一种MEO卫星星地时间同步的新方法

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北斗星载时间频率系统发展综述

TECHNOLOGY AND INFORMATION科学与信息化2023年11月上 67北斗星载时间频率系统发展综述王明中国人民解放军91710部队吉林延边 133500摘要北斗时频系统是我国独立建设和维护的重要基础设施，为了更好地理解北斗时频系统的发展历程，本文综合了国内外文献、网站发布的技术管理信息，对其现状进行了深入分析，以期更好地指导北斗时频系统的建设和运行，满足用户的需求，提升北斗时频系统的服务水平。

经过对当前系统状况的全面分析和归纳，提出了未来北斗星载时频系统发展的可能性和趋势。

关键词北斗卫星导航系统；发展综述；星载时频系统Review of BeiDou Spaceborne Time-Frequency System Development Wang MingUnit 91710 of Chinese PLA, Yanbian 133500, Jilin Province, ChinaAbstract BeiDou time-frequency system is an important infrastructure independently built and maintained in China. In order to better understand the development process of BeiDou time-frequency system, this paper synthesizes the technical management information published by domestic and foreign literature and on website, and conducts an in-depth analysis of its current situation, so as to better guide the construction and operation of BeiDou time-frequency system, meet the needs of users, and improve the service level of BeiDou time-frequency system. After comprehensive analysis and summary of the current system situation, the possibility and trend of the future development of Beidou spaceborne time-frequency system are proposed.Key words BeiDou satellite navigation system; development overview; spaceborne time-frequency system引言北斗卫星导航系统的核心组成部分北斗星载时间频率系统，又名时频系统，位于BDS 空间段，能够提供准确、可靠的时频信息，从而满足人们的日常需求，促进科技进步和经济增长，保障国家安全。

北斗导航系统的工作原理

北斗导航系统的工作原理1.测量北斗导航系统由一组在轨卫星组成，通过测量接收器与卫星间的距离，获得接收器的位置信息。

北斗导航系统一共由35颗卫星组成，其中包括5颗地球同步轨道卫星（GEO卫星）和30颗中圆地球轨道卫星（MEO卫星）。

卫星向地表发送信号，接收器接收到信号后会记录下信号的发送时间，并计算出从卫星到接收器的传播时间。

2.计算首先，在伪距测量中，接收器通过接收到的卫星信号的发送时间和到达时间的差值，计算出接收器与每颗卫星间的距离。

由于信号在传播过程中可能会受到大气层、建筑物等的影响，所以这个距离不是真实的几何距离，而是伪距。

然后，在位置解算中，接收器通过收集多个卫星的伪距信息，并结合卫星的位置信息，在三维空间中确定接收器的位置。

这个过程可由三角定位方法来实现，通过多组伪距信息进行三角计算，得到接收器的经度、纬度和高度等位置信息。

3.导航在位置信息确定后，北斗导航系统将根据接收器的位置与其他目标位置的距离关系，计算出接收器到目标位置的方位角和仰角，提供导航服务。

具体地，北斗导航系统会将接收器的位置与目标位置的坐标进行矢量运算，得到导航信息。

导航信息可以包括目标位置的经纬度坐标、方位角（即相对于正北的夹角）和仰角（即相对于水平面的夹角）。

导航信息可以通过北斗导航系统与公共地图数据结合，计算出适用于行车导航、航空导航等不同场景的实时路线规划和导航指引。

需要注意的是，北斗导航系统还支持时间服务。

由于北斗导航卫星上搭载有高精度的原子钟，北斗导航系统可以通过接收器收到的卫星时间和接收器的计算时间之间的差值，提供高精度的时间同步服务。

总结起来，北斗导航系统的工作原理主要包括测量、计算和导航三个步骤。

通过测量接收器与卫星间的距离，再根据伪距测量和位置解算，确定接收器的位置。

最后，通过导航算法计算出适用于不同场景的导航信息，为用户提供定位和导航服务。

MEO与LEO

MEO与LEO同步静止轨道（GEO）卫星移动通信技术成熟，已经有几代INMARSAT卫星多年的工作经验，具有卫星数量少、全球覆盖、24小时通信不必切换卫星、卫星跟踪控制简单等优点，但是也存在轨道高、传播路径远、延时长等不足。

特别是随着纬度的增大，地面观察卫星的仰角不断减少，地形地物对移动用户的阻挡不可忽视，这对个人移动通信业务是极为不利的。

另外，GEO轨道日益拥挤，个人移动通信业务中手持机的体积小、功率低（一般不超过1～2W），若采用同步静止轨道（GEO）卫星则要求卫星提供窄波束、大转发功率（根据链路计算要达到10kW以上）。

在目前的卫星功率受限的情况下，难以利用同步静止轨道卫星使全球移动用户终端的体积和重量达到与地面蜂窝电话手持机相当的水平。

所以人们普遍认为，同步静止轨道（GEO）卫星固然可以用于移动通信，但是用于个人通信还存在较大的技术困难。

正因为如此，提出了利用多颗中、低轨道卫星覆盖全球来实现个人移动通信的方案。

中、低轨道卫星属于非同步卫星，它作为陆地移动通信系统的补充和扩展，与地面公众网（PSTN）有机结合，才能实现全球个人移动通信。

中、低轨道卫星对实现全球个人移动通信显示出极大的优越性。

低轨道（LEO）轨道高度仅是同步静止轨道（GEO）的二十分之一至八十分之一，所以其路径损耗通常比同步静止轨道（GEO）低很多，所发射的功率是同步静止轨道（GEO）的二百分之一至二千分之一，传播时延仅为同步静止轨道（GEO）的七十五分之一，这对实现终端手持化和达到话音通信所需要的时延要求是很必要的。

但是由于运转周期和轨道倾角关系，MEO和LEO通信卫星相对于地球上的观察者不再是静止的，为了保证在地球上任一点均可以实现24小时不间断的通信，必须精心配置多条轨道及一大群具有强大处理能力的通信卫星，这样一个庞大而又复杂的空间系统要实现稳定可靠的运转，涉及到技术上和经济上的一系列问题。

而且投资高，风险大，这就是用中、低轨道卫星实现全球个人通信的缺点。

概念（航天）：LEO，MEO，GTO，GEO，IGSO，SSO

概念（航天）：LEO，MEO，GTO，GEO，IGSO，SSO 这是⼀组关于航天器运⾏轨道的概念。

1、低地（球）轨道/近地（球）轨道（LEO：Low Earth Orbit）轨道⾼度约为400-2000公⾥；绝⼤多数对地观测卫星、测地卫星、空间站以及⼀些新的通信卫星系统都采⽤近地轨道。

2、中地球轨道（MEO：Middle Earth Orbit）轨道⾼度为2000-36000公⾥之间； GPS、GLONASS都属于此类轨道。

3、地球同步转移轨道（GTO：Geostationary Transfer Orbit ）（椭圆轨道）指近地点在1000公⾥以下、远地点为地球同步轨道⾼度（约36000公⾥）的椭圆轨道；地球同步转移轨道为霍曼转移轨道的运⽤之⼀，为椭圆形轨道，经加速后可达地球静⽌轨道(GEO)。

近地点多在1000公⾥以下，远地点则为地球静⽌轨道⾼度36000公⾥。

在⽕箭性能⽅⾯，常以地球同步转移轨道酬载能⼒作为指标，该酬载能⼒较直接运送⾄地球静⽌轨道的数值为⼤。

4、地球同步轨道（或称对地静⽌轨道）轨道⾼度约为36000 km；运⾏在地球同步轨道上的⼈造卫星，星距离地球的⾼度约为36000 km，卫星的运⾏⽅向与地球⾃转⽅向相同、运⾏轨道为位于地球⾚道平⾯上圆形轨道、运⾏周期与地球⾃转⼀周的时间相等，即23时56分4秒，卫星在轨道上的绕⾏速度约为3.1公⾥/秒，其运⾏⾓速度等于地球⾃转的⾓速度。

