基于GEO导航卫星的共视时间传递外文翻译资料

基于GEO导航卫星的共视时间传递

Yuan Haibo

摘要：卫星共视法是时间传递中常用的技术。众所周知，卫星通常是属于全球导航卫星系统（GNSS）的中地球轨道（MEO）卫星，而地球同步轨道（GEO）在共视时间传递中很少应用。本文首先介绍了GEO导航卫星，然后详细讨论了它在共视时间传递中的应用。通过卫星位置的计算，电离层延迟校正，对流层延迟校正和相对论效应校正等，得到两个站的参考时间和卫星钟之间的时间偏差。此外，也可以计算出两个站之间的相对偏差。最后，给出了中国的两个站之间时间传递的实际结果，此结果表明，GEO卫星共视的精度比GPS共视时间传递的精度更好。

1 引言

目前，GNSS包括GPS，GLONASS，GALILEO和COMPASS（BEIDOU），在这四个全球导航系统中，GPS和GLONASS已经运行了几十年，并且已经多次更新。基于GPS和GLONASS的时间传递技术已经在许多领域中得到开发和使用。GALILEO和COMPASS还在构建中，基于这两个新系统的时间传递技术正在发展。 COMPASS中有三类卫星：GEO卫星，IGSO卫星和MEO卫星。 随着COMPASS的建设，对它的应用研究正在迅速发展。COMPASS中有五个GEO卫星，在中国和周围地区都可观测到，因此可以在该地区使用基于GEO卫星的共视时间传递。 根据COMPASS现状，本文讨论了基于GEO卫星的共视时间传递。

现在，国际时间链路使用GPS共视（GPS CV）和双向卫星时间频率传递（TWSTFT）[1]，其他高精度时间传递技术包括GPS精密单点定位时间传递（GPS PPP ），GPS载波相位时间传递（GPS CP）和GPS全视（GPS AV）等。图1是国际时间链路。随着其他GNSS的发展，时间传递链路的鲁棒性将更高，且基于不同GNSS的时间链路可以相互备份。基于GEO卫星的研究将促进COMPASS的应用研究。

图1 图形说明的例子

2 基于GEO导航卫星的CV时间传递法

与GPS和GLONASS共视时间传递相同，基于GEO卫星（GEO CV）原理的COMPASS共视（BD CV）时间传递如图2所示，但由于COMPASS系统的复杂性，GEO CV中仍然存在一些不同的过程。另外系统正在建设中，没有专业的接收机进行时间传递，唯一可用的接收机是监测接收机。

图2 基于GEO卫星的共视原理

站A和站B，它们是两个时间参考站，分别向两个接收机提供1PPS和5MHz信号。 接收器输出码相位观测和导航广播星历。 两个站交换数据，并开始处理GEO CV。 图3是GEO CV数据流程图。

在数据处理中，包括以下几点[2]：

bull;检查原始数据，在伪距观测码中处理误差数据，删除错误数据

bull;加载广播星历，检查相关参数;

bull;查找共视GEO卫星和时间，匹配两个站的共视数据;

bull;计算卫星轨道，修改地球自转的影响;

bull;用双频接收机计算电离层延迟，对流层延迟，相对论效应和其他误差;删除所有更正;

bull;计算两个站点之间的时间偏差。

bull;站A和站B之间的时间偏差如图3所示

图3 GEO CV数据处理

其中c是光速，rho;_SA和rho;_SB是站A和B的伪距观测，T_SA（t）和T_SB（t）是站A和B的校正[3]

T_A^R和T_B^R是站A和站B的时间延迟。 rho;_SA^geo（t）和rho;_SB^geo（t）是从共视卫星到站A和站B的观测站的 几何距离.T_Si^ion，T_Si^rel，T_Si^eccen和T_Si^com是不同的校正值。 当修改相对论效应时，对GEO卫星、MEO卫星（中地球轨道）和IGSO卫星（倾斜地球同步轨道）来说，其Sagnac效应[3]的计算不同。 对于GEO卫星，Sagnac效应可以由公式（3）[4]获得。

其中Long_Sat，Lat_Sat Long_pos和Lat_pos是WGS84坐标系下卫星和观测站的经度和纬度。
3 实验和结果

2011年8月至9月，完成了基于COMPASS GEO1的共视时间传递实验。在该实验中，站A在NTSC中，参考信号是UTC（NTSC）。站B距离NTSC约1200km，参考信号是氢微波激射器的信号。数据由互联网收集。为了比较GEO CV的性能，在两个站安装两个GPS CV接收器。 图4是GPS CV的结果。该过程包括Vondrak平滑和样条插值。

