)于被校準(zhǔn)時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)的1/3。7校準(zhǔn)項(xiàng)目和校準(zhǔn)方法7.1校準(zhǔn)項(xiàng)目校準(zhǔn)項(xiàng)目如表1所示。4校準(zhǔn)項(xiàng)目時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間偏差時(shí)間穩(wěn)定度7.2校準(zhǔn)方法基于參考時(shí)間與頻率標(biāo)準(zhǔn)，利用GNSS時(shí)間頻率傳遞方法，包括GNSS碼基時(shí)間頻率傳遞和GNSS載波相位時(shí)間頻率傳遞方法對時(shí)間與頻率標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行遠(yuǎn)程校準(zhǔn)。校準(zhǔn)原理和儀器連接如圖1所示。R?被校準(zhǔn)端和參考端GNSS時(shí)間頻率傳遞裝置內(nèi)部時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)RA和RB分別同步到本地的被校準(zhǔn)時(shí)間頻率標(biāo)準(zhǔn)LTRA和參考時(shí)間頻率標(biāo)準(zhǔn)LRTg(均輸出秒脈沖和頻率信號);如果不能同步，可通過實(shí)時(shí)測量時(shí)間頻率傳遞裝置內(nèi)部時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)RA和R與本地時(shí)間頻率標(biāo)準(zhǔn)LTRA和LTRg的關(guān)系等效實(shí)現(xiàn)。同時(shí)記錄GNSS觀測數(shù)據(jù)，通過解算，分別得到RA和RB與GNSS系統(tǒng)時(shí)間GNSST的差TA和TB,見式(1)～(8)。如RA同步到LTRA,RB同步到LTRg,即5最終，時(shí)間頻率標(biāo)準(zhǔn)的比對(傳遞)結(jié)果為或x=LTRA-LTRg=(TA+LA)-(TB+LB)由于GNSS時(shí)間頻率傳遞中的GNSS信號屬于廣播模式，各時(shí)間頻率傳遞裝置被動接收，所以利用此法可同時(shí)擴(kuò)展實(shí)施對多個被校準(zhǔn)時(shí)間與頻率標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行校準(zhǔn)，如圖2在進(jìn)行遠(yuǎn)程時(shí)間頻率校準(zhǔn)時(shí)，主要使用GNSS碼基時(shí)間頻率傳遞生成的CGGTTS(以V2E版本為例，每16min一組數(shù)據(jù))數(shù)據(jù)或GNSS載波相位時(shí)間頻率傳遞經(jīng)后處理得到的載波相位解算數(shù)據(jù)(對包含原始偽距和載波相位觀測量的Rinex數(shù)據(jù)進(jìn)行解算得到，以300s間隔數(shù)據(jù)為例)。7.2.1時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)的校準(zhǔn)7.2.1.1時(shí)間偏差計(jì)算t;時(shí)刻的時(shí)間偏差，其中CGGTTS數(shù)據(jù)的時(shí)差是每16min一組，則r?=16min;計(jì)算載波相位解算數(shù)據(jù)的時(shí)差是每300s一組，則r?=300s。被校準(zhǔn)時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)和參考時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)之間的時(shí)差TA,可以由圖1中所示兩端(A、B)分別接入兩者信號的GNSS時(shí)間頻率傳遞裝置測量得到的單站時(shí)差TA和TB,根據(jù)式(7)或式(8),利用共視(選取兩站可觀測的共同衛(wèi)星的單站觀測值，按每顆衛(wèi)星的兩站觀測值求差后取平均)或全視(分別對兩站單站所有衛(wèi)星的觀測值先取平均，再對兩站的平均值求差)方法綜合計(jì)算得到。