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。     

卫星双向时间频率传递调制解调器研制进展

卫星双向时间比对调制解调器是卫星双向时间比对系统的核心设备,文章介绍了北京无线电计量测试研究所自主研发的卫星双向时间比对调制解调器(BIRMM modem)的研制情况,该设备具备1Mchip/s,2.5Mchip/s,5Mchip/s三种码速率,最多可拓展10个通道,中频输出频率70MHz。通过本地上星比对试验对BIRMM modem的核心性能指标进行了分析及评估。测试结果表明： BIRMM modem的时间比对精度优于0.3ns。     

双向卫星时间与频率传递温度效应

卫星双向时间与频率传递是高精度的时间比对,外界环境的变化将会影响到比对精度,温度的影响更是不可忽视[1]。以NTSC(国家授时中心)台站与NICT(日本国家情报与通信技术研究所)台站几年来的数据为基础,讨论了双向比对结果与环境温度的相关性。在温度超过12℃时,两站的时间差与环境温度成正比例关系;温度低于12℃时,两站的时间差成反比例关系。证实了对上、下变频器以及低噪放大器采取恒温措施的必要性。     

IGS电离层产品在双向时间频率传递中的应用

利用IGS组织提供的全球电离层资料对卫星双向时间频率传递中的电离层误差进行修正。IGS提供特定时刻、固定经纬度网格点上的电离层总电子含量。对该电离层资料首先进行空间四点网格内插,然后利用双线性内插得到电离层穿刺点所需时刻的总电子含量,最后将得到电离层数据经过处理用于双向时间频率传递修正。结果表明：电离层对C波段的影响在（0～0.5）ns范围内,这对亚纳秒量级的时间比对是必须考虑的。IGS提供的电离层产品适合应用于双向时间频率传递,具有方法简单、准确度高和价格低廉等特点。     

一种基于移动参考站的卫星双向时间频率传递系统时延校准方法CSCD

设备时延是卫星双向时间频率传递过程中的主要误差源,对其进行校准是获得高精度时间比对的关键。从卫星双向时间频率传递的基本原理出发,分析了基于移动参考站的卫星双向时间频率传递链路设备时延校准的方法。工程实践中,限于条件对校准方法进行了调整,实现了对两站卫星双向时间比对链路设备时延的校准。     

卫星双向时间传递调制解调器跟踪环路设计CSCD

精密跟踪技术是高精度伪码测距系统中的关键技术,根据卫星双向时间比对调制解调器的工作特点,对解调器的跟踪环路进行了研究,并利用Matlab进行环路设计与仿真,分析了不同载噪比、不同环路带宽条件下跟踪环路的性能;根据软件仿真结果,在DSP+FPGA硬件平台上加以实现,给出测试结果,并最终应用到自主开发的卫星双向时间比对调制解调器上,测量不确定度优于1ns。     

应用双向时间传递的重力卫星时标误差自主测量

星间时标误差的自主测量对于中国自主研发地球重力卫星具有重要意义. 提出利用双向时间传递法实现重力卫星时标误差的自主测量, 设计了测量方案, 建立了包含卫星运动导致的链路非对称、电离层效应、设备零值以及随机测时误差在内的测量模型. 结合地球重力卫星相关特性, 分析了时标误差测量中各误差源的影响及相应的误差校正方法. 以GRACE重力卫星为例, 利用提出的方法和校正措施, 星间时标误差自主测量精度可以达到0.62ns, 其中误差主要来自系统零值标定误差和随机测时误差.     

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。     

中日卫星双向时间比对稳定度的测定方法

阿伦方差是频率稳定度的常用测定方法,但它的局限性在于只针对取样间隔相等的情况,而对于取样间隔不等的被测定对象,测定结果会与实际大相径庭.中日时间频率传递数据的取样间隔分别为四天和三天,提出了一种新的测定方法,并将两种方法对中日比对数据在同一时段的频率稳定度做比较,证实了新方法较阿伦方差更适合取样间隔不等的数据稳定度的测定.     