在地球同步轨道上布设3颗通讯卫星，即可实现除两极外的全球通讯。

地球同步轨道分为3种：（1）地球静⽌轨道（GEO：Geostationary Orbit）（正圆轨道）当同步轨道卫星轨道⾯的倾⾓为零度，即卫星在地球⾚道上空运⾏时，由于运⾏⽅向与地球⾃转⽅向相同，运⾏周期⼜与地球同步，因此，⼈们从地球上仰望卫星，仿佛悬挂在太空静⽌不动，所以，把零倾⾓的同步轨道称作静⽌轨道，在静⽌轨道上运⾏的卫星称作静⽌卫星。

北斗技术介绍范文

北斗技术介绍范文北斗技术是中国自主研发的卫星导航系统，由中国国家航天局主导，以应对美国的全球定位系统（GPS）垄断。

北斗技术的发展历程可以追溯到上世纪90年代初，当时中国国家导航局启动了北斗导航卫星项目。

经过20多年的努力，北斗技术已经取得了显著的成果，并在各个领域广泛应用。

北斗导航系统由卫星组成，包括了地球同步轨道卫星（IGSO）、倾斜同步轨道卫星（MEO）和地球静止轨道卫星（GEO）等。

这些卫星通过向地面用户提供导航信号，实现全球范围内的定位、导航和定时等服务。

北斗技术采用了双频信号，可以提供更高的定位精度和更可靠的导航能力。

北斗技术的主要特点包括多系统兼容、全球覆盖能力、高精度导航和时钟同步等。

首先，北斗技术可以与其他导航系统如GPS和GLONASS等兼容，提供更多的定位选择。

其次，北斗导航系统覆盖全球，确保了无论用户身处何地都可以接收到信号。

再次，北斗技术可以实现亚米级的高精度导航，满足各种应用需求。

最后，北斗技术还可以提供高精度的时间服务，保障各个领域的同步性。

北斗技术在各个领域都有广泛的应用。

在交通运输领域，北斗技术可以用于车辆定位、导航和调度等，提高交通运输的管理效率和服务质量。

在农业领域，北斗技术可以用于农田灌溉、精确施肥和监测等，提高农作物的产量和质量。

在资源勘探领域，北斗技术可以用于矿产资源勘探和海洋测绘等，提高勘探的效率和准确性。

在应急救援领域，北斗技术可以用于灾害预警和救援调度等，提高应急救援的效率和响应能力。

值得一提的是，北斗技术还具备国防领域的重要意义。

北斗导航系统可以提供军事用途的导航和定位支持，增强国家的军事战略能力。

同时，北斗技术实现了国内导航系统的自主化，减少了对国外技术的依赖，提高了国家的战略安全。

在灾害应急和战时通信等方面，北斗技术也发挥着重要的作用。

总的来说，北斗技术是中国自主研发的卫星导航系统，具备多系统兼容、全球覆盖能力、高精度导航和时钟同步等特点。

实用类文本北斗导航阅读练习及答案

阅读下面的文字，完成下面小题。

材料一：6月23日9时43分，我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙型运载火箭，成功发射北斗系统第55颗导航卫星暨北斗三号最后一颗全球组网卫星。

7月31日，北斗三号全球卫星导航系统正式开通。

作为世界上第四个建成的全球卫星导航系统，北斗三号在导航精度、授时精度、稳定性、可靠性方面堪称世界一流。

北斗三号全球卫星导航系统由24颗地球中圆轨道卫星(MEO)、3颗倾斜地球同步轨道卫星(IGSO)和3颗地球静止轨道卫星(GE0)组成，共同构成了北斗三号的混合星座构型。

其中每种类型的卫星都有其独特功用，根据各自运行轨道特点和承载功能，既各司其职，又优势互补，共同为全球用户提供高质量的定位、导航、授时服务。

MEO卫星是全球组网的主力，不辞辛劳地绕着地球满场跑，以求覆盖到全球更广阔的区域; GEO卫星在轨道上始终随着地球自转而动，以便时刻聚焦祖国，它与MEO 卫星还承载了短报文通信服务功能。

此次发射的第55颗北斗导航卫星，是北斗三号系统的第三颗GEO卫星，作为高轨道卫星,信号抗遮挡能力强，尤其在低纬度地区，其性能特点更为明显。

(摘编自《人民日报》海外版《北斗,那颗最亮的“星”》)材料二：卫星导航系统由空间段、地面段、用户段三部分组成。

其中空间段由分布在不同轨道的14颗卫星组成，即由5颗地球静止轨道卫星、5颗倾斜地球同步轨道卫星和4颗中圆地球轨道卫星组成“北斗”区域性导航卫星星座。

“北斗”区域卫星导航系统的主要功能是：定位、测速、单双向授时、短报文通信。

卫星导航系统分有源和无源两种，区别在于前者的用户端需主动发出信号，而后者的用户端只需被动接收信号。

建设卫星导航系统不仅需要具备卫星组批生产、发射能力，更需要具备多方面的技术作为后盾,同时还需要足够的资金来保证。

因此，能够建设卫星导航系统的国家凤毛麟角。

中国的“北斗”是世界上首个集定位、授时和短报文通信为一体的卫星导航系统。

发送短报文是“北斗”独有的一种重要功能，短短的120 个字在很多时候是“救命”的法宝。

一种运载火箭控制系统半实物仿真试验地面设备时间同步方法[发明专利]

专利名称：一种运载火箭控制系统半实物仿真试验地面设备时间同步方法
专利类型：发明专利
发明人：余薛浩,王迪,于亚男,陈海朋,陈祺,廖开勇,姚春燕
申请号：CN201710024941.2
申请日：20170113
公开号：CN106814596A
公开日：
20170609
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种运载火箭控制系统半实物仿真试验地面设备时间同步方法，在具有箭上时钟源的系统中，同步信号控制设备作为桥梁完成箭上产品及地面设备的时间同步，在无箭上时钟源的系统中，采用同步信号控制设备时钟源作为同步时钟完成地面设备间的时间同步。

该方法解决了多设备、长时间仿真带来的时间不同步问题，提高了试验的有效性和可靠性，适用于多类不同通讯方式的半实物仿真系统，节约了设备成本。

申请人：上海航天控制技术研究所
地址：201109 上海市闵行区中春路1555号
国籍：CN
代理机构：中国航天科技专利中心
代理人：臧春喜
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电力时间同步方式,目前的同步流程和现状

