陆基无线电授时系统信号分析与解算

时间应用的广泛性以及授时战的提出，使国家更加重视授时服务体系的完备性以及灵活性。为顺应授时战要求，从我国整体授时体系出发，简单介绍授时系统的工作原理，从多方面对比各类授时系统；主要分析了我国陆基无线电授时系统的发播程序以及信号格式等，对BPM短波呼号以及时码结构进行补充与修正，并讲解对陆基无线电授时信号的解算过程，利用实际试验验证解算方法的可行性；最后根据我国目前授时体系的现状以及授时战的要求，给出应对授时战的技术路线，对未来我国授时体系发展方向提出建议。     

基于iGMAS的国家标准时间精密授时系统

UTC是国际标准时间.UTC(NTSC)是UTC的物理实现之一,是我国的国家标准时间,也是我国一切授时业务的基础.目前,广泛应用的GNSS授时精度可达10～50ns.随着现代信息社会的快速发展,数十纳秒的授时精度及事后处理的工作模式已无法满足需求.针对上述问题,设计了基于iGMAS的国家标准时间精密授时系统(PTS).PTS的基本原理为:服务端基于iGMAS平台生成实时轨道及以UTC(NTSC)为参考的实时卫星钟差,用户端结合实时产品及伪距、载波相位观测数据,解算本地钟与UTC(NTSC)偏差.此外,搭建了PTS原型系统并展开测试分析,测试结果显示,基于PTS原型系统,各用户站授时精度均优于1ns.与GNSS授时技术相比,PTS将授时精度提高了1～2个量级,且基于国家标准时间授时,成本低廉,易于实现,具有应用前景.     

基于光纤以太网的高精度分布式授时技术

White Rabbit(WR)时钟同步技术是综合了同步以太网、精密定时协议(IEEE1588v2)和数字相位测量技术而发展的分布式同步授时技术,能够实现数千米范围内多节点亚纳秒精度的时钟分发。该技术兼容标准以太网协议,不占用额外网络带宽,与数据链路直接集成,结构简单成本低。介绍了White Rabbit技术的基本技术原理及初步应用方法,并给出了各种拓扑结构下的测试结果。采用White Rabbit能很好地解决各种长距离多节点高精度授时需求,能够作为地基增强导航系统的关键支撑技术。     

BDS-3多种授时方法精度试验及比较分析

北斗卫星导航系统(BDS)本质上是一个高精度时间空间信息服务系统,是我国 自主运行的重要空间基础设施.BDS-3已于2020年7月正式开通,向广大用户提供RNSS、SBAS、RDSS单向和RDSS双向等多种授时服务.针对BDS-3提供的各种授时服务进行了简要介绍,详细讨论了各种授时方法,并利用实测数据进行了试验验证和比较分析.结果表明,BDS-3授时服务精度全部优于公布的指标要求,其中精度最高的SBAS授时方法精度可达2ns左右,RDSS双向授时精度和RNSS授时精度相当,达到9ns左右,RDSS单向授时精度最差,在15～30ns左右.     

GPS授时时钟及高精度母钟的研制

机场时钟系统的要求决定了时钟系统中母钟的精度非常的高，我们原来采用的CCTV电视校时技术虽然存在着价格低廉等优点，但随着技术的进步和市场对于高精度授时的需要，同时由于卫星电视广播逐步向数字化方向发展，原来存于电视逆程的时钟信号逐步消失，我们研制了基于GPS授时的高精度母钟系统。     

基于北斗三号的多区域实时动态授时服务系统

面向新一代移动通信和物联网等领域对高精度、低成本授时的需求,针对典型的实时动态授时服务只能单区域覆盖的问题,提出了一种基于北斗的多区域实时动态精密授时服务系统.该系统由标准时间、时间基准站、高精度时间频率实时传递链路、数据中心和时间用户等部分组成,可实现标准时间实时动态授时服务的全国多区域覆盖.依托中国科学院国家授时中心时间频率和卫星导航平台建立了原型系统,并基于多天的北斗三号新体制信号观测数据开展了试验验证.试验结果表明,短基线授时精度优于0.2ns,频率稳定度万秒稳在10-15量级;零基线授时精度可达0.02ns,频率稳定度万秒稳在10-16量级.基于北斗的多区域实时动态精密授时服务系统具备技术可行性,可为北斗精密时间应用提供参考.     

基于“当前”统计模型的卡尔曼滤波在北斗单向授时中的应用

为了提高北斗单向授时的授时精度，提出了一种基于“当前”统计模型的卡尔曼滤波单向授时方法。将“当前”统计模型应用于接收机时钟频率漂移的建模以建立状态方程，使用经过卡尔曼滤波后的钟差和钟速对本地时钟进行修正。实验结果表明，在选取合适的机动频率和最大频率漂移的情况下，相比于未滤波修正，温补晶振时钟的峰峰值最多可以减小36.7%，标准差最多可以减小42.5%；恒温晶振时钟的峰峰值最多可以减小71.8%，标准差最多可以减小67.0%。基于“当前”统计模型的卡尔曼滤波单向授时方法，可以有效地降低观测量的误差与噪声对于接收机钟差与钟速的影响，从而提高授时精度。     