图4 GPS CV结果

图5 GEO CV结果

图6 无站B锁定率的GEO CV

图7 两站的时间差

图8 GEO CV的TDEV

图9 站A到站B的相对频率稳定性

图5是GEO CV的结果。 在图中有两段，是由站A处的接收器故障引起的。因为站B的参考频率是氢微波激射器，且时钟不受控于UTC，也就是说它自由运作。 由于频率漂移总是发生在氢微波激射器中，因此GEO CV有明显的线性趋势。去除线性趋势，真正的GEO CV如图6所示。显然，尽管采用相同的处理方法，但GEO CV的精度小于GPS CV的精度。 GEO CV的平滑数据如图7所示.GEO CV的标准偏差为6.16。
图8显示了站A和站B之间的TDEV。从图中可以得出结论，时间同步随时间越来越少。 这影响了氢微波激射器相对于UTC（NTSC）正确性方面的性能。 图9显示了氢微波激射器相对于UTC（NTSC）的稳定性。

4 结论

通过研究分析,我们可以得出结论，目前GEO CV可以用于高精度时间传递;但是它的性能比GPS CV的5.1 ns小[5]。GEO CV的精度优于10 ns。随着COMPASS的建设和基于该系统的应用程序的开发研究，基于该系统的精度将得到提高。

参考文献见原文

基于EURO-160GPS接收机的共视时间传递系统的简化技术

Zhu Jiangmiao,Huang Ke,Gao Yuan,Guo Jisheng

摘要：GPS共视是远距离传递时间和频率的主要方法,传递精度可达ns量级。这篇论文提出一个程序来简化原始共视时间传递系统，使用强大的双频多通道EURO-160GPS接收机和高精度时间间隔计数器SR-620。相关的数据处理软件是根据“GPS 定时接收机软件标准化技术指南”来设计的。初步的零基线实验表明,新系统可以达到与原系统几乎相同的精度。新系统的结构简单、实用、可靠,共视传递系统的简化技术可以提供更好的服务和更多远距离传递时间和频率的选择。

关键词:GPS共视;GPS接收机;时间传递系统

1 引言

GPS共视时间传递是一个高精度的时间比较法,已被国际计量局(BIPM)采用来确定国际参考时间标度。国际原子时(TAI)和协调世界时(UTC)来自于56个实验室的原子标准整体导出的。定时实验室间的时间传递使用多通道全球定位系统(GPS)接收机。此方法需要测量数据的后处理,降低径向轨道误差的影响,以及由于卫星时钟波动引起的误差、由于大气层、电离层效应等引起的传递时间的扰动。

通过研究GPS接收机EURO-160和GPS共视法的原理,得出原始共视时间传递系统的构成，有强大的双频和多通道EURO-160接收机,一个独立的高精度SR-620时间间隔计数器,结合标准的PC。相关数据处理软件是根据“GPS 定时接收机软件标准化技术指南”完成的。

更好地利用的功能强大的GPS接收机EURO-160和提高共视时间传递的数据处理的效率，可以使原系统更灵活,更简单,更易操作。本文主要介绍如何充分利用EURO-160的强大功能,简化原系统的结构,直接计算数据REFGPS,用于构建BIPM标准中定义的标准13分钟跟踪，更新相关的数据处理软件，提供更好的服务和更多远距离传递时间和频率的选择。

2原始系统

2.1系统配置

原始共视时间传递系统的结构基于EURO-160 GPS接收机，如图1所示。EURO-160是一个双频和多通道GPS接收机，使用商业GPS引擎,SR-620是一个高精度时间间隔计数器。EURO-160GPS接收机通过串行端口1连接到一个标准的PC;SR-620时间间隔计数器通过串行端口2连接到PC;GPS接收机和地方原子钟分别连接时间间隔计数器。

图1 原系统的构成

2.2数据处理

硬件由PC操作系统的图形用户界面来控制和配置，数据以标准系统格式写入到本地硬盘。首先,GPS引擎每秒产生一个输出脉冲，使用多达8颗卫星的数据与GPS时同步。原始系统使用SR-620来测量这些脉冲中的每一个与来自本地时钟的相应脉冲之间的时间间隔，如图2所示。其次,EURO-160提供了所需的辅助数据来计算每个卫星对复合脉冲时序的贡献。这些数据以串行格式传送，用PC的某个串行端口接收。第三,来自于接收机的数据结合SR- 620测量当地的原子钟和如图二所示的每个正在被追踪的卫星的GPS系统时的时差。这些数据可用于构建BIPM标准定义的标准13分钟跟踪。数据处理流程图见图3。

