卫星共视高精度时间比对与传递

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长基线高精度时间频率传递技术的综合应用

ｔｅａｄｆｑｅｃａｓｒｉｌｉｇｏａａｌｔｔｅｎｑｅｃａｓｒＴｉｎｅｕｎｙｒｎｆ，ｎｕｎ —ｗｙｓｔｌｅｉｄｆｕｎｙｒｎｆ（Ｗｍｒｔｅｃｄｔｗｅｉｍａｒｅｔｅ
）ａｄＧＳｃｍｎＰ — ｏ
ＣｏｂｎｔｏｍｐｅｅｔｔｎｏｉｈＡｃｕａｙＴｉｅａｄｍｉａｉｎＩｌｍｎａｉｆＨｇｃｒｃｍｎｏ
ＦｒｑｅｃａｓｅｃｎｑｅｏｅｎｓｌｎｅｕｎｙＴｒｎｆｒＴｅｈｉｕｖｒＬｏｇＢａｅｉｅ
第５０卷第８期
２１００年８月
电讯技术
ＴｌｃｍｍｕｉａｏｇｎｅｉｇｅｅｏｎｃｔｎＥｎｉｅｒｎｉ
Ｖ０．ＯＮｏ．１５８Ａｕｇ．２００１
文章编号：０１９Ｘ（０００ —０１ —０１０ —８３２１）８０２６
长基线高精度时间频率传递技术的综合应用
蒋宇志
（中国西南电子技术研究所，成都６０３）１０６
摘
要：对同步网络内长基线分布的节点，针实现高精度时间与频率无线传递的方法主要包括双向
卫星时间频率传递法（Ｗｓ下）ＧＳ共视法（ｖ）ｒ１Ｔ与ＰＩｃ两种卫星技术手段。介绍了这两种技术的工作
Ｋｅｒｓｓｎｈｏｏｓｎｔｏｋｔｏｗｙｓｔｌｔｔｎｒｑｅｃｒｎｆｒ（ｙｗｏｄ：ｙｃｒｎｕｅｗｒ；ｗ・ａａｅｌｅｉａｄｆｕｎｙｔｓｅＴＳｉｍｅｅａ， Ⅱ ）ＧＳｃＩｉｏｉｗ；Ｐｏｉｎｎｖｅｌ

地心非旋转坐标系中卫星共视法时间比对计算模型

时间比对可以实现地面站与卫星之间的时间同
图１卫星共视法基本原理图
标准时间的钟差分别为 △ 、 △ 、， △ 则有
Ｉ＝标时一 △ 准
步，主要采用的星地时间比对方法有星地无线电双向比对、星激光双向测距比对、距与卫星卫伪激光测距比对、距与星地测距比对等１伪６］。本文就对卫星共视法在地，Ｐ转坐标系中的基本计Ｅｔ旋算模型进行了详细的推导。
一
，
导航定位，体现在通过卫星星历影响用户的导还
航定位。）因此卫星导航定位系统必须有高精度
的时间基准，与站之间以及地面站与卫星之间站
必须保持严格的时间同步】。通过站间时间比对可以实现站与站之间的时间同步，主要采用的站间时间比对方法有卫星双向时间比对ｓｒ）卫星共视法比对、星Ｔｒ、卫载波相位法比对、光时间比对等『；过星地激４通习
维普资讯
４
・北京测绘・
２０年第１０８期
地心非旋转坐标系中卫星共视法时问比对计算模型
支晓冈１支雁雨２曹纪东２０４，４，
（．息工程大学测绘学院，南郑，４０５；．１８部队，１信河）５０２２６０１＇ｌ＇１北京１０９）００４［要】卫星导航定位系统测距的基础是测时，摘定轨和定位的前提是各观测量的时间同步，因此，时间同步技术是卫星导航定位系统建设的关键技术基础之一。卫星导航定位系统中时间同步技术包括卫星与地面（星一地）和地面站间（地）时间同步。在本文中，地一的根据卫星共视法时间比对的基本原理，分别从数学角度和几何角度详细推导了地心非旋转坐标系中卫星共视法时间比对的基本计算模型，而为实现站间高精度的时间同步提从

地球同步卫星双向共视时间比对及试验分析

地球同步卫星双向共视时间比对及试验分析刘利，韩春好，唐波（北京5136信箱，100094）摘要：本文讨论了地球同步卫星双向共视时间比对方法的基本原理，给出了该方法考虑各种影响因素的详细计算模型，并采用北京（中心站）与哈尔滨和乌鲁木齐两个标校站之间的共视比对数据进行了计算分析，计算结果表明：地球同步卫星双向共视时间比对方法原始数据的比对精度好于8ns，经过平滑处理，比对精度可以大大提高，如经过15分钟平滑，比对精度达到约2.5ns。

关键词：卫星导航系统；地球同步卫星；时间；共视Abstract: The theory of geostationary satellite two-way common view time transfer is discussed and the detailed model considered all error factors is given in this paper. Calculation and analysis are done using common view test data between Beijing and Harbin and Urumchi stations. The results show that the accuracy of geostationary satellite two-way common view time transfer is better 8ns and data smoothing can greatly improve time transfer accuracy, for example time transfer accuracy has reached about 2.5ns after 15 minutes data smoothing.Key words: Satellite Navigation System; Geostationary Satellite; Time; Common View1引言地球同步卫星定位系统是一种新型、全天候、高精度、区域性的卫星导航定位系统，具有快速定位（导航）、双向简短报文通信和授时（定时）三大功能[1]。

GPS共视法定时参数详解

GPS共视法定时参数详解张越, 高小珣（中国计量科学研究院北京 100013）摘要：利用GPS共视法进行时间比对时，标准数据格式中（GGTTS）各个参数的意义和实现方法。