电力时间同步方式,目前的同步流程和现状电力时间同步是指在电力系统中各设备之间保持准确的时间同步，以实现系统的稳定运行。

电力时间同步广泛应用于电力系统中的各种设备，如电力传输、配电、发电等，确保各设备之间的时间同步，可以提高系统的运行效率、可靠性和安全性。

目前，电力时间同步主要采用以下几种方式：1. GPS时间同步GPS时间同步是目前应用最广泛的电力时间同步方式之一。

通过接收卫星发射的GPS时间信号，各设备可以实时获取精确的时间信息，并与其他设备进行同步。

GPS时间同步具有高精度、高稳定性和高可靠性的特点，适用于各种规模的电力系统。

2. IEEE 1588时间同步IEEE 1588是一种基于网络的时间同步协议，可以实现微秒级的时间同步。

通过在网络中的主节点发出时间同步信号，其他从节点可以接收并进行时间同步。

IEEE 1588时间同步适用于分布式电力系统中的各种设备，如开关、保护装置等。

3. IRIG-B时间同步IRIG-B时间同步是一种基于模拟信号的时间同步方式，通过在电力系统中传输模拟的时间信号，各设备可以实时获取时间信息。

IRIG-B时间同步适用于较小规模的电力系统，具有简单、可靠的特点。

4. PTP时间同步PTP（Precision Time Protocol）是一种新型的时间同步协议，可以实现纳秒级的时间同步。

PTP时间同步通过网络传输同步信号，可以应用于大规模的电力系统，如电力传输网、发电厂等。

目前的电力时间同步流程主要包括以下几个步骤：1.时间信号生成电力时间同步的第一步是生成时间信号。

这可以通过GPS接收器、IEEE 1588主节点、IRIG-B时间同步设备等实现。

生成的时间信号具有高精度和稳定性。

2.时间信号传输生成的时间信号需要在电力系统中传输。

传输方式可以通过网络、电缆等实现。

传输过程中需要注意信号的稳定性和可靠性。

3.时间信号接收各设备需要接收传输的时间信号，并进行时间同步。

meo轨道高度

meo轨道高度摘要：一、引言二、meo 轨道的定义和特点三、meo 轨道在航天领域的应用四、我国在meo 轨道的研究与实践五、meo 轨道的未来发展趋势正文：meo 轨道高度是指一种特殊的地球轨道高度，位于距离地球表面约2000 至20000 公里的范围内。

meo 轨道，也被称为中地球轨道(Medium Earth Orbit)，是一种具有特殊应用价值的轨道高度。

meo 轨道的定义和特点主要表现在其介于低地球轨道(LEO) 和高地球轨道(GEO) 之间，兼具两者的部分优势。

meo 轨道的航天器可以实现较长时间的运行，同时具有较低的轨道高度，使得通信延迟和信号衰减问题得到较好的解决。

此外，meo 轨道的航天器受到地球引力的影响较小，使得轨道维持和控制相对容易。

在航天领域，meo 轨道被广泛应用于通信、导航、地球观测和科学研究等领域。

以通信卫星为例，meo 轨道的卫星可以实现全球范围内的信号覆盖，且相较于GEO 轨道卫星，其覆盖范围更广泛，特别是在极地地区。

此外，meo 轨道卫星在导航和地球观测等领域也有着显著的应用优势。

我国在meo 轨道的研究与实践方面取得了显著成果。

近年来，我国成功发射了一系列meo 轨道卫星，如“北斗”导航系统卫星、“高分”地球观测卫星等，展现了我国在meo 轨道领域的实力。

此外，我国还在积极探索和研究meo 轨道在通信、科学研究等领域的应用前景。

展望未来，meo 轨道在航天领域的发展趋势将更加明显。

一方面，随着航天技术的不断进步，meo 轨道的应用范围将进一步扩大；另一方面，meo 轨道作为一种具有优越性能的轨道高度，将在全球航天竞争中发挥越来越重要的作用。

北斗卫星的应用原理是什么样的

北斗卫星的应用原理是什么样的1. 简介北斗卫星系统（Beidou Satellite Navigation System），是中国自主研发的卫星导航定位系统。

它由北斗导航卫星、地面站和用户终端组成，为全球用户提供定位、导航、时间服务以及其他多种应用。

2. 北斗卫星系统的组成北斗卫星系统主要由以下几个组成部分：•北斗卫星：北斗系统通过一系列的导航卫星在太空中提供导航信号。

这些卫星分为地球静止轨道（GEO）卫星、中圆轨道（MEO）卫星和倾斜地球同步轨道（IGSO）卫星。

这些卫星按照一定的轨道分布，确保覆盖全球范围。

•地面站：地面站是北斗卫星系统的控制中心，负责监测、控制和管理北斗卫星的运行状态。

地面站与卫星之间通过微波通信进行数据传输，包括卫星轨道控制、导航数据更新等。

•用户终端：用户终端是接收并处理北斗卫星信号的设备，包括卫星导航接收器、导航芯片等。

用户终端可以通过接收卫星信号进行定位、导航和时间同步等功能。

3. 北斗卫星系统的应用原理北斗卫星系统的应用原理主要包括以下几个方面：3.1 卫星信号传输北斗卫星通过发送微波信号来与地面站和用户终端进行通信。

这些信号经过加密和调制处理后，从卫星上发射到地球表面。

用户终端通过天线接收到这些信号，并通过解调和解密处理后得到有用的信息。

3.2 定位和导航北斗卫星系统通过多颗卫星的组合，利用三角测量原理来实现定位和导航功能。

用户终端接收到至少三颗卫星的信号后，可以计算出自己的位置信息。

同时，用户终端还可以利用卫星信号提供的速度和时间信息进行导航。

3.3 时间同步北斗卫星系统具有高精度的时间信号传输功能。

通过接收北斗卫星的时间信号，用户终端可以进行时间同步，确保设备的时间准确性。

这对于许多领域的应用非常重要，如金融、通讯等。

3.4 多种应用领域北斗卫星系统的应用非常广泛，涵盖多种领域，包括但不限于：•智能交通：北斗卫星系统可以为车辆提供导航服务，帮助司机准确找到目的地，并提供交通实时信息，提高交通效率。

基于1553B总线的卫星星时同步方法

基于1553B总线的卫星星时同步方法张凤;张东浩;李寅龙;李坤【摘要】目前卫星的绝对时间由GPS提供,并通过总线广播的方式将时间信息码发送给各卫星载荷分系统,但各载荷收到时间信息进行相应的处理后都会有一定的延时,所以需要对卫星系统进行时间同步.卫星通常使用的星上时间同步方式为GPS秒脉冲和时间信息广播相结合的方法,但此方法需要占用一定的硬件资源.为了节省硬件资源,并保证卫星星时同步的精度,文章提出基于1553B总线卫星星时同步的方法,使用同步方式字命令和时间信息广播相配合,卫星载荷利用1553B总线控制芯片内部时间标记寄存器计时,计算软件处理延时,降低系统随机误差,进而实现星时同步.经过仿真和测试验证,表明该方法可以将系统时间同步随机误差降低到100μs.该方法采用软件实现,卫星无需提供GPS秒脉冲,节省硬件资源,降低成本,适用于时间同步要求精度高、未对载荷分系统提供GPS秒脉冲的卫星系统.%Presently, the absolute time of satellite is supplied by the Global Position System (GPS), and the time information is sent to the payload subsystem through the bus in broadcast. Due to the time delay for the payloads to process the time information received, time synchronization is needed for satellite systems. The method combining the GPS second pulse with the time broadcast is widely used in time synchronization. However, this method needs to consume hardware resources. In order to save the hardware resources and ensure the accuracy of satellite time synchronization, a method is proposed for time synchronization on board, which is based on 1553B bus synchronize mode code and time broadcast. Using the time tag register in 1553B bus controller chip as payload time, the time delay iscalculated by the software to reduce the random error and then to realize the time synchronization. The simulation and test results show that the system random error of time synchronization can be reduced to 100μs. As the method is realized by software without GPS second pulse, it is very suitable for the high-precision time system and the system without GPS pulse.【期刊名称】《航天返回与遥感》【年(卷),期】2017(038)006【总页数】6页(P92-97)【关键词】时间标记寄存器;1553B总线;时间同步;全球定位系统秒脉冲;光学遥感器【作者】张凤;张东浩;李寅龙;李坤【作者单位】北京空间机电研究所,北京 100094;先进光学遥感技术北京市重点实验室,北京 100094;北京空间机电研究所,北京 100094;北京空间机电研究所,北京100094;北京空间机电研究所,北京 100094【正文语种】中文【中图分类】TP79卫星系统中，为了保证星务计算机与各分系统能够协调工作，需要各分系统之间进行准确的时间同步。