7.2.1.2時(shí)間穩(wěn)定度以時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)偏差(TDEV)表示，時(shí)間穩(wěn)定度計(jì)算如式(9):6Modo,(r)為修正阿倫標(biāo)準(zhǔn)偏差，計(jì)算公式見(10):N?——時(shí)差測量數(shù)量；可取r=960s,9600s,1d(使用CGGTTS數(shù)據(jù));r=900s,9900s,1d(使用載波相位解算數(shù)據(jù))。7.2.2頻率標(biāo)準(zhǔn)的校準(zhǔn)7.2.2.1頻率偏差頻率偏差yAB(r)(在本規(guī)范中取平均時(shí)間r=1d),可用兩點(diǎn)時(shí)差法和最小二乘線性擬合法兩種方法計(jì)算，優(yōu)先使用最小二乘線性擬合法。CGGTTS數(shù)據(jù)，ro=16min;載波相位解算數(shù)據(jù)，r?=300s。在a)最小二乘線性擬合法根據(jù)時(shí)刻t;和時(shí)差x;之間的線性關(guān)系，利用最小二乘法，頻率偏差yAB(r)估計(jì)值如式(11)～(13)所示。b)兩點(diǎn)時(shí)差法時(shí)間間隔r內(nèi)被校準(zhǔn)頻率標(biāo)準(zhǔn)的頻率偏差yAB(r)按式(14)計(jì)算。7.2.2.2頻率日漂移率連續(xù)測量N天，可得N個yAB(r)值(r=1d),利用最小二乘法計(jì)算，如式(15)～(17)所示。7單位為d。對于原子頻率標(biāo)準(zhǔn)N≥15。單位為d。對于原子頻率標(biāo)準(zhǔn)N≥15。對于石英晶體頻率標(biāo)準(zhǔn)N≥7,7.2.2.3頻率穩(wěn)定度以阿倫標(biāo)準(zhǔn)偏差(ADEV)表示，頻率穩(wěn)定度按式(18)計(jì)算。根據(jù)具體情況也可選擇修正阿倫標(biāo)準(zhǔn)偏差(MDEV)或其他表示方式，以MDEV表示，頻率穩(wěn)定度按式(10)計(jì)算。8校準(zhǔn)結(jié)果表達(dá)校準(zhǔn)結(jié)果應(yīng)在校準(zhǔn)證書上反映，校準(zhǔn)證書應(yīng)至少包含以下信息：b)實(shí)驗(yàn)室名稱和地址；c)進(jìn)行校準(zhǔn)的地點(diǎn)(如果與實(shí)驗(yàn)室的地址不同);d)證書或報(bào)告的唯一性標(biāo)識(如編號),每頁及總頁數(shù)的標(biāo)識；e)客戶的名稱和地址；f)被校對象的描述和明確標(biāo)識；g)進(jìn)行校準(zhǔn)的日期，如果與校準(zhǔn)結(jié)果的有效性和應(yīng)用有關(guān)時(shí)，應(yīng)說明被校對象的h)對校準(zhǔn)所依據(jù)的技術(shù)規(guī)范的標(biāo)識，包括名稱及代號；i)本次校準(zhǔn)所用測量標(biāo)準(zhǔn)的溯源性及有效說明；j)校準(zhǔn)環(huán)境的描述；k)校準(zhǔn)結(jié)果及其測量不確定度的說明；1)對校準(zhǔn)規(guī)范的偏離的說明；m)校準(zhǔn)證書和校準(zhǔn)報(bào)告簽發(fā)人的簽名、職務(wù)或等效標(biāo)識；n)校準(zhǔn)結(jié)果僅對被校對象有效的聲明；o)未經(jīng)實(shí)驗(yàn)室書面批準(zhǔn)，不得部分復(fù)印證書或報(bào)告的聲明。9復(fù)校時(shí)間間隔復(fù)校時(shí)間間隔建議為1年。由于復(fù)校時(shí)間間隔的長短是由儀器的使用情況、使用者、儀器本身質(zhì)量等諸因素所決定的，因此，送校單位可根據(jù)實(shí)際使用情況自主決定復(fù)校時(shí)間間隔。