卫星授时与时间传递技术进展

近年来,卫星导航技术发展迅速.卫星导航系统以精密时间测量技术为基础,实现了伪距测量,进而实现定位.同时,卫星导航系统还提供了高精度授时功能.综述了卫星导航系统的授时和时间频率传递技术、基于通信卫星的授时技术以及双向卫星时间频率传递(TWSTFT)技术等.随着我国北斗卫星导航系统(BDS)的建成和提供服务,BDS授时应用研究正在快速发展.基于BDS/GNSS多系统的精密单点定位(PPP)时间传递技术已成为重点研究方向,未来将会应用于国际时间比对.同时,随着卫星通信技术尤其是低轨通信卫星技术的快速发展,低轨通信卫星授时会成为一个有潜力的研究方向.     

差分码偏差对PPP授时精度影响的研究

论文分析了不同机构差分码偏差(DCB)产品的天稳性.选取了2个外接氢原子钟的测站进行实验,以国际GNSS服务组织(IGS)发布的接收机钟差为参考值,分析了不同机构DCB产品对2个测站PPP授时精度的影响.实验结果表明:1)不同机构DCB产品的天稳性差异不大,中国科学院天稳性略优于德国宇航中心;2)2个测站使用不同机构的DCB产品估计钟差的均方差(RMS)和时间偏差(Bias)均优于0.4ns,其中中国科学院产品精度最高,RMS和Bias均优于0.2ns;德国宇航中心和欧洲定轨中心精度略差,但也能够达到亚纳秒级,可为下一步推广PPP授时应用提供一定的参考.     

导航增强伪卫星时间同步技术与精度分析

以导航增强为背景,总结归纳了伪卫星工程应用中面临的四大技术难点:时间同步技术、星历编排广播技术、多路径效应和远近效应,并重点对时间同步技术进行了研究.伪卫星作为现有导航星座的补充卫星,一方面改善了星座的几何分布,而另一方面由于授时和时间维持能力有限,又会在原有测距误差的基础上引入新的误差.因此,在伪卫星引入时,需要定量地分析授时精度与几何分布两者之间的关系.通过将授时误差等效为系统误差,给出了在导航增强条件下的伪卫星授时精度要求不等式,该不等式受到伪卫星引入前后精度因子PDOP0和PDOP1以及用户测距误差标准差σUERE的影响;定量给出了伪卫星授时精度要求的性能要求,当授时精度满足不等式要求时,导航增强系统才能提高用户定位/授时精度.     

基于卫星授时控制器的设计与实现

针对一些小型试验场或舰船上的条件局限性,对授时、控制等参试设备提出了更高的要求,希望提供一种功能全面、携带方便的小型化设备,用以满足试验的多种需求.为解决这个问题,研制了新一代时统设备——卫星授时控制器.基于GPS（全球定位系统）/BDS-Ⅱ（“北斗”二代）卫星授时原理,采用功能较强的微控制器和可编程器件产生多种时频信号、控制信号和模拟导航信息,实现了定时、控制、接收和产生等多重功能,提高了设备的集成性、通用性和便携性;同时采用倍频、锁相、驯服等技术,使设备10 MHz频率源的准确度提高2个量级,卫星同步精度优于50 ns.该控制器已成功应用于移动测控站和舰船试验中,效果良好.     

基于低轨通信星座的导航增强技术发展概述

在我国北斗三号卫星导航系统全面完成组网建设的背景下,世界卫星导航步入新时代。各卫星导航大国均瞄准更高服务精度、更加多样功能、更加可靠服务,正在着手开展新一代系统建设和技术迭代。随着各国对于大型低轨通信星座的积极开发与广泛部署,应用低轨卫星技术实现导航增强与PNT系统备份能力,因其易与GNSS协同,具有提高全球自主导航精度、拓展全球卫星导航应用市场的巨大潜力而成为研究热点。面向低轨导航增强技术,首先总结了低轨卫星的最新态势,梳理了卫星导航增强服务模式,并详细分析了低轨通信星座导航精度增强及导航信号增强两方面的技术动向。在此基础上,重点针对导航增强频率的兼容互操作、通信/导航信号一体化设计、高动态导航增强信号捕获与跟踪等方面,对低轨卫星导航增强体系未来的发展机遇以及面临的技术挑战进行了展望。此外,还基于美国铱星系统实收采集信号开展了定位服务性能试验分析,结果表明600个历元内收敛定位精度优于100m,相关分析成果可为我国低轨导航增强建设提供参考和借鉴。     

基于相频约束的航天器定时技术

双向相干测距测速体制是最常用的航天器测量体制,是一种闭环体制.与之相比较,开环测距测速可以在信号更微弱的情况下获取到观测量,在深空任务中有着独特的意义.然而,开环测距也面临棘手的技术难题——高精度航天器定时技术.针对该难题,在保持现有航天器信号体制的基础上,阐述了基于遥测信号和测距侧音信号（差分单向测距DOR信号可看作侧音信号）间相频约束的航天器定时原理,研究了侧音频率最优化设计方法,给出了“器上发射测站接收”的初步实现方案,为后续开展工程应用奠定了基础.     