卫星时间同步原理

卫星时间同步原理
卫星时间同步的原理是通过卫星系统收集和传输精确的时间信号，以确保各地的设备和系统具有统一的时间标准。

卫星时间同步的基本原理包括以下几个步骤：
1. 原子钟时间源：卫星系统中使用高精度的原子钟作为时间源，这些原子钟能够提供非常准确和稳定的时间信号。

2. 时间信号传输：卫星将原子钟产生的时间信号通过无线电波传输到地面接收站。

地面接收站一般位于广阔无遮挡的地区，以确保最好的信号接收质量。

3. 接收和校准：地面接收站收到信号后，通过高精度的接收设备进行接收和解码，然后对时间信号进行校准。

接收设备会与本地的时钟进行比对，以确定时间的偏差，并对本地时钟进行调整。

4. 时间分发：经过校准后的时间信号通过网络或其他通信方式，分发到需要同步时间的设备和系统中。

这些设备和系统会根据接收到的时间信号，进行本地时钟的调整，使其与卫星时间同步。

分发方式可以是有线连接或者无线传输，根据具体应用需求选择合适的方式。

通过卫星时间同步，设备和系统能够获得高度精确和一致的时间参考，避免了由于时钟漂移或错误时间标准带来的时间不一
致问题。

这在很多需要时间同步的领域具有重要的应用，例如金融交易、通信网络、电力系统等。

多传感器时间同步方法

多传感器时间同步是在多个传感器系统中确保所有传感器在相同的时间参考下工作的过程。

这对于数据融合和系统精确性至关重要，尤其是在自动驾驶、机器人导航和其他需要精确时间同步的应用中。

以下是几种常用的多传感器时间同步方法：1. 卫星授时（GNSS）：全球导航卫星系统（GNSS）提供了一种精确的时间同步方法。

GNSS 接收器可以提供与UTC（协调世界时）的时间偏差，从而校正本地传感器时钟。

这种方法可以提供非常高的时间同步精度，通常在纳秒级别。

2. 网络时间协议（NTP）：NTP是一种用于同步网络中设备时钟的协议。

通过连接到NTP服务器，传感器可以校正其内部时钟，以与网络中的其他设备同步。

NTP 通常用于互联网连接的设备，但可能不适合所有传感器，特别是那些没有直接网络连接的传感器。

3. 精确时间协议（PTP）：PTP是一种用于在以太网网络中同步设备时钟的协议，通常用于工业和实时控制系统。

PTP可以提供亚微秒级别的时间同步精度。

4. 硬件同步：通过硬件接口直接同步传感器时钟，例如使用脉冲发生器或PPS （脉冲秒）信号。

这种方法通常用于需要极高时间同步精度的应用，如雷达和IMU的硬同步。

5. 时间戳对齐：在没有外部时间源的情况下，可以通过算法对传感器数据进行时间戳对齐。

这通常涉及到估计传感器之间的时间偏差，并通过算法调整时间戳，以实现最佳的时间同步。

6. 传感器融合算法：在某些情况下，可以通过融合算法来处理时间不同步的问题。

例如，使用卡尔曼滤波或多假设跟踪算法可以在一定程度上补偿时间同步误差。

7. 标定方法：通过标定过程确定传感器之间的时间关系。

这通常涉及到测量和校正传感器之间的时间延迟，以确保它们在相同的时间参考下工作。

在实际应用中，可能需要结合多种方法来实现最佳的时间同步效果。

例如，可以使用GNSS作为主要的时间源，并通过硬件同步来校正传感器时钟，同时使用标定方法来校正任何剩余的时间偏差。

北斗卫星的定位原理

北斗卫星的定位原理北斗卫星是中国自主研发的卫星导航系统。

它的定位原理是利用多颗卫星分布在不同的轨道上，通过卫星和地面接收机之间的信号交互，来计算出接收机的位置信息。

在北斗卫星系统中，有两种类型的卫星，一种是地球同步卫星，另一种是地球非同步卫星。

地球同步卫星（GEO）是处于地球赤道附近的轨道上，它们的轨道周期恰好与地球自转周期相等，因此它们相对于地面固定不动。

地球非同步卫星（MEO）则分布在不同的轨道上，既包括倾斜轨道，也包括近地点和远地点离地球赤道较远的轨道。

北斗卫星系统利用这些卫星的分布来提供导航定位服务。

当用户需要定位时，接收机会向所有可见的卫星发送信号请求。

北斗卫星接收到信号后，会将接收时间和卫星位置信息编码成导航信号，通过卫星广播发送回地面。

接收机会接收到多个卫星的导航信号后，根据接收时间和卫星位置信息来计算出自身的位置。

北斗定位的核心原理是基于三边测量原理和时间测量原理。

三边测量原理是指通过接收到至少三颗卫星的导航信号，可以确定接收机与这些卫星之间的距离。

利用三边测量原理，可以将接收机所在的位置确定在一个球面上。

而时间测量原理是指根据卫星发射导航信号和接收机接收这些信号的时间差，可以计算出信号在空间中的传播时间，从而得知接收机与卫星之间的距离。

为了提高定位的准确性，北斗卫星系统采用了差分定位技术。

差分定位是指将一个已知位置的接收机作为参考站，与待定位的接收机进行无线电信号传输和数据处理，通过比较两者之间的差异来纠正待定位接收机的位置偏差。

通过差分处理，可以显著提高定位的精度，特别是在误差积累较大的情况下。

除了定位功能，北斗卫星系统还提供时间同步功能。

北斗卫星系统的每一颗卫星上都搭载了高精度原子钟，可以提供高精度的时间信号。

用户可以通过接收北斗卫星的导航信号，来获取卫星发射信号的时间信息，并与本地钟进行同步，从而实现时间的精确同步。

总之，北斗卫星的定位原理是通过多颗卫星的分布和接收机和卫星之间的信号交互，利用三边测量原理、时间测量原理和差分定位技术，来计算接收机的位置信息。

导航卫星精密定轨与时间同步技术进展

第60卷第4期天文学报Vol.60No.4 2019年7月ACTA ASTRONOMICA SINICA Jul.,2019doi:10.15940/ki.0001-5245.2019.04.005导航卫星精密定轨与时间同步技术进展∗周善石1†胡小工1‡刘利2何峰3唐成盼1潘军洋1(1中国科学院上海天文台上海200030)(2北京卫星导航中心北京100092)(3中国人民解放军国防大学北京100091)摘要全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)通过播发卫星钟差和精密轨道信息实现时间和空间基准信息向导航用户的传递.随着高精度原子钟等导航卫星载荷、星间链路等天基/地基监测手段以及数据处理方法等技术的不断更新,卫星轨道和钟差产品的精度和实时性也逐步提升.2018年12月,北斗三号卫星导航系统正式开通,为“一带一路”国家提供实时高精度、高可靠的基本导航定位服务.综述了北斗导航系统从北斗二号区域系统到北斗三号全球系统精密定轨与时间同步处理面临的困难和挑战,针对上述问题,阐述了北斗运行控制系统的解决途径和实现指标.与GPS等其他GNSS系统进行比较,分析了不同导航系统技术特点.最后展望了精密定轨与时间同步技术未来的发展路线图,为更高精度的GNSS导航定位授时服务提供参考.关键词北斗卫星导航系统,精密定轨,时间同步,双向时间比对,星间链路中图分类号:P135;文献标识码:A1引言卫星导航系统用户实时测量用户到各可视卫星的距离,由于卫星和用户接收机都存在时钟与系统绝对时间的差异,即钟差,使得测量的距离变成了包含钟差影响的伪距.用户收到4颗以上测量伪距时,可以用伪距和卫星播发的预报卫星轨道和卫星钟差参数,即导航电文,进行平差处理,估计用户自身位置和接收机钟差参数,从而实现导航、定位、授时(PNT)服务.影响定位服务精度的因素包括两方面,即用户定位几何因子(DOP值)和用户测距误差(URE).DOP值主要跟导航星星座组成有关,URE与卫星播发的空间信号精度(SISURE)、测量系统误差(如:大气折射误差、电离层折射误差等)、用户端系统误差(如:多路径效应、接收机相位中心)和测距随机误差有关.