BM1308-52型GPS/BDS时间传递接收机研制与性能分析

随着北斗卫星导航系统(BDS)的发展与完善,基于BDS的时间传递应用需求越来越迫切。简要介绍了为开展北斗时间传递研究自研的多通道多频GPS/BDS时间传递接收机BM1308-52。接收机可同时接收GPS、BDS的码信息和载波相位信息,输出GPS、BDS的CGGTTS标准共视文件和Rinex观测文件,观测时间、处理方法及数据输出格式符合国际规范。最后,利用实测数据测试了BM1308-52的性能,测试结果表明,GPS单向时间比对和零基线共视比对不确定度优于2ns,BD单向时间比对不确定度优于3ns,与国际水平相当。BM1308-52的系统稳定可靠,观测精度高,可以更好地为时间频率传递服务。     

多通道GPS共视法时频传递接收机的研制

GPS共视法是国际上流行的远距离时间频率传递技术,核心是共视法接收机。我们成功研制了多通道GPS共视法时频传递接收机系统,硬件部分主要由自主研制的高精度时间间隔计数器和Motorola生产的VPONCORE GPS引擎组成,软件符合时间频率咨询委员会(CCTF)发布的GPS共视法数据处理软件标准化指南的要求,与单通道GPS定时接收机相比,界面更友好,操作更方便,具有很强的分析处理数据功能。经测试证明多通道GPS接收机零基线共钟共视时间比对的不确定度小于4 ns(仰角40°),与国外报道基本相同。     

GPS多接收机组合的共视时间比对技术研究

为提高GPS共视时间比对的性能，本文介绍了利用中科院国家授时中心（NTSC）和德国物理技术研究院（PTB）两个守时实验室的多台接收机，基于多接收机组合技术原理，构建了NTSC和PTB各自的多接收机组合系统，采用数据融合技术，计算得出两个多接收机系统的观测数据并进行了时间比对试验及性能分析。结果表明，多接收机组合不仅提高了GPS共视的可靠性和稳定性，且提高了时间比对链路的精度。多接收机链路共视时间比对结果的标准偏差STDEV为1.36ns，比单接收机链路时间比对结果的STDEV值平均提高了19.4%，日稳可达3.2×10^-14。     

基于北斗三号的长基线共视时间比对

卫星导航共视时间比对一直是远距离时间比对的重要方法之一。使用我国最新发射的北斗三号全球导航卫星，基于中科院国家授时中心（NTSC）和捷克光电研究院（TP）各自的时间产生和保持系统，开展了中捷北斗三号长基线共视时间比对试验。本文对中捷两站各自的北斗卫星可视数及其卫星高度角情况进行了统计分析，利用Vondark滤波对时间比对结果进行了降噪处理，最后将北斗三号共视时间比对结果与北斗二号及GPS共视时间比对结果进行了比较。结果表明：北斗三号在当前全球组网阶段中捷共视可视卫星数比北斗二号还少的情况下，其共视时间比对精度达到1.16ns，较北斗二号提升约19%，与GPS更为接近。     

GPS共视法时间同步试验

在介绍接收GPS(导航星全球定位系统)时频信息,进行远距离时间同步的基本原理和方法之后,着重分析了国内首次 GPS 共视法时间同步实验的结果和搬运钟验证的结果。实验取得了上千公里两地钟 GPS 共视同步误差优于 13ns、单站单星连续测量15分钟不确定度小于15ns、搬运钟验证符合程度优于80ns 的好成绩。     

基于北斗/GNSS精密时频量值传递综述

介绍了北斗/GNSS精密时间频率量值传递技术及其应用研究进展,通过对北斗共视比对技术的研究,设计出利用北斗共视与国家授时中心GNSS CV精密时间服务系统进行比对,从而实现用户与标准时间UTC的溯源完成基于GNSS CV技术的时间频率计量服务系统设计,创新性地提出提高北斗共视比对技术以及研制多模多频GNSS CV量值传递设备的研究方向。     

GPS全视法时间传递回顾与展望

目前,时间传递技术正处于GPS伪码技术到GNSS多种技术组合的过渡时期,介绍了高精度时间传递技术在近年来的发展情况:首先回顾了GPS伪码共视(CV)与全视法(AV)时间传递,并证明全视法比共视法更具优越性。CCTF 2006通过,从MJD 53979,即2006九月(Circular T225)开始,使用AV法进行TAI比对。CV法需要满足共视条件,这限制了载波相位(CP)方法的应用,载波相位观测量比码观测量的观测精度可以高出两个数量级。由于CP观测数据优良,CCTF 2006推荐也可以引用CP观测数据进行时间传递。PPP方法是一种充分研究的时间传递方法,它充分地利用了载波相位信息,可以认为是伪码AV法的自然延伸。最后,给出我们的最新研究成果,即将GPS PPP和TW时间链路结合的方法,该方法结合两种时间传递链路的优点并消除了它们的缺点。     