8原始記錄格式)校準(zhǔn)地點(diǎn)校準(zhǔn)時(shí)間溫濕度校準(zhǔn)人員核驗(yàn)人員校準(zhǔn)項(xiàng)目□時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)1)時(shí)間偏差2)時(shí)間穩(wěn)定度□頻率標(biāo)準(zhǔn)1)頻率偏差3)頻率穩(wěn)定度A.1時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)A.1.1時(shí)間偏差校準(zhǔn)時(shí)間偏差：見附圖不確定(k=2):A.1.2時(shí)間穩(wěn)定度校準(zhǔn)9T時(shí)間穩(wěn)定度不確定度(k=2)頻率偏差：見附圖不確定度(k=2):不確定度(k=2):t頻率穩(wěn)定度不確定度(k=2)附錄B校準(zhǔn)證書(內(nèi)頁)格式B.1.1時(shí)間偏差x(見附圖)不確定度：U=(k=T時(shí)間穩(wěn)定度不確定度(k=2)B.2.2頻率日漂移率t頻率穩(wěn)定度不確定度(k=2)校準(zhǔn)不確定度評定示例C.1時(shí)間偏差校準(zhǔn)的不確定度按式(7),時(shí)差x測量公式：x=TA-TB式中，TA為被校準(zhǔn)端時(shí)間頻率傳遞裝置測量時(shí)差；T為參考端時(shí)間頻率傳遞裝置校準(zhǔn)不確定度可計(jì)算如下：TA和T不確定度來源相同，具體詳見表C.1,由于TA和TB分別為遠(yuǎn)程雙方測量量，測量過程并無相關(guān)性。因子(比對鏈路)B正態(tài)1抖動(比對鏈路)A正態(tài)1電離層和對流層延遲補(bǔ)償影響(比對鏈路)B正態(tài)1電纜轉(zhuǎn)接頭延遲誤差影響(被校準(zhǔn)端)B正態(tài)1電纜轉(zhuǎn)接頭延遲誤差影響(參考端)B正態(tài)1軌道誤差影響(比對鏈B固定點(diǎn)坐標(biāo)誤差影響(被校準(zhǔn)端)B固定點(diǎn)坐標(biāo)誤差影響(參考端)B校準(zhǔn)端)B考端)B參考以上主要不確定度來源及實(shí)際校準(zhǔn)結(jié)果，通過以上各項(xiàng)不確定度來源的合成(方和根)后，最終單次測量時(shí)間偏差的合成不確定度u。(x)為4.8ns,擴(kuò)展不確定度U(x)為9.6ns(k=2)。C.2時(shí)間穩(wěn)定度校準(zhǔn)的不確定度由式(9),可得到表C.2。時(shí)間穩(wěn)定度1σx(r=960s)校準(zhǔn)不確定度評定過程中，r作為常數(shù)，則有限次測量引入的不確定度可由式(C.3)計(jì)算。式中，N?為計(jì)算σx(r=960s)時(shí)的取樣個數(shù)。本例中，N為100。本例中，σ?(r=960s)的不確定度主要來源如表C.3所示。因子B正態(tài)1B正態(tài)1抖動(比對鏈路)A正態(tài)1參考以上主要不確定度來源及實(shí)際校準(zhǔn)結(jié)果，最終單次測量時(shí)間穩(wěn)定度的合成不確定度u。[σ?(r=960s)]為2ns,擴(kuò)展不確定度U[o(r=960s)]為4ns(k=2)。C.3頻率偏差校準(zhǔn)的不確定度設(shè)被校頻率標(biāo)準(zhǔn)的頻率為fa,參考頻率標(biāo)準(zhǔn)的頻率為fg,兩頻率標(biāo)準(zhǔn)的頻率標(biāo)稱值相同為f?,則有：式中：yAB(r)為兩頻率標(biāo)準(zhǔn)的頻率差；ya(r)和yg(r)分別為兩者的頻率偏差；r為測量時(shí)的平均時(shí)間(取樣時(shí)間),在本規(guī)范中取r=1d。yAg(r)的不確定度主要來源如表C.4所示。值因子B1B1電纜、轉(zhuǎn)接頭穩(wěn)定性B1數(shù)據(jù)修約B1抖動(比對鏈路)A1電離層和對流層延遲補(bǔ)償影響(比對鏈路)B1電纜轉(zhuǎn)接頭延遲誤差影響(被校準(zhǔn)端)B1電纜轉(zhuǎn)接頭延遲誤差影響(參考端)B1軌道誤差影響(比對鏈B固定點(diǎn)坐標(biāo)誤差影響(被校準(zhǔn)端)B固定點(diǎn)坐標(biāo)誤差影響(參考端)B校準(zhǔn)端)B考端)B參考以上主要不確定度來源及實(shí)際校準(zhǔn)結(jié)果，最終單次測量頻率偏差的合成不確定度u。[yA(x=1d)]為3.6×10-14,擴(kuò)展不確定度U[y?(r=1d)]為7.2×10-14C.4頻率日漂移校準(zhǔn)的不確定度在k?B計(jì)算中由于數(shù)據(jù)擬合引入的不確定度為：△yAμ(r)為頻率殘差，按下式計(jì)算?！鱵Am(r)=yAm(r)-[yA(r)+kAg(l-1)]