目前国际上各时间频率传递研究机构统一采用这种标准格式，各研究机构之间很方便的进行各地原子时标的比对。

作者根据该格式编制了共视法软件，实现GPS数据接收和处理。

关键词：GPS共视法；GGTTS标准数据格式Explaination of timing parameters for GPS Common-view MethodZHANG Yue, GAO Xiai-xun(National Institute of Metrology , Beijing 100013, China)Abstract : With the Common-view method of satellites of the Global Positioning System(GPS) for time comparison , the meaning and the realization method for these parameters in GGTTS GPS Data Format are explained . At present, this standardization is used by the international academic organizations of time and frequency trensfer , which makes the comparison of the atomic time standards in the world more convenient . According to the format , the author has developed the common-view software, which can receive and processe GPS data .Key words: GPS Common-view method ; GGTTS GPS Data Format一、GPS共视法时间频率传递技术基本原理时间频率作为一个重要基本物理量在国民经济、国防建设和基础科学研究中起着重要的作用。

基于卫星共视技术的电网时间同步

ＺＨＡＯｎ —ｉＨＵｎ — ｕ，ＨＡＩＨｕ—ｈｎＭＡｎ —ｉｏＤａｇｌ，ＹｏｇｈｉＺｉｓｅｇ，Ｈｏｇｊａ
（ｔｏａｍｅＳｅｖｃｎｅ，ＣｈｎｓａｅｆＳｉｎｅ，Ｘｉａ１６０，Ｃｈｎ）ＮａｉｎｌＴｉｒｉｅＣｅｔｒｉｅｅＡｃｄｍｙｏｃｅｃｓ ’ｎ７００ｉａ
ＡｂｔａｔＩｉｗｆｔｅｓｎｈｏｉａｉｎｒｑｉｅｅｔｏｏｒｇｉｓａｒｍｏｅｔｅｃｍｐｒｓｎｓｒｃ：ｎｖｅｏｉｙｃｒｎｚｔｏｅｕｒｍｎｓｆｒｐｗｅｒｄ，ｅｔｉｏａｉｏｍｍａｄｔａｓｉｓｏｅｈｄｂｓｄｏｈａｅｌｅＣｏｍｏ．ｅｔｃｎｌｇｓｐｅｅｔｄｉｈｓｐ — ｎｒｎｍｓｉｎｍｔｏａｅｎｔｅｓｔｌｉｍｔｎＶｉｗｅｈｏｏｙｉｒｓｎｅｎｔｉａ－．ｐｒＴｈｅｈｄｃｎｒａｉｅｈｇ — ｒｃｓｏｉｅｓｎｈｏｉａｉｎａｄｆｅｕｎｙｃｌｒｔｏ．Ｔｈｓｅ．ｅｍｔｏａｅｌｉｈｐｅｉｉｎｔｙｃｒｎｚｔｎｒｑｅｃａｉａｉｎｚｍｏｂｉｐｐｒｉｔｏｕｅｅｉｎｏｈｏｔｒｎａｄｒ，ａｄｄｔｒｃｓｉｇａｇｒｔｍ．ＢｓｄｏａｅｎｒｄｃｓｄｓｇｆｔｅｓｆｗａｅａｄｈｒｗａｅｎａａｐｏｅｓｎｌｏｉｈａｅｎＰｉａｙＲｅｅｅｃｌｃｓｏｏｒｇｉｎｏａｏｄｎｔｉｅｓｌＴｉｅｏｔｏａｍｅｒｍｒｆｒｎｅｃｏｋｆｐｗｅｒｄａｄｌｃｌＣｏｒｉａｅＵｎｖｒａｍｆＮａｉｎｌＴｉ

卫星双向时间与频率传递链接

卫星双向时间与频率传递链接
卫星双向时间与频率传递链接
时间同步是高精度授时不可或缺的环节.利用同步卫星进行双向时间传递可最大限度地消除路径因素对时间同步的影响,并且可准确、实时地得到高精度的比对结果.国际权度局(BIPM)为改善世界范围内时间同步,提出了全球卫星双向时间传递(TMTT)计划.德国技术物理研究所(PTB)是国际原子时TAI系统全球时间链接的中心,中国科学院国家授时中心(NTSC)与德国技术物理研究院(PTB)建立了双向比对链.将会进一步提高我国标准时间UTC(NTSC)与国际标准时间比对的性能指标.
作者：张虹李焕信 Zhang Hong Li Huanxin 作者单位：中国科学院国家授时中心临潼,710600 刊名：电子测量与仪器学报 ISTIC英文刊名：JOURNAL OF ELECTRONIC MEASUREMENT AND INSTRUMENT 年，卷(期)：2008 22(z1) 分类号：P127.1 P228.4 关键词：时间同步卫星双向时间传递国际原子时标准时间。

卫星共视技术的研究应用

卫星共视技术的研究应用摘要：摘要随着科学技术的发展，时间与频率的重要性越来越突出。

本文介绍了利用长河二号导航系统实现守时与授时的主要技术体制。

关键词：授时卫星共视1 引言“日出而作日落而息”的生活模式早已离我们远去，在科技高速发展的今天，人们对准确、统一的时间的需求越来越高。

随着信息技术的快速发展，时间在经济运行、科学研究、国防建设等领域中的地位作用越来越凸显，已成为国防与国民经济建设的重要基础设施。

世界主要发达国家都非常重视时频建设，美俄出于维护大国地位需要，均建有独立完备的国家时频体系。

在电信、电力、交通、金融、电子政务、电子商务和科学研究等领域，对时间的需求从秒级到纳秒级、皮秒级，建立准确、统一的时间基准也变得越来越迫切。

高精度时间频率传递技术是卫星授时手段的补充和扩展。

近年来，随着国防和空间技术的发展，对高精度时间和频率提出了更高的要求。

如卫星发射、卫星导航系统建设、深空探测、空中目标的探测和同步数字体系（SDH Synchronous Digital Hierarchy）通信网的时间同步等领域对时间同步精度要求达纳秒量级。