影响URE的各项因素中,测量系统误差、用户端系统误差和测距随机误差都可以通过用户端相应的数据处理进行扣除或减弱其影响.而系统播发的空间信号精度,即卫星预报轨道和预报钟差参数精度,是影响实时单点定位用户的重要误差源,也是导航系统服务性能的重要2019-02-02收到原稿,2019-04-11收到修改稿∗国家自然科学基金项目(11573035、41574029)、中国科学院青年创新促进会项目(2016242)资助†sszhou@‡hxg@60卷天文学报4期指标.导航系统卫星精密定轨与时间同步处理方法直接影响了SISURE 的实现精度和稳定性.2018年12月27日,北斗全球系统开通基本系统服务,18颗北斗全球系统卫星与16颗北斗区域系统卫星联合为全球提供定位精度10m 的服务,同时为“一带一路”国家和地区提供更高精度的导航定位服务().图1为北斗卫星导航系统服务示意图,给出了北斗卫星导航系统空间段、地面段和用户段等组成部分.北斗卫星导航系统从区域系统到全球系统的轨道和钟差精度的提升与星座特点、监测手段以及处理方法不断发展有关.系统服务精度和服务范围的提高主要取决于DOP 值的改善和SISURE 的提升.本次18颗MEO (Medium Earth Orbit)组网星入网服务有效提高了全球范围用户的可视卫星数和几何构型.同时,北斗三号组网星配备了高精度星载氢原子钟和星间链路设备,为卫星轨道、钟差测量和预报提供了新的技术手段和处理方法,有助于提高卫星轨道和钟差参数精度[1].Ground segmentSpace segment User segment图1北斗卫星导航系统服务示意图Fig.1Sketch of BeiDou Satellite Navigation System Service与IGS (International GNSS Service)组织提供的事后精密服务有所区别,各导航系统运营商提供的实时服务利用全球或区域分布的少量观测数据获得高精度轨道和钟差的预报产品,并对产品的可靠性和稳定性有较高要求.IGS 事后精密服务侧重于高精度,精密产品有约3周的滞后().2者对卫星轨道和钟差测量的手段和处理方式都存在一定差异.IGS 精密产品技术路线国内外已有较详细研究,本文不再详述.本文从导航系统实时处理角度,综述了我国北斗系统从区域系统到全球系统卫星精密定轨处理方法、北斗系统独有的星地双向时间比对方法与传统时间同步方法的特点.比较其他GNSS (Global Navigation Satellite System)系统精密定轨与时间同步方法,由于地面监测网范围、星座构成等不同,一般采用精密定轨与时间同步联合处理的方法获得预报轨道和预报钟差参数.最后,参考各导航系统技术发展路线,展望了北斗导航系统精密定轨与时间同步的发展方向.2北斗卫星时间同步由于卫星钟存在相对于地面标准时间的偏差,即钟差,导航系统需实时播发各卫星钟差参数.导航系统利用特定的测量手段和数据处理方法获得卫星钟的测量值,再根据60卷周善石等:导航卫星精密定轨与时间同步技术进展4期钟差变化特征对卫星钟进行建模和预报的过程即为卫星时间同步.不同导航系统考虑到各自的特点,实现卫星时间同步的方法有所区别.北斗二号卫星导航系统卫星星座由GEO(Geostationary Earth Orbit)/IGSO(Inclined Geo-synchronous Orbit)/MEO混合星座组成、地面监测站采用区域监测网,因此采用传统的精密定轨获得的卫星钟估计值可能存在与卫星轨道相关的周期性误差,进而影响卫星钟的预报精度和稳定性.为了解决上述问题,北斗二号采用独立于精密定轨的时间同步测量手段,采用星地双向时间比对技术进行钟差测量,再对各卫星进行钟差建模和预报.鉴于北斗二号星地双向时间比对的成功应用,在北斗三号上进一步扩展了双向时间比对的测量技术.利用星间双向测量可以实现对境外地面未监测区域的卫星钟差和轨道测量,有效解决区域监测网覆盖不足的问题,实现北斗三号全球服务[2].图2为星地、星间双向测量示意图,地面天线与卫星A在L波段和Ka波段实现星地双向测量,卫星A和卫星B之间实现星间双向测量.Satellite BISL two-way measurementfrom satellite to satelliteSatellite ATwo-way measurement fromsatellite to ground on L-bandTwo-way measurement fromsatellite to ground on Ka-bandL antenna C2 on groundAnchorage antenna C1 on ground图2星地、星间双向测量示意图Fig.2Two-way measurement from satellite to ground and satellite to satellite需要说明的是,由于时间比对测量涉及信号上行发射和下行接收,需要多个天线配合完成测量.全星座双向比对涉及的天线数更多.各天线的信号收发时延零值各不相同.未精确标定的设备零值将影响钟差测量的准确度,需对设备零值进行在轨的实时监测和标校.设备零值的稳定性和标校精度是影响时间同步精度和稳定性的重要因素.2.1星地时间同步处理在进行星地时间同步观测时,地面站和卫星均向对方发送测距信号.考虑到引力时60卷天文学报4期延、大气延迟及设备时延等改正项,星地时间同步比对模型为[3]:∆T s(t0)=12c(ρup−ρdown)+∆τ,其中∆T s(t0)为t0时刻S卫星相对于地面时间标准的钟差,ρup和ρdown分别为地面至卫星的上行和下行观测量,∆τ为系统误差修正,包括卫星和地面收发天线相位中心修正、大气折射误差、电离层延迟误差等,c为光速.从双向时间比对观测方程可以看出,该方法将上下行距离作差,因此可以消除轨道误差、监测站坐标误差以及传播路径上的公共误差,进而获得高精度卫星钟差测量值.但同时需要说明的是,对于上下行不同的部分,如由于上下行信号频率不同使得双向电离层延迟误差略有差异、天线信号收发相位中心不一致造成的系统性偏差以及收发设备时延零值带来的系统误差是时间同步处理需要进一步修正的.北斗二号星地时间比对实测数据分析表明,卫星钟测量随机误差优于0.2ns,卫星钟差2h预报误差优于1ns[3].双向时间比对存在未精确修正的设备时延零值,因此还需对设备零值进行标定.为了与地面导航用户一致,采用L波动下行导航信号为标准进行设备零值标定,修正设备零值后可实现全星座的时间同步[4].2.2星间时间同步处理在进行星间双向同步观测时,卫星之间发送测距信号.星间测量传播路径大部分不穿透大气层和电离层,因此仅需对引力时延、天线相位中心、设备零值等系统误差进行修正,星间相对钟差测量模型如下[2]:∆T AB(t0)=12c(ρAB−ρBA)+∆τSST,其中∆T AB(t0)为t0时刻A、B两星相对钟差,ρAB和ρBA分别为A星至B星和B星至A星的距离观测量,∆τSST为星间链路系统误差修正,包括卫星收发天线相位中心修正、引力时延修正、设备延迟零值修正等.与星地双向时间比对类似,星间双向测量也不受轨道误差影响,可以抵消传播路径上公共的系统误差.与星地时间比对不同的是,由于测量的是相对钟差,并非相对于地面维持的系统时间的钟差,因此还需要将星间相对钟差归算至地面基准.归算过程通过与境内星进行联合平差来获得境外星相对地面基准的卫星钟差.北斗三号试验卫星实测数据分析表明,星间链路钟差测量随机误差约0.2ns,与星地链路测量随机误差量级相当.星间链路也存在设备零值在轨标定的问题,通过与星地双向时间比对数据进行比较获得星间设备零值.