基于任意传感器排布的叶尖定时信号压缩感知辨识方法

基于叶片振动和叶尖计时系统的特点,推导了任意传感器角度分布下叶片振动响应的分布规律,并基于叶尖定时信号频域的稀疏性,探究了压缩感知方法在叶尖定时信号的重构和倍频辨识上的应用。通过同步信号和非同步信号的大量数值实验,分析了包括信号重构误差、传感器数量、旋转周期数、频率分辨率和信噪比等因素对辨识效果的影响,提出了压缩感知重构叶尖定时信号的基本方法和步骤。进一步将压缩感知方法应用于某型号涡扇发动机钛合金宽弦风扇叶片有限元仿真获得的振动响应数据重构,验证了该方法的有效性。结果表明:在加入了叶尖测点位置误差和30 dB随机噪声的前提下,在80%、90%和100%三种转速工况下均清晰辨识出幅值较大的激励倍频。基于任意传感器角度分布的压缩感知方法对叶尖定时信号辨识效果较好。     

基于压缩感知的整体叶盘多模态振动叶尖定时信号重构方法

叶尖定时测量技术是近年来发展的一种非接触式旋转叶片振动监测方法,具有非入侵性的优点,但是该系统测得的振动信号通常是欠采样的。为了能够重构叶尖定时欠采样信号,本文根据压缩感知理论以及叶尖定时采样原理引入了叶尖同步振动信号稀疏模型以及叶尖振动信号重构方法。对整体叶盘有限元模型进行瞬态分析得到叶尖振动信号,使用优化的正交匹配追踪算法以及基追踪对欠采样信号进行重构并和传统方法进行对比。计算结果表明：在信噪比为30dB的噪声环境下,限制频域的正交匹配追踪算法(OMP-RFD)可以准确地识别出叶尖振动信号的主要频率成分。最后使用试验所获得的叶尖振动信号进行重构,验证了OMP-RFD算法有效性。综上可知：压缩感知方法可以很好地应用于叶尖定时测量装置中,能够使用较少传感器识别叶尖同步振动欠采样信号参数,有效提高噪声环境下识别高阶频率的成功率以及准确度。     

基于非导航随机信号的组合导航技术研究

目前,卫星导航系统已成为无处不在的导航和授时信息源,但是其自身存在固有的缺陷,如信号功率低、易被敌方压制或欺骗等。为了弥补卫星导航系统的不足,开展了基于地面数字电视广播(DTMB)和接收信号强度指示(RSSI)移动终端等非导航随机信号的导航信息提取技术研究和组合导航技术研究。根据DTMB时域PN帧头序列的良好时域相关性,联合频域传输信令,完成了数字电视信号的高精度测距;根据RSSI移动终端的无线信号传播模型和代表性实测数据,通过线性回归等数学手段对距离衰减公式进行优化,以完成移动终端相对基站的精确距离测量;根据非导航随机信号提取的导航信息,完成基于非导航随机信号的组合导航技术研究。经理论研究和试验验证,通过DTMB和RSSI移动终端等非导航随机信号可以提取高精度导航信息,组合导航技术研究能够满足高精度导航定位的应用需求,具有良好的工程应用价值。     

高速数字设计及其在卫星定位接收机中的应用

高灵敏度卫星定位接收机的迅速发展是未来定位导航产业的必然趋势。本文主要介绍高灵敏度卫星导航接收机的组成和设计概要。分析了数字电路设计中常遇到的信号完整性问题。着重对高速数字系统定义和传输线阻抗进行了理论分析,运用Cadence公司的ALLEGROPCBSIGXL软件给出了层叠等的设置方法和一些重要信号的分析仿真。将高速数字设计的理论分析与实际应用相结合,在卫星定位接收机主板设计中得到了验证。     

时统信号数字信道传输误差分析与研究

通过对时统信号的理论分析和实际测试验证,准确地分析出时统信号经数字信道传输产生的误差来源于信道的群时延失真和增益频率特性的影响,同时提出了克服传输误差的三种方法：第一种是改善时统信号特性的发送补偿法,已在现有设备上通过修改编码软件方法实现;第二种是改善信道传输特性的信道拓宽法,已在现有设备的伴音信道上验证;第三种是改善时统设备接收适应能力的接收均衡法。完成了均衡器的设计和制作。并通过了实际测试验证。最后对三种方法进行了对比分析。     

闰秒过程中部分北斗授时时钟显示错误分析

2012年12月北斗二号卫星导航系统开通服务以来,已经广泛为通信、电力、金融等诸多领域提供授时服务,但是在2015年6月30日和2016年12月31日两次闰秒调整期间,也出现了部分北斗授时时钟时间显示错误问题。从北斗时钟授时基本原理入手,详述了北斗系统的闰秒调整策略,闰秒调整前后各个阶段的BDT与UTC转换方法,以2016年12月31日的闰秒调整为例,分析了部分北斗时钟闰秒过程时间显示错误的原因,并给出了正确的算法,为用户正确应用北斗授时提供借鉴。