2卫星共视原理所谓共视（common-view）就是两个不同位置的观测者，在同一时刻观测同一颗卫星同一信号中的同一标志（包括北斗、GPS、GLONASS、CAPS、、通信、气象、资源卫星等）实现时间同步的方法。

下面以GPS共视为例对卫星共视原理进行介绍。

GPS共视原理如图1所示。

由图可见这是一个单收系统，在每个比对点，本地钟均按自己的速率运行。

根据比对需求，利用卫星所播发秒脉冲信号或其它固定速率时钟脉冲信号（如卫星电文的帧信号、子帧信号或字头信号）进行时差比对，得到本地钟与卫星所播发1PPS秒信号或其它固定速率时钟脉冲信号时差，然后再按照卫星共视数据处理格式进行处理，得到两地的钟差。

共视系统配置如图1所示。

图2 GPS卫星共视系统配置图3卫星共视技术的应用卫星共视技术是性价比高、应用广泛的时频传递与比对技术，能够实现异地原子钟组联合守时、高精度时间同步、远距离时间频率传递的要求，是时频体系建立与应用必不可少的重要技术。

利用GPS全视法测两地时差的研究0605

利用GPS全视法测定两地时差的实验研究摘要目前，全视时间传递技术得到了较好的利用和发展。

本文介绍了高精度时间传递的重要意义、基本的时间系统以及时间传递对于时间系统维护的重大作用。

通过对全视法与共视法时间比对的基本原理进行分析，评价了全视时间比对的优劣性；利用全视法对国际计量局（BIPM）提供的10个台站的GPS数据进行解算得到两两台站之间时差和比对精度，并与其他研究者的成果进行了比较，结果表明，利用全视比对技术可克服基线长度对于传统时间比对方法的影响，而且精度可以稳定到纳秒级。

关键词：GPS观测；全视法；时间比对ABSTRACTAt the present time, the GPS All-in-view plays an important role in time transfer. In this paper, we introduce the significance of the time transfer with high degree of accuracy and the basic time systems with its maintenance work by time transfer, analyze the basic theory of both A V and CV, evaluate the advantages and disadvantages of A V by comparing with CV. Additionally, using the corrected GPS data that download from BIPM we calculate the time differences between 10 stations and evaluate their accuracy. Finally, we get conclusions that the length of baselines have little influence to the A V and the A V results can achieve the accuracy of ns.Key words: GPS observations; All-in-view；time transfer；目录第1章绪论 (1)1.1 时间传递研究的重要意义 (2)1.2 时间传递研究的发展背景 (2)第2章全视法测两地时差的基本原理 (3)2.1基本概念 (3)2.1.1时间系统 (3)2.1.2 世界时（UT） (3)2.1.3原子时（TAI） (5)2.1.4协调世界时 (5)2.1.5 GPS时间系统 (6)2.1.6 GPS时间系统内的时间同步 (7)2.2 共视时间比对的基本原理 (7)2.3 全视时间比对的基本原理 (8)2.4 时间传递过程中的误差来源与分析 (9)2.4.1 卫星部分产生误差 (10)2.4.2与信号传播有关误差 (11)2.4.3与接收机有关的误差 (12)2.4.4其他误差 (13)2.4.5 AV时间传递中各误差的影响 (13)2.5 共视法与全视法的优劣性分析 (14)第3章全视法测定两地时差实验结果及分析 (18)3.1 全视法比对数据以及模型 (18)3.2 全视法时间比对结果 (19)第4章结语 (34)参考文献 (35)致谢 ........................................................................................................... 错误！未定义书签。

卫星导航时间传递性能的分析与比较

ｔｒｎｓａｆｅｒｃａｐａｂｉｌｉｙｔｏｆＧＰＳ，ＧＬＯＮＡＳＳ，ＧＡＬＩＬＥＯｎｄａＣｏｍｐａｓｓ．Ｔｗｏｓｅｔｓｏｆｔｉｍｅｔｒａｎｓｆｅｒｓｙｓｔｅｍｓｕｓｉｎｇｃａｒｒｉｅｒｐｈａｓｅｔｉｍｅ
ＹＡＮＧＷｅｎｈｕｉ，ＨＵＡＮＧＸｉｎｂａｏ，ＬＵＯＲｕｉ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＧＮＳＳｈａｓｔｈｅｃａｐａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｉｍｅｔｒａｎｓｆｅｒ．Ｔｈｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｕｓｅｄｆｏｒｈｅｔｔｉｍｅｔｒａｎｓ￣ｒｉｎｃｌｕｄｅｔｉｍｅｇａｎｓ￣ｒｏｆ
ｐｒｅｃｉｓｅｐｏｉｎｔｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ，ｔｉｍｅｔｒａｎｓｆｅｒｕｓｉｎｇｃｏｍｍｏｎｖｉｅｗｍｅｈｏｔｄ，ｒｅｌａｔｉｖｅｉｔｍｅｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎｗｉｈｔＤＧＮＳＳ．Ｔｈｅｍｅｈｏｔｄｓａｒｅｕｓｅｄｔｏａｃｈｉｅｖｅｈｉｇｈｐｒｅｃｉｓｅｔｉｍｅｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｉｆｘｅｄｓｔａｔｉｏｎａｎｄｍｏｂｉｌｅｐｌａｔｆｏｒｍｏｆａｔｙｐｉｃａｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｌ１ｇｓｙｓｔｅｍ．ＢｙａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄｃａｐａｂｉｌｉｔｙｏｆｓｅｖｅｒａｌＧＮＳＳｔｉｍｅｔｒｎｓａｆｅｒｍｏｄｅｓ，ｈｅｔｐａｐｅｒｇｉｖｅｓａｃｏｍｐａｒｉｓｏｎａｎｄｎａａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｔｉｍｅ

GPS共视时间频率传递应用研究

盟＿ＣｈｉｎａＮｅｗＴｅｃｈｎｏｌｏ￣ｉｅｓａｎｄＰｒｍｏｄｕｃｔｓ
信息技术
ＧＰＳ共视时间频率传递应用研究
孙君
（中国电子科技集团公司第二十七研究所，河南郑州４５００００）
ＧＰＳ是ＧＩｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ的缩括：电离层以及对流层产生的延迟具有不写，ＧＰＳ是一种全球性、全天候的卫星无确定性，ＧＰＳ信号接收机存在的延迟不稳线电导航系统。其特点是可以同时精确的、定性以及轨道参数的不准确性。快速的为无限多用户提供定位需要。ＧＰＳ主要是南空间部分（ＧＰＳ卫星）、地面控制４．１电离层附加时延
摘要：随着科学技术的快速发展，在许多的工程中和国民经济的发展中高精度时间频率传递有着极其重要的作用。尤其是近几年随着国防科技以及空间科技的快速发展，人们对于高精度的时间和频率传递有了更高的要求。本文主要是论述了ＧＰＳ共视存在的主要误差源，以及ＧＰＳ共视时间频率在实际中的应用。关键词：ＧＰＳ共视；时间频率传递；误差源；应用中图分类号：ＴＭ９３５．１ｌ文献标识码：Ａ随着科学技术的发展，高精度的时间和频率传递在国民经济建设以及很多的高新企业中都发挥着重要的作用，目前在我国，通信、电力以及交通等行业都广泛应用高精度的时间和频率传递技术。尤其是近些年国防科技以及空间技术快速发展，其对高精度的时间和频率传递提出了更加严格的要求。虽然，在九十年代时我国就已经建立了独立的长波授时体系，但是其时间传递的精度仍然不能满足科技发展的需要，而且每天覆盖的时间也只有八个小时。伴随着我国航天技术的发展，对时间和频率传递的精度要求能够达到亚微秒量级。而在更高技术例如空中拦截中，时间和频率的传递精度则要达到纳秒量级。但是，目前能够达到这一要求的设备还是需要完全依靠从国外进口。因此，大力研发高精度时间传递对于促进我国通信事业以及国防事业的快速发展有着极其重要的作用。笔者从以下几个方面介绍了我国的ＧＰＳ共视技术的发展应用以及存在的问题。１ＧＰＳ共视技术应用的发展现状在我国的各定时实验室之间，在很多年前就已经开始使用ＧＰＳ共视技术来达到和完成高精度的时间和频率的传递。由于这种方法比较适用于进行原子钟比对，从而可以将世界各定时实验室的原子钟联系在一起来共同参与ＴＡＩ计算。而且随着丰十会科技的不断进步和其他行业的需要，越来越多的行业都开始使用高精度的时间和频率同步这一技术，并也开始使用ＧＰＳ共视技术。但是由于ＧＰＳ共视接收机相对昂贵，限制了ＧＰＳ共视技术在各个领域的应用。这样就需要有高科技企业来研制相对廉价的ＰＧＳ接收机来满足不同企业对于该项技术使用的需求。廉价的ＧＰＳ接收机出现于九十年代中期。但是，无论用户的原子钟有多么准确，都会存在着老化的现象。这就需要定期对需要高精度时间频率同步的用户的接收机进行校正。但这很难让远距离的原子钟实现同步，而ＧＰＳ共视技术则可以解决这一问题，除此之外，ＧＰＳ共视技术可以作为一种媒介，让用户与国家级守时实验室的原子钟实现同步。随着科技的不断进步，ＧＰＳ共视技术由于其价格适中，精准度高，使用方便等特点，已经开始广泛应用于各个领域。２ＧＰＳ共视时间传递原理以及在实际中的应用