实测数据表明,14d设备零值标定标准差为0.3ns,标定后与星地时间比对获得的钟差误差优于0.3ns,实现了自恰的星地星间联合时间比对[5].2.3卫星钟差预报导航系统播发的是以二次多项式表达的卫星钟差预报参数,因此还需对前文时间同步方法获得的钟差测量值进行预报,并拟合成钟差参数的形式.卫星钟预报方法可分为两类,一是直接对卫星钟差观测量进行多项式拟合,直接获得钟差参数;二是先利用观测60卷周善石等:导航卫星精密定轨与时间同步技术进展4期数据建立卫星钟模型,如AR(Autoregressive)模型、灰色模型等,再对预报钟差进行多项式拟合,获得预报参数.对北斗二号星载铷原子钟试验表明,直接采用多项式拟合并进行2h预报,预报误差小于1ns[3].根据卫星特点建立卫星钟模型可提高长期预报精度,利用AR模型6h预报精度可提高到2ns,12h预报精度可提高到5.5ns.该方法可以有效提高境外未监测区域钟差预报精度[6–7].对于北斗三号高精度星载氢原子钟,由于氢钟具有较高的频率稳定度,天稳可达到7×10−15量级[8],因此可以直接采用一次多项式拟合钟差观测量并预报的方法.实测数据表明,氢钟2h预报精度约为0.26ns[8–10].3北斗卫星精密定轨导航卫星精密定轨一般采用动力学定轨方法,根据卫星初始状态,考虑地球、日月、行星等摄动力建立卫星运动方程,再利用已知点位坐标的监测站观测数据建立观测方程,对影响卫星轨道的初轨、光压模型参数求偏导数,采用最小二乘或滤波方法进行平差,获得参数估计值,即得到卫星轨道测定的结果.目前IGS采用全球分布的70–200个监测站数据可以获得精度约2cm的GPS事后精密轨道().与IGS采用全球监测站精密定轨获得高精度轨道测量不同,导航系统仅采用较少数量监测站来获得稳定的卫星轨道预报.由于系统的自身特点,北斗系统精密定轨处理面临以下几方面困难:(1)北斗导航系统采用区域分布的监测站,监测网不能覆盖MEO卫星全部轨道;(2)北斗二号系统,卫星星座采用GEO/IGSO/MEO混合星座设计,且GEO数量较多.GEO与地面监测网相对静止,使得精密定轨估计参数相关性增加,影响精密定轨精度和稳定性;(3)太阳光压是影响卫星精密定轨和预报精度的重要误差源,北斗卫星需建立适合不同类型卫星的光压模型;(4)不同类型北斗卫星姿态控制模式不同,尤其MEO卫星在进出地影的动偏航和零偏航的转换过程中,卫星所受太阳辐射压难以精确建模.为解决这些问题,北斗二号导航系统采用一系列精密定轨策略保证轨道精度[11].北斗三号搭载了星间链路测量设备,利用双向测量数据可以分离卫星相对钟差和相对几何距离,将星间距离作为观测量联合地面观测数据可以获得更高精度的卫星轨道[1,12].与时间同步类似,星间双向测量获得的相对几何距离也存在设备零值问题,设备零值的在轨标定精度也将影响精密定轨精度.3.1地面监测网精密定轨导航卫星动力学建模时,由于地球非球形引力摄动、行星3体摄动等摄动模型可以精确模制,而太阳辐射压摄动是考虑了卫星姿态及卫星表面材料等因素的经验模型,难以精确模制,因此辐射压摄动是定轨和预报最重要的误差源.通常做法是先根据卫星表面材料、受照面积等信息建立光压模型,精密定轨时估计部分模型参数.与其他GNSS卫星姿态控制模式不同,北斗不同类型卫星采用的姿态控制模式有所区别,北斗二号GEO卫星采用零偏航模式,IGSO/MEO卫星采用动偏航,MEO卫星轨道进入地影后采用零偏航模式,北斗三号MEO卫星进地影后采用持续偏航模式.精密定轨时不考虑姿态模式的差异会严重降低轨道确定精度.文献[13–15]分析表明,对不同类型卫星60卷天文学报4期和不同姿态控制状态,应选用相应的光压模型,北斗三号卫星连续动偏期间选用ECOM (Extended CODE Orbit Model)5参数模型可获得0.26m轨道精度,北斗二号GEO卫星选用ECOM9参数模型,IGSO/MEO选用T20模型轨道精度最优.文献[16–17]将北斗二号广播星历与MGEX(Multi-GNSS Experiment)的事后轨道产品对比,结果显示北斗二号广播星历径向精度约为0.48m.根据前文所述,北斗导航系统具备独立的时间同步测量手段,可以获得实时卫星钟差测量值.精密定轨处理也可以获得各历元卫星钟差估计值.由于卫星钟差估计值与卫星轨道具有一定相关性,文献[11]利用卫星钟差估计值与测量值互差与激光测距残差验证了2者的相关性.文献[18]发展了该方法,将2者互差作为轨道误差进行改正,再输出广播星历,实测数据表明该方法可以有效提高广播星历精度.3.2星地星间联合精密定轨影响北斗导航卫星轨道测定性能的重要因素之一是区域跟踪网不能覆盖MEO卫星全部轨道弧段.北斗三号卫星搭载了星间链路设备,实现了境外弧段的相互测量.利用双向测量可以将两星的相对钟差和相对距离分离.星间相对距离观测量可写为[19]:R AB(t0)=12(ρAB+ρBA)+c∆τSST,其中,R AB(t0)为t0时刻A、B两星相对距离.将相对距离作为导航卫星精密定轨的星间观测方程,联合星地观测方程可实现全覆盖的精密定轨处理.与地面监测站伪距相位数据精密定轨采用逐历元估计卫星和接收机钟差的方式不同,星间相对距离扣除了卫星钟差,不再需要逐历元估计钟差参数.星间测量信号设备存在设备时延零值,该零值虽在地面进行标定,但随着在轨时间变长,设备零值会逐渐变化,因此还需进行在轨标定.由于上述设备零值在星间观测方程中是线性相关的,因此只能估计组合时延.文献[19]对北斗三号试验星进行了连续8d的星间零值估计,星间零值估计不确定度约0.2ns,星间设备对地零值估计不确定度约0.3ns.文献[19]对北斗三号试验星星地、星间联合定轨进行了评估,星间链路定轨残差约为8cm.利用重叠轨道评估轨道精度表明,联合定轨及轨道预报精度均明显优于仅用地面区域监测网获得的轨道精度.同时,通过对比地面监测网数据覆盖和联合定轨轨道重叠可以看出,境外星间链路测量可以明显提高区域监测网不可视区域的轨道精度.3.3附有钟速约束的精密定轨常规定轨在解算卫星轨道参数的同时,估计卫星钟差.地面区域网伪距相位数据定轨处理时,观测几何条件比较差、卫星动力性模型不精确,使得轨道动力学参数与卫星钟差参数高度相关.星地双向时间比对钟差测量技术,不受卫星轨道、测站坐标和传播路径延迟的影响,直接反映卫星钟的物理变化.若定轨处理时将星地双向测量钟差作为已知的卫星钟差,将伪距数据转换为距离观测,参与定轨解算,可降低轨道参数与钟差参数相关性,提升北斗卫星轨道精度.在处理附有卫星钟差变化信息的多星定轨时,并不完全将双向测量钟差提供的卫星钟差信息作为定轨的已知参数输入,而是仅将双向测量钟差中包含的卫星钟差随时间变化信息作为定轨已知参数输入,全局解算双向测量钟差的未标定时延参数.该定轨策略60卷周善石等:导航卫星精密定轨与时间同步技术进展4期既避免了卫星钟差与轨道参数共同解算时的强相关性,又能保证定轨结果不受双向钟差未标定时延的影响.图3为北斗区域导航卫星的轨道激光残差示意图,采用了C01、C08、C10和C11卫星.从上图可以看出,附有卫星钟差变化信息的定轨处理可以明显减小卫星轨道误差,其中GEO 卫星径向精度约为50cm,IGSO 和MEO 卫星轨道径向精度约为20cm.4020(a)0−20−40−60−80−100−120180200220240260doy in 2016C 01 r e s /c m 150100(b)500−50−100180200220240260doy in 2016C 08 r e s /c m 10050(c)0−50−100180200220240260doy in 2016C 10 r e s /c m 150100(d)500−50−100−150180200220240260doy in 2016C 11 r e s /c m clk rate free clk rate fixed clk rate free clk rate fixed 图3北斗区域导航卫星的轨道激光残差,其中res 为residual 、doy 为day of year 、clk 为clock.