广播电视卫星高精度时间传递

介绍一种利用我国广播电视卫星进行高精度时间传递的方案,建立多个卫星电视时间发播系统,利用广播电视卫星进行双向时间比对,实现远距离卫星地面站之间的时间同步。通过测量地面站到卫星之间的距离,可实时计算出卫星的坐标位置,用户根据接收到的时间及卫星位置信息,实施高精度定时。     

基于星间链路的导航卫星时间自主恢复策略

基于北斗导航卫星星间链路的测距与数传功能，针对自主导航时卫星时频子系统异常导致载荷系统断电重启的情况，提出了一种基于星载计算机自主计时及星间链路误差校正的策略.在载荷系统重启时间内，利用星载计算机守时，并通过十秒稳定度预报晶振频率漂移量的方法，维持星钟在重启时间内的稳定.载荷系统重启后，星载计算机授时给导航任务处理机，通过误差分析计算出总误差.该误差在星间链路建链误差允许范围内，然后通过星间链路对星钟误差进行校正恢复，重新实现星地时间同步.      

卫星运动对星间双向法时间同步的影响分析与校正

编队飞行卫星间的距离和时间差测量是实现分布式航天器完成特定任务的重要基础。文章分析了采用双向法实现星间距离和时间差测量处理时,卫星运动对星间双向比对测量的影响,推导出在考虑卫星运动情况下,星间双向比对测量数据的处理算法,给出了忽略卫星运行参数情况下,对距离和时间差计算结果的影响情况对比。     

地心非旋转坐标系中的卫星双向时间比对计算模型

根据卫星双向时间频率传递 (TWSTFT)的基本原理 ,详细推导了地心非旋转坐标系中TWSTFT的计算模型 ,并与地固系中的计算模型进行了分析比较 ,证明了两种计算模型在亚纳秒量级上的等价性。     

双向时间同步系统的设备时延校准技术研究

设备时延校准误差是卫星导航系统中伪码测距实现双向时间同步的重要误差因素,其精确校准是实现时间同步的关键技术。针对设备时延问题展开研究,提出了一种物理含义清晰、易于测量的设备时延的新定义。设计实现了一种双向时间同步系统的设备时延校准方案,基于时间同步站硬件平台验证了设备时延校准的有效性,试验结果表明时延校准的精度与准确度达到了亚纳秒量级。     

Time Transfer by Laser Link: Data analysis and validation to the ps level

The Time Transfer by Laser Link (T2L2) is a very high resolution time transfer technique based on the recording of arrival times of laser pulses at the satellite. T2L2 was designed to achieve time stability in the range of 1 ps over 1000 s and an accuracy better than 100 ps. The project is in operation onboard the Jason-2 satellite since June 2008. The principle is based on the Satellite Laser Ranging (SLR) technology; it uses the input of 20–25 SLR stations of the international laser network which participate in the tracking. This paper focuses on the data reduction process which was developed specifically to transform the raw information given by both space instrument and ground network: first to identify the triplets (ground and onboard epochs and time of flight of the laser pulse), second to estimate a usable product in terms of ground-to-space time transfer (including instrumental corrections), and thirdly to produce synchronization between any pair of remote ground clocks. In describing the validation of time synchronizations, the paper opens a way for monitoring the time difference between ultra-stable clocks thanks to a laser link at a few ps level for Common View passes. It highlights however that without accurately characterizing the onboard oscillator of Jason-2 and knowing the unavailability of time calibrations of SLR stations generally, time transfer over intercontinental distances remain difficult to be accurately estimated.     

卫星高度角对GPS单向时间传递性能的影响研究

GPS单向时间传递可用于完成本地时间频率参考的校准及向协调世界时的高精度溯源。然而,卫星高度角的变化对时间频率传递的性能会产生一定的影响。概述了GPS卫星单向时间传递的基本原理,分析了不同卫星高度角对时间频率传递性能产生影响的原因,给出了时间频率传递性能的评估方法。最后,通过实验测试GPS卫星高度角变化对时间频率传递性能的影响,给出了实验结果并进行了分析。实验结果表明,随着卫星截止高度角的增加,GPS单向时间频率传递的性能将会提高,但是可视卫星的数量会减少。工程应用中,如果对时间频率传递长期稳定性要求较高,可将截至高度角设为25°;如只对短期稳定性要求较高,可将截止高度角设为5°。