卫星双向共视法时间比对中Sagnac效应计算模型

摘要：根据卫星双向共视法进行时间比对的基本原理，详细介绍了Ｓ，ａ效应产生的原因。并以圆轨道地球￣ｎｃ静止同步卫星为例，推导了卫星双向共视法时间比对中Ｓｇａａｎｃ效应在地心惯性系的基本计算模型。给出了
当地面站在赤道上和不在赤道上这两种情况下，ａｎｃ效应的详细计算过程。Ｓｇａ关键词：卫星双向共视法；ａｎｃＳｇａ效应；同步轨道卫星；地心惯性系
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第２５卷第３期
２００８年Ｏ６月
测绘科学技术学报
ＪｕａｆＧｅｍａｉｓＳｉｎｅａｄＴｃｎｌｇｏｒｌｏｏｔｃｅｃｎｅｈｏｏｙｎｃ
Ｖ０＿５Ｎｏ３ｌ２．
ＡｂｔａｔＩｈｓａｅ，ａｃｒｉｇｔｅｂｓｌｐｉｃｐｅｏｅｍｅｏｆｗ－ａａｅｌｅｃｍｍｏ — ｉｗｔｏａ－ｓｒｃ：ｎｔｉｐｒｃｏｄｎｔａａｒｉｌｆｈｔｄｏｏｗｙｓｔｌｔｏｐｏｈｎｔｈｔｉｎｖｅｍｅｃｍｐｒｉｉｏ，ｔｅｒａｏｏｅｓｇａｆｃｃｍｅｎｏｂｉｇｈｓｂｅｔｕｅｎｄｔｉｓｎｈｅｎｈｗｔａｎｃｅｆｔｏｓｉｔｅｎａｅｎｉｒｃｄｉｅａｌａｉｇｔｅｃｒｕａｒｉｇｏｓｈｅｎｏｄ．Ｔｋｎｉｌｒｏｂｔｅ－ｈｃｓａｉｎｒａｅｌｅｆｒｅａｌ，ｔｅｂａｏｕａｉｎｄｌｏｅｓｇａｆｃｆｔｅｍｅｈｆｔｏｗｙｓｔｌｔｔｔａｙｓｔｌｔｏｘｍｐｅｈａｌｃｍｐｔｔａｍｏｅｆｔａｎｃｅｆｔｏｔｏｏｗ — ａａｅｌｅｏｉｓｏｌｈｅｈｄｉｃｍｍｏ — ｉｗｔｏａｉｏｎｔｅｅｒ —ｅｔｒｄｉｅｉｅｅｅｃａｅｈｅｎｄｄｃｄｎｅｄｔｉｄｃｎ— ｏｎｖｅｉｃｍｐｒｓｎｉａｔｃｎｅｅａａｒｆｒｎｅｆｍｅｈｈｎｌｒｍａｂｅｅｕｅ，ａｄｔｅａｌｏｓｈｅｐｔｔｎｒｃｄｒｆｈａｎｃｅｆｃｓｂａｎｄｉｅｃｅｈｔｅｇｏｎ —ｔｔｎＷｒｎｔｏｅｅｕｔｒｕａｉａｐｏｅｕｅｏｅｓｇａｆｔｏｌｔｅＷａｏｔｉｅｔａｓｔａｒｕｄｓｉａｏｏｎｔｑａｏ．ｎｈｓｈｔａｏｓｈＫｅｒｓｗ－ｙｓｔｌｔｏｙｗｏｄ：ｔｏ－ａｅｉｃｍｍｏ－ｉｗ；ｓｇａｆｃ；ｇｏｔｔｎｒａｅｉ；ｅｒｈ－ｎｅｅｎａａｅｅｅｃｗａｅｎ・ｅｖａｎｃｅｆｔｅｓａｉａｙｓｔｌｔｅｏｅａｔ・ｅｔｒｄｉｅｉｒｆｒｎｅｃｌ

卫星双向时间比对原理及比对误差估算_孙宏伟

2001年4月宇航计测技术第21卷　第2期卫星双向时间比对原理及比对误差估算＊孙宏伟＊＊　李志刚　李焕信　梁双友文　摘　论述了卫星双向时间比对原理和比对系统中各项系统误差。

计算出同步卫星运动导致的时间延迟误差、地球自转效应(Sagnac)误差和地面站设备时延误差。

在所有误差项中,地面站户外单元设备是最大的误差来源,这个值与环境温度是强相关的,且存在反比关系,温度系数达到-0.1ns/℃。

对此,可通过温度控制或对数据的温度补偿来降低误差。

在对所有误差项进行综合计算后,得出比对误差可低于2ns。

主题词　卫星时间同步　+时间比对　误差1　引　言通常,时间科学研究的内容除了建立一套独立的时间标准和时间发播手段外,还要求这个时间标准与外界同步。

陕西天文台作为国家的时间标准,就必须与国际时间标准同步。

自1995年以来,世界各国主要是利用美国的GPS系统进行时间比对。

同时有十多个时间实验室陆续开始应用卫星双向时间比对(TWSTT)方法,该方法具有当今最高的时间比对准确度,是最具前景的国际时间同步方法。

TWSTT的发展已经有二十多年的历史了。

在十多年前,陕西天文台就与欧洲一些国家进行过这种试验。

在1979年与法国的利用“交响乐”同步卫星进行的双向时间比对中,同步误差为8ns;在1985年意大利的利用“天狼一号”同步卫星进行的双向时间比对中,同步误差为0.7 ns。

随着技术的不断进步,这种时间比对的准确度都在不断提高。

现在在陕西天文台与日本通信研究所的双向时间比对中,误差不大于0.3ns。

2　TWSTT的基本原理该方法的工作原理可用图1得到解释。

设甲站的定时信号与它接收到来自乙站的定时信号的时差为T1,乙站的定时信号与它接收到来自甲站的定时信号的时差为T2,而(t1,r1),(t2, r2)分别为甲、乙两站的发射设备和接收设备时延,甲乙两站定时信号的时差为Δt(甲地钟的收稿:2000-12-25＊中国科学院资助项目。

基于卫星共视法的时间频率远程校准原理

基于卫星共视法的时间频率远程校准原理王莉萍　徐亮 / 上海市计量测试技术研究院摘　要　文章从实际发展需求出发，对测量准确度较高的卫星共视法开展研究，为时频量传体系的革新提供了新的思路。

该方法是利用卫星作为转发器的远程校准技术，其充分利用了现代通信技术和互联网，大大降低了校准的风险与成本，同时实现了实时监控和动态管理，为全面监督管理打开了新的局面。

关键词　时间频率；频率信号；原子钟；卫星共视；远程校准0　引言时间是国际体系七个基本单位中最高精度和应用最广泛的物理量，用以描述物体运动的特性。

由于计时工具不断改进，对时间的准确度已经提升到了10-14数量级，甚至更高。

因此高准确度的时间频率标准及其传递比对和同步方法，可用于研究一些基本物理常数是否随时间变化等基础科学方面的重大问题，并且在卫星导航、深空探测等前沿科学研究领域也有着广泛的应用。