(a)为C01卫星,(b)为C08卫星,(c)为C10卫星,(d)为C11卫星.红色为常规多星定轨模式处理的轨道激光残差,绿色为附有卫星钟差变化信息的多星定轨模式处理的轨道激光残差.Fig.3SLR (Satellite Laser Range)residual (res)of BDS satellite orbit at regional phase,doy means day of year,clk means clock.(a)Satellite C01,(b)Satellite C08,(c)Satellite C10,(d)Satellite C11.The red points are SLR residual of multi-satellite precise orbit determination mode,and the green points aremulti-satellite precise orbit determination with satellite clock ﬁxed mode.4其他系统处理方法GPS 系统从1978年第1颗卫星发射到现在,地面运控系统经历了4个发展阶段,即初始控制系统(Initial Control System,ICS)阶段、老一代运控(Operational Control System,OCS)阶段、系统架构升级计划(Architecture Evolution Plan,AEP)阶段和现代化运控系统(OCX)阶段.随着各阶段发展,其卫星轨道和钟差的监测手段和处理方法也在不断更新[20–21].GPS 系统采用滤波方法,利用全球分布的16个监测站伪距平滑数据估计每颗卫星初始状态、3个太阳光压参数、3个钟差参数、监测站的2个钟差参数(固定主控站钟差)以及各站天顶延迟.GPS 系统在定轨的同时估计钟差参数,而不逐历元估计卫星和接收机钟差.估计参数少、处理速度快并且直接获得钟差参数估计,不再需要钟差拟合的过程.GLONASS (GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTEM)系统采用分布于俄罗斯境内的12个地面监测站进行精密定轨与时间同步处理[22].虽然未采用全球分布监测站,但由于监测网分布范围广,可以较好覆盖MEO 卫星,因此也可以获得较高精密定轨与时间同步处理结果.60卷天文学报4期Galileo系统采用全球分布15个地面监测站(GSS)进行精密定轨和时间同步,另外还有5个C波段上行注入站和6个S双向测控站[23].下一代Galileo系统计划基于星载高精度光钟、频率梳和时间/频率比对技术,建立MEO卫星与GEO卫星的双向激光或微波测量链路,通过GEO卫星建立高精度时间基准,并对MEO卫星进行时间同步.扣除卫星钟后,再进行精密定轨处理,获得卫星轨道产品[24].5结论与展望对比其他GNSS系统,GPS与Galileo系统均采用全球监测网,GLONASS系统虽然也采用境内监测站,但其覆盖范围较大,因此均可采用监测站伪距相位数据进行精密定轨并同时估计钟差参数的技术路线.而我国监测网覆盖范围有限,采用与其他GNSS系统相同的方法难以获得高精度卫星轨道和钟差预报参数.本文针对系统发展各阶段特点,综述了北斗导航系统精密定轨与时间同步方法,主要结论如下:星地、星间双向时间比对方法不受卫星轨道和监测站位置精度影响,可以获得卫星高精度实时钟差测量值.双向时间比对可以有效解决区域网的导航卫星覆盖不足、卫星轨道精度不高等问题.为解决区域监测网定轨的难题,可以通过增加定轨数据弧长、精化太阳光压模型、附有钟速约束的动力学定轨以及星地星间联合精密定轨等方法有效提高北斗导航卫星轨道精度.现阶段,各GNSS系统已经实现了优于0.5m的空间信号精度,多系统组合情况下也能获得较好的定位几何构型.下一代导航系统要提供更高精度的服务,还要考虑用户对相位数据的应用.相位模糊度收敛速度是影响高精度实时用户应用的重要因素.导航卫星通过相对用户的位置变化来确定模糊度参数收敛,因此通过低轨卫星过境快的特点,可以缩短模糊度收敛时间.导航星与低轨增强系统联合处理是未来导航系统发展的一个方向.目前美国铱星系统、OneWeb、Starlink和我国虹云、鸿雁等都开展了相关研究工作,利用低轨卫星发射导航信号,提高用户相位模糊度收敛速度,进而得到车道级(优于10cm)导航服务.而Galileo系统从实现导航星高精度时间同步角度,提出用4颗低轨配备高精度光钟,实现对导航星的实时时间同步,降低导航星原子钟精度需求,并提高导航星空间信号精度,进而提高导航定位指标.不同低轨增强体制均有助于提高导航系统服务精度,具体实现还与各系统实际需求和硬件实现条件有关.总之,导航卫星未来将向更高精度和更高可靠性的方向发展.60卷周善石等:导航卫星精密定轨与时间同步技术进展4期参考文献[1]陈金平,胡小工,唐成盼,等.中国科学:物理学力学天文学,2016,46:119502[2]Pan J Y,Hu X G,Zhou S S,et al.AdSR,2018,61:145[3]Zhou S S,Hu X G,Liu L,et al.SCPMA,2016,59:109511[4]刘利,朱陵凤,韩春好,等.天文学报,2009,50:189[5]潘军洋,胡小工,唐成盼,等.科学通报,2017,62:2671[6]唐桂芬,许雪晴,曹纪东,等.中国科学:物理学力学天文学,2015,45:079502[7]朱陵凤,李超,刘利,等.全球定位系统,2016,41:68[8]Wu Z Q,Zhou S S,Hu X G,et al.GPS Solutions,2018,22:43[9]唐桂芬,杨伟锋,苏冉冉,等.武汉大学学报(信息科学版),2018,43:183[10]温旭峰,郝金明,胡小工,等.大地测量与地球动力学,2018,38:1274[11]Zhou S S,Hu X G,Wu B,et al.SCPMA,2011,54:1089[12]Tang C P,Hu X G,Zhou S S,et al.JGeod,2018,92:1155[13]Li X J,Hu X G,Guo R,et al.JNav,2018,71:1069[14]李冉,胡小工,唐成盼,等.武汉大学学报(信息科学版),2018,43:1063[15]计国锋,杨志强,贾小林,等.大地测量与地球动力学,2018,38:374[16]Teunissen P J G,Montenbruck O.Springer Handbook of Global Navigation Satellite Systems.Cham:Springer,2017[17]Montenbruck O,Steigenberger P,Hauschild A.GPS Solutions,2015,19:321[18]He F,Zhou S S,Hu X G,et al.SCPMA,2014,57:1395[19]唐成盼,胡小工,周善石,等.中国科学:物理学力学天文学,2017,47:029501[20]Taylor J.The GPS Operational Control System Kalman Filter Description and History.Proceedingsof the23rd 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高考语文一轮现代文专题复习--北斗系统专题练含答案