图2 数据处理原理

图3 数据处理流程图

3新系统

3.1简化原系统

原始共视时间传递系统使用VP ONCORE GPS 接收机，它只能计算GPS系统时PPS已经有较强的分析和数据处理能力,原来的系统只是被EURO-160取代了GPS引擎，更新了相匹配的数据处理软件,但是没有充分利用新GPS接收机的强大功能。原GPS引擎VP ONCORE不允许它的内部时钟信号和用于控制接收机频率的外部时钟之间的直接联系。事实上,在每次跟踪中断后，它重新同步GPS时的内部时钟，传递精度达1ms量级,在每个跟踪中断处引起时钟不连续。测地型GPS接收机可以克服这个缺点。EURO-160经过特别设计，适合时间传递。这涉及到两个修改：第一，接收机不锁相外部振荡器,而是直接使用振荡器;第二,1PPS输入信号用于定义外部5MHz频率的一个特定周期，以形成接收机的内部参考。通过这种方式,没有与跟踪中断相关联的时钟不连续性。因此，接收机内部时钟直接具有恒定偏移，外部时钟的镜像可以被选择为本地原子钟。

原系统使用时间间隔计数器来计算REFGPS的值,GPS系统时PPS可由接收机获得，但是由于硬件限制,PPS信号是离散的，分辨率为25 ns。EURO-160接收机可以产生在可调度的PPS时间和实际脉冲沿的到达时间之间的以纳秒为单位的PPS偏移，以补偿这种“离散性误差”,它的功能可以很好发挥，但增加原始数据记录的计算成本和响应时间。为了简化原系统,重新分析时间传递系统的核心数据和使用EURO-160的各种功能是非常必要的。关键的技术是如何使用EURO-160直接计算GPS系统时和本地原子钟之间的时间偏差，表示为REFGPS。

在原始数据记录中,EURO-160可以处理五个时间标度:接收机时间;GPS系统时;UTC(USNO);GLONASS系统时;UTC(SU)。接收机可以将其本地原子时钟时间（“接收机时间”）与四个“全球”时间标度之一同步。这样选择的时间网格被称为“接收机参考时间”，也就是说，接收机时间和参考时间之间的时间差可以由接收机直接计算。为了计算值REFGPS（参考时间是GPS系统时），接收机内部时钟应该与外部发生器的时钟（本地原子钟）相干同步，并且基准时钟应该设置为GPS系统时。然后，在原始数据记录中的接收机参考时间到接收机时间偏移的值可以被计算为REFGPS的值。

EURO-160可使用程控外部发生器的时钟，周期和偏移产生精确的PPS（每秒脉冲）信号，PPS信号可通过相应的输出连接器引脚获得，这些触发信号可以与外部时间网格同步。为了使接收机振荡器的信号与外部5MHz频率相干，并使接收机时间网格与每秒外部单脉冲事件信号精确同步。需要将EURO-160与具有两个输出的外部高质量发电机（“时钟”）同步：第一,5 MHz频率;第二,每秒一个脉冲信号,与5MHz相干。虽然严格来说,接收者不能测量精度高于25 ns的外部事件,但是,接收器和外部事件生成器可以以亚纳秒的精度同步。可以在事件标记连接器之一中输入1 PPS，并使接收机的振荡器在其零交点与下一个输入频率周期同步，这意味着可以给接收机参考1PPS和5MHz，以及使接收器在每个功率循环之后与基准时钟的已知偏移重新启动。EURO-160还可以为接收器选择参考时间系统。因此，当外部发生器的时钟与时间标度，参考时间相关联时，REFGPS的值可以由EURO-160直接计算。

3.2数据比较分析

原系统使用SR-620时间间隔来计算GPS系统时和本地原子钟间的时间偏差,然后施PPS偏移脉冲以获得REFGPS的值。新系统直接通过EURO-160 GPS接收机本身计算REFGPS的值。为了更换SR-620，我们进行测试以证明EURO-160设计的数据处理能力至少与SR-620一样好。该测试使用由相同GPS接收器EURO-160解码的相同原始数据，产生对接收机时间和参考时间之间时间差的测量，然后将由EURO-1

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[137748]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word