传统的原子频率标准装置的校准对于环境要求非常严格，一旦达不到标准要求，该装置存在极大的不确定风险。

同时，传统校准方法其装置送检校准的周期较长，对于参与科研项目研究，需24 h上电工作的原子频率标准装置，难以满足其校准需求。

因此远程校准技术的研究是未来发展的主要方向。

时间频率的传递和发播是基准钟之间、守时钟组之间以及守时钟组和终端用户之间量值溯源、传递和比对的桥梁。

基于原子钟频率标准有其自身的特点，可以避免地理限制，并以电磁波作为载波进行远距离传输。

随着卫星定位系统的广泛应用和计算机网络传输技术的不断发展，为远程校准提供了契机和条件。

1　共识法校准比对基础卫星共视远程校准方法以卫星为中间载体，以接收卫星信号时间为中间量进行计算，因此卫星授时是该远程校准方法的基础。

卫星授时是指系统通过解析相应卫星授时接收机接收到的卫星通信信号，得到时间信号，以实现时间的量值传递。

卫星授时涉及卫星系统时间、相应卫星上星载钟时间以及使用方时间。

三者之间的关系如图1所示。

图1　卫星时间量传关系示意图设卫星授时接收机接收到的是第i颗卫星的信号，该信号发射时的卫星系统时间为t XT ，第i颗卫星钟时间为t WT；卫星授时接收机接收时的卫星系统时间为t XR，用户钟显示时间为t YR；第i颗卫星钟时间在信号发射时与卫星系统时间之间的偏差为Δt WX，可利用星载钟参数对导航电文播发的信号时刻进行修正；Δt YX为利用卫星信号算出的接收机接收时用户钟时间与卫星系统时间的偏差；卫星信号传输距离为ρ，则：= (X s - X r)2 + (Y s - Y r)2 + (Z s - Z r)2 （1）式中，（X r，Y r，Z r）为用户接收机坐标t YR - t WT =ρ jc + Δτ + Δt YX - Δt WX （2）即：Δt YX t WX - Δτ -ρ jc （3）1国内统一刊号CN31-1424／TB2019/3 总第274期国内统一刊号CN31-1424／TB 2019/3 总第274期式中：ρ j —— 空间卫星到授时接收机的空间直线距离；　c —— 光速Δτ =5i =1Δτi （4）式中：Δτi （i = 1，2，…，5）—— 代表卫星钟差、电离层误差、对流层误差、接收机延迟和接收机噪声等引入的误差；　（X s ，Y s ，Z s ）—— 空间卫星坐标令τ j= ρ j c ，τ = ρc ，则由卫星信号计算得到的用户钟差估计值为Δt YX = τ - τ j + Δt WX - Δτ （5）将式（4）代入式（5），得到用户钟与卫星系统时间之间的偏差Δt YX ，而Δt YR - Δt YX 即为接收机接收信号时的卫星系统时间t XR 。

基于卫星共视法的时间频率远程校准原理

1 远程校准主要项目的国内外比对现状
时间频率远程校准服务主要是将卫星作为中间载体，从而对时间频率进行计量的一种方法，此种方法能够通过导航、通信以及电视直播等方式来传递，此种方法具有方便快捷、准确度高的特点。在运用此方法的时候，通常都是将卫星作为中间的转发器，将标准时间频率信号与待校准的用户相连接，从而使得在各自的实验室中就可以完成校准服务。例如：美国和俄罗斯之间就可以通过此种方法来实现时间的传递。通常应用较广的时间频率校准技术共包括三种，第一种是单向传递法，此种方法主要是待校准方能够直接从卫星信号中提取其所需要的关键信息；第二种方法为卫星共视法，此种方法主要是通过利用卫星，将卫星时间作为中间量，从而对两地之间的钟差进行准确的计算；第三种是卫星双向时间频率对比法，此种方法主要是通过对地球同步轨道中的通信卫星进行利用，将接收和发送的时钟信号进行相应的处理，从而得到两地的钟差 [1]。另外，随着信息技术的不断发展，现今还有一种较为先进的时频对比技术，也就是光纤时频对比技术，此种方法主要是通过利用光纤直接将时间频率信号输送到异地，从而对两地之间的钟差进行计算。现今，我国在进行计量的时候，中国计量科学研究院通过利用 GPS 时频传递技术，从而实现了远程校准，并且此种方法已经有一定的固定用户，使用此种方法进行远程校准。在国际计量的领域中，美国、英国、日本和德国等国家也纷纷对远程校准技术进行了研究与推广，尤其是在美国、欧洲和日本等地对 GPS 远程校准技术的应用范围较广，而由此也可以看出 GPS 时频量传接收机的远程校准服务应用范围较广。
相对于其他国家而言，我国关于远程校准的研究起步相对而言较晚，现今关于网络校准这方面的内容，较多的高校已经展开了相关的研究。中国工程物理研究所也开始对远程校准技术进行了相关的研究，其在进行研究的时候侧重点主要在校准测试系统和相关软件的设计上，但是关于时间频率远程校准的研究与应用较少，现今推广的重点主要在计量技术上。