北斗系统专题练材料一：6月23日9时43分，我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙型运载火箭，成功发射北斗系统第55颗导航卫星暨北斗三号最后一颗全球组网卫星。

7月31日，北斗三号全球卫星导航系统正式开通。

作为世界上第四个建成的全球卫星导航系统，北斗三号在导航精度、授时精度、稳定性、可靠性方面堪称世界一流。

此次发射的第55颗北斗导航卫星，是北斗三号系统的第三颗GEO卫星，作为高轨道卫星,信号抗遮挡能力强，尤其在低纬度地区，其性能特点更为明显。

(摘编自《人民日报》海外版《北斗,那颗最亮的“星”》) 材料二：卫星导航系统由空间段、地面段、用户段三部分组成。

“北斗”区域卫星导航系统的主要功能是：定位、测速、单双向授时、短报文通信。

卫星导航系统分有源和无源两种，区别在于前者的用户端需主动发出信号，而后者的用户端只需被动接收信号。

建设卫星导航系统不仅需要具备卫星组批生产、发射能力，更需要具备多方面的技术作为后盾,同时还需要足够的资金来保证。

因此，能够建设卫星导航系统的国家凤毛麟角。

中国的“北斗”是世界上首个集定位、授时和短报文通信为一体的卫星导航系统。

发送短报文是“北斗”独有的一种重要功能，短短的120 个字在很多时候是“救命”的法宝。

星地动态双向时间同步与测距算法

星地动态双向时间同步与测距算法黄飞江1 ，卢晓春2，3 ，刘光灿1 ，孙利平1 ，张文希1 ，丞1( 1．长沙学院电子与通信工程系，长沙410022; 2．中国科学院国家授时中心，西安710600;3．中国科学院精密导航定位与定时技术重点实验室，西安710600)摘要: 针对卫星运动对星地距离和钟差测量的不利影响，提出一种基于最小二乘拟合的星地动态双向时间同步与测距算法。

在建立星地可视模型基础上，仿真了MEO 运动卫星与地面时间同步站之间星地距离的变化规律，分析了卫星运动对星地双向时间同步与测距的主要不利影响。

该算法首先利用星地双向时间同步数据分别生成星地距离和钟差拟合多项式，然后联合求解出运动卫星误差最小的星地距离与钟差。

实验结果表明了该算法的合理性和科学性，在包含仿真误差的条件下，其时间同步精度优于 3 ns，测距精度优于 3 m。

将其应用到各种空天应用系统的星地时间同步与测距中，可以消除卫星运动对双向时间同步与测距的不利影响，提高时间同步与测距精度。

关键词: 空天应用系统; 卫星通信; 双向时间同步; 星地测距中图分类号: V443 + ． 1文献标识码: A文章编号: 1000-1328( 2014) 09-1050-08DO I:10．3873/j． i s sn．1000-1328．2014．09．010An A l go r i thm f o r Dynamic S at e lli t e-G r o und T w o-W a y T i m eSy nch r o n i zat i o n and Ｒan g i n gHUANG F e i-ji an g1，LU Xi a o-c hun2，3，LIU Guan g-can1，SUN L i-p i n g1，ZHANG Wen-x i1，YANG Chen g1 ( 1．Department of El ectron i cs and Commun i cat i on E ng i neer i ng，Changsha Un i vers i ty，Changsha410022 ，Ch i na;2．Nat i ona l Time Servi ce Center，Ch i nese Academy of Sci enc e s，Xi’an 710600，C h i na;3． Key L aboratory of P rec i s i on Nav i gat i on and Ti m i ng T echno l ogy，Ch i nese Academy of Sci en ce s，Xi’an 710600，Ch i na)A bst r act: A i m i n g at the ne g at i ve i mpact of the sate lli te m o t i o n on the measurements of sate lli te-g r o und range and c l o c koffset，an a l g o r i thm for dy nam i c s ate lli te-g r o und tw o-w ay t i me sy nc hr o n i zat i o n and ran g i n g based on l east square f i tt i n g i s pr o p o sed． On the bas i s of the estab li s hment of the s ate lli te-g r o und visible m o de l，the rule of var i at i o n of the range between MEO sate lli te and ground stat i o n is s i mu l ated，and the ma i n ne g at i v e i mpacts of sate lli te m o t i o ns on s ate lli t e-g r o und tw o-way t i me sync hr o n i zat i o n and ran g i n g is ana l yzed．I n th i s a l g o r i thm，the sate lli te-g r o und range and the c l o c k o ffset c o rresp o nd i n g to m i n i m a l error are s o l ved by us i n g the c o m b i nat i o n of sate lli t e-g r o und range f i tt i n g p o l y n o m i a l and c l o c k-offset f i tt i n g p o l yn o m i a l generated by us i n g the dat a re l ated to s ate lli te-g r o und tw o-way t i me sy nc hr o n i zat i o n．E x per i menta l res u l ts show that acc urac ies of t i me s ync hr o n i zat i o n and ran g i n g better than 3 ns and 3 m can be ac h i eved respect i v e l y in the presenc e s i m u l at i o n err o r．Thea l g o r i t hm w ill be used in acc urate ran g i n g and t i me sy nc hr o n i zat i o n of var i o us aer o spac e app li cat i o n systems to e li m i nate thene g at i ve i m pact of sate lli te m o t i o n on tw o-w ay t i me s ynchr o n i zat i o n and ran g i n g and i m pr o v e t he acc urac ies of t i me sync hr o n i zat i o n and ran g i n g．K e y w o r ds: Aeros pace app li cat i o n sy stem; Sat ellit e c o mmun i c at i o n; T w o-way t i me sy nc hr o n i zat i o n; Sate lli te-g r o und range meas urement收稿日期: 2013-07-19;修回日期: 2013-09-06基金项目: 国家自然科学基金资助项目( 11073022，10673011) ; 湖南省自然科学基金资助项目( 11J J3072) ; 湖南省教育厅科学研究基金资助项目( 13A115，10C0413) ; 中国科学院精密导航定位与定时技术重点实验室开放基金资助( 2009P N TT07) ; 长沙市科技计划项目资助( K1309019 －11，K1309035 －11)黄飞江等: 星地动态双向时间同步与测距算法 1051第 9 期0 引言随着空间科学技术的快速发展，空天应用系统呈现出多样化的形式，其中以卫星导航系统、天基测控、载人航天、深空探测和分布式卫星系统等为典型代表，各系统的高精度轨道确定和时间统一是系统正常运行的基础。

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