基于北斗导航检测平台的时间量值传递系统研究

研究了基于北斗卫星的北京市导航检测平台的时间量值传递系统,它以卫星共视法作为数据比对的条件,采用修正值预估技术和相位补偿技术来提高铷钟的准确度与稳定度。本系统可实时地将地方原子时标与UTC（NIM）进行比对溯源,实现北斗卫星导航检测平台的时间量值可靠传递,保证地方原子时标与国家时间基准UTC（NIM）同步差在±10ns以内,以满足北斗导航产品研制、开发和应用的需要。     

GPS共视比对数据处理软件设计

为了满足对大量GPS共视比对数据处理和分析的要求,在共视比对规范和TEC-map电离层模型的基础上,设计了GPS共视比对数据处理软件。该软件具有进一步消除单频接收机电离层时延的影响及对单通道、多通道、双频数据的单站和双站比对功能,直接平滑、内插作曲线图,并生成文件,给出平滑以后的均方差。     

基于北斗导航检测平台的时间量值传递系统研究

研究了基于北斗卫星的北京市导航检测平台的时间量值传递系统,它以卫星共视法作为数据比对的条件,采用修正值预估技术和相位补偿技术来提高铷钟的准确度与稳定度。本系统可实时地将地方原子时标与UTC（NIM）进行比对溯源,实现北斗卫星导航检测平台的时间量值可靠传递,保证地方原子时标与国家时间基准UTC（NIM）同步差在±10ns以内,以满足北斗导航产品研制、开发和应用的需要。     

卫星双向时间频率传递校准技术综述

卫星双向时间频率传递技术是高精度时间频率远程比对的基本手段,其时间比对A类标准不确定度优于0.1ns,B类标准不确定度主要取决于系统的校准。本文简述了卫星双向时间频率传递的基本理论,着重说明各种卫星双向时间频率传递系统校准方法和硬件实现,对各种校准技术进行评述和比较,总结并展望了校准技术发展的方向。     

单站GPST/GLONASST时差监测研究

精密定时/授时是全球导航卫星系统（GNSS）中重要的一部分。每个GNSS都维护有自己的参考时间,尽管他们都向协调世界时溯源,但各系统间可能存在着几十甚至几百ns的偏差。要充分利用各个系统的卫星资源进行统一定位和授时服务就必须准确确定各个系统间的时差。文中分析了基于空间信号法的单站时差监测原理,提出了利用GPS/GLONASS多模双频接收机输出的两个系统的观测数据、导航电文以及标准共视数据监测GLONASST与GPST的时差方法。利用BIPM T公报公布的相关数据对130d的时差监测结果进行了评定。结果表明,130d中,时差监测结果消除系统差后与T公报结果最大偏差优于8ns,证明监测结果是有效可用的。     

GPS授时校频方法研究与试验结果

为了解决多目标综合测量系统各测站之间时间同步和频率校准问题,提出了利用GPS(Global Positioning System)单星或多星共视方法进行站间时间同步与校频,给出了这两种方法的计算公式,分析了星历误差、星钟误差、电离层折射误差、对流层折射误差、多径效应和接收机硬件延迟对时间同步精度的影响.为了验证GPS授时校频精度,进行了相关试验.通过与铯原子钟比对,表明利用GPS可实现纳秒级时间同步,校频精度也优于5.0×10-11,多星共视具有更高的同步校频精度.      

北斗卫星导航系统空间信号用户测距误差计算方法研究

按照空间信号用户测距误差（UserRangeError,URE）定义,参考GPS标准定位服务性能规范中URE的计算方法,结合北斗卫星导航系统（BDS）多星混合星座类型,在考虑仰角限制情况下,详细推导了适用于BDS的瞬时URE和均方根URE计算公式。利用广播星历和精密星历计算的卫星轨道误差和卫星钟钟差,带入所推导的公式,对BDSURE进行分析评估;并使用GNSS接收机原始观测量和伪距观测方程计算BDSURE,最后将两种计算结果进行对比分析。研究结果表明,两种方法BDSURE的计算结果基本一致,在95%置信度情况下均小于2.5m,满足北斗公开服务性能规范中对空间信号URE的基本要求。     