基于共视原理的卫星授时方法

基于共视原理的卫星授时方法共视原理是指当观测到一个事件发生时，如果另一个观察者和第一个观察者在同一时间同一地点观测到同一个事件，则第一个观察者可以用来校验时间。

基于共视原理的卫星授时方法是利用多颗卫星分布在不同位置上来实现时间同步的方法。

包括GPS(全球定位系统)和GLONASS(全球导航卫星系统)等。

在卫星授时方法中，卫星作为一个准精确的时钟源将时间信息广播到全球。

接收机通过接收到来自多颗卫星的信号，利用共视原理来测量信号的传播时间差异，从而估算出接收机的位置和时间。

卫星授时方法的主要原理是通过测量信号的传播时间来获得准确的时间信息。

卫星授时方法主要由以下几个步骤组成：1.卫星发射时钟信号：多颗卫星分布在不同位置上，每颗卫星都带有高精度的原子钟。

这些卫星会周期性地发射时钟信号，确保每个接收机都能接收到正确的时间信息。

2.接收机接收信号：接收机根据自身的位置和时间，接收到来自多颗卫星的信号。

3.信号传播时间测量：接收机利用信号传播时间差异来计算自身的位置和时间。

根据共视原理，如果接收机在同一时间观测到同一颗卫星的信号，那么可以假设这两个事件发生在同一地点，从而可以推算出接收机的位置和时间。

4.定位：通过接收多颗卫星的信号，接收机可以通过三角定位等方法计算出自身的位置。

5.时间校准：通过测量信号的传播时间，接收机可以校准自身的时间。

由于卫星发射信号的时钟非常精确，接收机可以利用这些信号来校准自身的时钟，从而得到准确的时间信息。

6.时间同步：通过不断接收来自卫星的信号并校正自身的时钟，接收机可以保持与卫星的时间同步。

这样，无论接收机所处的位置和时间如何变化，都可以获得准确的时间信息。

基于共视原理的卫星授时方法的优点是精度高、覆盖范围广，可以在全球范围内实现时间同步。

同时，卫星授时方法的另一个优点是无需建立专门的通信链路，只需要利用广播信号就可以完成时间授时，成本相对较低。

然而，基于共视原理的卫星授时方法也存在一些挑战。

超高精度时间频率同步及其应用

超高精度时间频率同步及其应用摘要：文章介绍了时间频率同步的主要概念及方法。

重点介绍了在清华大学与中国计量科学研究院之间往返80 km的商用光纤链路上进行时间频率传输与同步的方案，实验得到7x10-15/s，5x10-19/天的频率传输稳定度和50 fs的时间同步稳定度。

针对不同网络结构，文章作者提出了多种光纤同步方案，并着重介绍了时间频率同步在科学研究领域中的一些重要应用。

一、引言时间，这是最早被人类意识到的同时也是最神秘的一个基本物理量。

从古时代人们的日出而作，日落而息，到地心说和日心说，再到相对论和宇宙大爆炸理论，人类从未停止过对时间本质与起源的探求。

另一方面，如何不断地提高“时间”这一基本物理量的测量精度，也一直是人类不懈追求的重要目标之一。

早在18世纪，为争夺海上霸权，解决远距离航海定位（经度）的难题，欧洲各国都在积极寻找海上精确守时的办法。

最终，一位英国钟表匠约翰•哈里森（John Harrison）发明了航海钟，首次使钟摆的摆动频率摆脱了重力影响，大大提高了航海过程中的时间测量精度，从而使安全的长距离海上航行成为可能o}。

在一定程度上，这也是日后英国成为“日不落帝国”的根本原因所在。

在此之后，随着现代高精度原子钟的快速发展，时间测量的精度已经遥遥领先于其他物理量的测量精度，时间因而成为测量精度最高的基本单位。

1967年，国际度量衡大会通过了新的国际单位制原子秒的定义—位于海平面上的铯（1133Cs）原子基态的两个超精细能级在零磁场中跃迁振荡9192631770周期所持续的时间为1秒（定义中的艳原子在温度为OK时必须是静止的），这标志着时频计量由天文基准过度到量子基准。

极高的测量精度和可直接传递的特性也使时频计量成为其他计量向量子基准转化的先导；1983年，国际计量大会（CGPM）会议重新定义长度计量单位“米”为光在真空中1/299792458秒所传播的距离。

长度和时间的这种密切关系已被广泛应用于卫星定位系统，例如全球定位系统（GPS）以及我国的北斗系统。

超高精度空间站共视时间比对新方法

超高精度空间站共视时间比对新方法刘音华;李孝辉【期刊名称】《物理学报》【年(卷),期】2018(67)19【摘要】随着科学技术的进步和发展,许多基础前沿领域要求时间比对的精度为几十皮秒甚至更高.空间站上的原子钟系统比地面钟性能更优,但传统的共视时间比对方法应用于空间站共视存在一定的局限性.本文基于广义相对论分析了精度为几十皮秒的空间站共视时间比对原理,考虑了所有的皮秒级以上的时延项;结合空间站共视时间比对原理,仿真分析了空间站对于中国几大主要地理城市的可见性,分析结果表明部分地区存在共视时间比对的工作盲区.结合理论和仿真研究了空间站轨道误差对传统共视时间比对方法的影响,研究结果表明传统共视时间比对方法不能有效地抵消轨道误差,其对共视时间比对的影响在几百皮秒量级.提出了空间站分时共视时间比对新方法,介绍了该方法的主要原理和优势.通过仿真实验验证了新方法的有效性,能够实现几十皮秒精度的两地面站远距离共视时间比对,同时解决了传统共视方法的工作盲区问题.【总页数】12页(P68-79)【作者】刘音华;李孝辉【作者单位】(中国科学院国家授时中心, 西安 710600;(中国科学院大学, 北京100049;(中国科学院国家授时中心, 西安 710600;(中国科学院大学, 北京 100049【正文语种】中文【相关文献】1.卫星双向共视法时间比对计算模型及其精度评估 [J], 刘晓刚;吴晓平;张传定2.轨道误差对空间站高精度时间比对的影响分析及修正方法 [J], 刘音华;李孝辉3.基于北斗三号的长基线共视时间比对 [J], 武文俊; 王威雄; 王翔; 高喆; 安卫; 董绍武4.Vondrak-Cepek组合滤波在北斗共视和卫星双向时间比对融合中的应用 [J], 王威雄;董绍武;武文俊;郭栋;王翔;高喆5.北斗三号新信号体制共视时间比对 [J], 张继海;董绍武;袁海波;广伟;赵书红;王威雄因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

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卫星共视法高精度时间频率比对与传递系统
目录
1．概述 (3)
2．卫星共视时间比对与传递系统组成及工作原理 (4)
2.1 卫星共视时间比对与传递工作原理 (4)
2.2 时间比对和传递系统设备配置及连接 (7)
3．经费预算................................................. 错误！未定义书签。

1．概述
时间是物理学的基本参量之一。

随着科学技术的发展，高精度的时间和频率在国民经济发展中的地位日趋重要，诸如通信、电力、交通、高速数字网同步等高新技术领域有着广泛的应用，特别是我国国防建设和空间技术领域，如空间目标探测与拦截（类似于美国爱国者导弹防御系统）、我国第二代战略武器试验、载人航天工程和拟建中的二代卫星导航系统对时间和频率的精度提出了更高的要求。