基于信道复用方法的GNSS共视信号模拟

全球导航卫星系统（GNSS）共视（CV）技术应用中需要对GNSS共视信号进行模拟仿真,可以降低对共视接收机和共视算法进行测试过程中的成本。为此,提出了一种基于信道复用方法的GNSS共视信号的双路信号模拟方法。首先,对GNSS共视技术原理进行了分析。然后,根据GNSS直射信号的模拟思路,设计了基于GNSS直射信号模拟器的GNSS共视信号模拟方法,对共视信号传播过程中可能产生的误差进行了分析。最后,对零基线、短基线、长基线3种场景下仿真的共视信号,以及实场采集的试验数据进行了验证分析。验证的结果表明,仿真的GNSS共视信号定位准确,定位精度在米级;共视比对结果均方根值（RMS）精度优于12 ns,可以进行共视法时间传递,证明了提出的共视信号模拟方法能够有效地用于GNSS共视信号生成。对GNSS共视信号模拟器、共视接收机的研制和共视算法的研究具有一定的理论参考意义和实际应用价值。      

面向时间应用的可驯服铷钟

研制一种面向时间应用的GPS可驯服铷钟。当铷钟被GPS驯服后,它输出的秒信号实时同步于GPS接收机的秒信号。同时,铷钟和GPS接收机之间的时间差的数据通过一个比例积分控制器去校正铷钟的频率准确度。驯服后,两台GPS驯服铷钟之间的时间差小于20ns、频率差小于1E-12/d。使用一台专用的GPS信号处理板和特定的GPS接收机,时间差可小于5ns。     

北斗卫星导航系统实时定轨与钟差处理策略

目前鲜有对北斗卫星导航系统（BeiDouNavigationSatelliteSystem,BDS）实时精密定轨与钟差确定的研究,文章提出了BDS实时轨道与实时钟差处理策略,包括了观测与动力学模型、实时轨道与实时钟差处理流程与评估方法。尤其对于实时钟差,为了提高计算效率,联合使用两个独立并行的线程估计非差绝对钟差和历元间相对钟差。利用多模全球卫星导航系统试验(MGEX)与全球连续检测评估系统（iGMAS）实测数据进行了北斗实时轨道与钟差解算,BDS实时轨道径向平均精度对于GEO卫星优于20cm,对于IGSO与MEO一般优于10cm;钟差精度对于GEO卫星为0.5~4.5ns,对于IGSO／MEO为0.2~2.0ns。基于目前的轨道与钟差结果,实时精密单点定位（PrecisePointPositioning,PPP）结果可以达到分米量级。     

基于TDC和ARM的高精度北斗授时系统设计

针对已有的电力、通信等授时系统精度较低的问题,设计了一种基于TDC和ARM的高精度北斗授时系统。该系统以STM32F2xx/STM32F4xx芯片作为核心信号处理器,对比标准1PPS与1PPS的相位差,结合TDC对时间延时的高精度测量技术,采用PID算法调整本地OCXO压控值,使OCXO输出稳定的时钟频率,进而达到高精度授时目的。目前,北斗接收机授时精度一般优于50ns,而授时精度低于20ns即达到高精度授时标准。实验结果表明,该方法授时精度能达到13ns,能够实现北斗高精度授时。     

北斗和GPS双模接收机干扰抑制算法的设计与实现

目前北斗/GPS双模接收系统的抗干扰研究还比较少,主要是针对GPS的抗干扰研究。北斗和GPS接收机易被干扰,为了改善强干扰环境下接收机的性能,研究不同阵列、不同算法对接收机抗干扰性能的影响,在GPS的抗干扰研究的基础上设计并实现了一套北斗和GPS双模接收系统的抗干扰平台。实验结果表明,该系统能使北斗和GPS双模接收机在-30dBm强干扰的环境下搜到6颗北斗导航卫星和5颗GPS导航卫星,并正常定位,说明该系统能达到干扰抑制的目的。该系统也可推广至多种卫星导航接收机的抗干扰平台。     

利用GPS信号进行最佳时间和频率的传输

一、引言 GPS卫星系统的实现使原子钟的信号能到达任何一个拥有接收机的用户。原子钟和用户网两者的确切表征对获取最佳的时间和频率信息是重要的。本文将叙述从GPS的一套数据中获取最佳的时间和频率信息的方法和某些接近最佳且简单的数据处理技术。考虑三种简单的情况:情况A为“共视法”(Common-View approach);情况B为直接观测单个卫星,采样时间为几秒到几小时;情况C为观测单个卫星,每天几分钟,