二十世纪末，随着空间技术的发展，GPS和北斗卫星导航系统相继问世，授时具有了全方位性(陆地、海洋、航空和航天)、全球性、全天候、连续性和实时性，并提供了高精度的授时覆盖和服务。

“时间统一系统”为精密时间产生、传递、恢复和保持、科学研究、科学实验和工程技术及一切动力学系统和时序过程的测量和定量研究提供了必不可少的时间基准和依据。

就高精度时间传递与比对系统而言，可以应用于工程项目的主要包括以下几种：
1．RNSS卫星共视时间比对与传递；
2．RNSS卫星载波相位时间同步；
3．卫星双向时间比对与传递；
4．搬运钟时间比对与传递。

在以上几种方法中，卫星共视时间比对与传递是一种较为优秀的高精度时间比对与传递系统。

2．卫星共视时间比对与传递系统组成及工作原理
2.1 卫星共视时间比对与传递工作原理
所谓“共视”(Common View)就是位于两个不同位置的观测者，在同一时刻对同一颗卫星进行观测，其原理如下图所示。

图1 GPS 共视法高精度时间同步原理图
图1给出了一个单收系统示意图，在每个比对点，本地钟均按自己的速率运行。

根据比对需求，利用卫星所发射的1PPS 秒信号、或其它固定速率发射的时钟脉冲信号。

在每个测站，利用本地钟的1PPS 信号打开时间间隔计数器闸门，再用从共视接收机所输出的1PPS 秒信号关闭时间间隔计数器的闸门。

这样，我们可以得到以下的时间关系（图2）：
在钟1处：
接收时间 1τ+=卫接收T t
计数器读数 1d T =)(11τ+-卫T T (1)
GPS 卫星
在钟2处：
接收时间 2τ+=卫接收T t
计数器读数 2d T =)(22τ+-卫T T (2)
式中，1τ和2τ为路径延迟，它等于卫星发射时间到接收设备时延。

解由(1)和(2)联立的方程组可得
)(212121ττ-+-=-d d T T T T (3) 由此我们可以求得1T t =发射时钟1和时钟2的钟面值之差。

图2 GPS 共视时间比对示意图
由此我们可以求得1T t =发射时钟1和时钟2的钟面值之差。

(3)式表示了卫星导航系统时间发射T 时刻，时钟1和时钟2的钟面时刻差，利用共视接收机获得的星历表和对流层、对流层等改正模型参量，求得21ττ和(此项在共视接收机中已经作了自动改正)。

所以
212121d d T T T T R R -=-=- (4)
由此，要获得两地之间的钟差，只需要知道参加比对双方各自时间间隔计数器的读数。

与卫星双向时间同步相类似，在两个相距很远的不同观测者在同一
收
T
发
时刻观测同一颗GPS卫星，得到两地观测的差值后，利用卫星信道以数字编码的形式和通过互联网实时相互传递双方各自时间间隔计数器的读数。

对数据进行统计处理，就可以得到这两地之间时钟的差。

根据处理结果对各自的钟差进行改正，即可实现两地之间的时间同步。

GPS共视比对的优点是能将可能出现的某些误差减到最小。

卫星时钟误差会被全部消除，原因是两地接收机的这一误差是共同的。

早在1984年，东京天文观测站（TAO）和美国海军天文台(USNO)之间进行了一次共视比对试验。

在这个研究试验中，华盛顿与东京之间约有两个小时的同视时间。

观测是在两地的晨昏线时进行的。

图3给出了1984年2月15日在两地获得的数据。

横轴以小时为单位表示时间，纵轴则以纳秒为单位表示东京天文观测站（现在是日本国家光学观测站）
图3东京天文观测站（TAO）和美国海军天文台(USNO)之间
共视比对试验结果
与美国海军天文台之间的时间差，两地的时钟用作当地GPS时间变换单位的基准。

当两地都在晚上以及一地是晚上另一地是白天时，两个台站之间的数据没有发现有不连续的现象。

卫星数量的增多，能在一天里得到足够的数据。

通过平滑两天的间隔，GPS 数据中的许多波动可降到最低。

鉴于目前铷原子钟和铯原子钟
所能达到的性能，要将当地时标的精度保持在13101-⨯是完全可以的。

到
目前为止，国际权度局(BIPM)下属各时频基准实验室之间的全球高精度时间比对主要采用GPS 共视比对。

2.2 时间比对和传递系统设备配置及连接
根据《电网时间统一系统方案》要求和《电网时间统一系统框架》，电力系统时间统一系统时间比对和传递系统连接原理框图如图4所示。

卫星授时网络:
授时中心层网络：连接各个时间中心的通信网络，传递比对数据
有线授时网络：
连接区域时间中心和时间接收点的通信网络；授时，传递时间数据。

授时中心层：一级中心和多个区域中心组成。

授时网络层：区域时间中心和直接授时的时间节点
各种卫星系统：
共视比对卫星、双向法通讯卫星、授时卫星
同步通讯卫星
基准传递系统：卫星共视系统双向法卫星系统
光通信时间比对系统
图3 电力系统时间统一系统组成框图
由图可见，应用于电力系统时间统一系统的时间比对和传递系统主要包括一级中心和区域中心等若干个主要节点。

图中连线为通信链路，它除了担负电力网的通信调度任务外，还担负着时频信号和时频信息传
输和卫星共视比对数据的传输任务。

时间比对和传递系统设备连接原理方框图如图4所示。

卫星
图4时间比对和传递系统设备连接原理方框图
应用于电网一级中心/区域中心的GPS/北斗共视时间比对和传递系统主要设备配置如表1所示。

表1：时间比对和传递系统主要设备。