本文選題：衛(wèi)星雙向時間傳遞 + 移動站�。� 參考：《中國科學院研究生院(國家授時中心)》2016年博士論文

【摘要】：衛(wèi)星雙向時間傳遞(Two-Way Satellite Time Transfer,TWSTT)是當今最精確的遠距離時間比對技術(shù)之一,其時間比對精度國際上可達到0.3ns,國內(nèi)可達到0.3-0.5ns。由于其時間傳遞精度很高,現(xiàn)已經(jīng)廣泛地應用于時頻、導航和通信等領域。軍事應用中,時間同步技術(shù)必須充分考慮到戰(zhàn)略需要,須具有高精度、動態(tài)性、靈活性、抗干擾能力和自主運行能力。眾多時間同步技術(shù)中,衛(wèi)星雙向時間比對技術(shù)具有比對時間短、精度高的特點,其方法是BIPM國際計量局在國際時間比對中所采用的重要方法。同時,因國家授時中心與海軍合作項目需要,提出了本論文課題研究,即對動態(tài)站的衛(wèi)星雙向時間傳遞關(guān)鍵技術(shù)進行初步分析和研究。(1)分析了固定站的衛(wèi)星雙向時間傳遞原理和時間比對中的各誤差源對比對精度的影響。影響TWSTT精度的主要因素有:設備時延誤差;傳播路徑時延誤差;衛(wèi)星運動引起的時延誤差,最主要的誤差源是設備時延誤差。其中,設備時延誤差主要包括計數(shù)器時延誤差、調(diào)制解調(diào)器時延誤差、衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器時延誤差與地面站設備發(fā)射與接收時延誤差;傳播路徑時延誤差主要指大氣傳播時延(對流層、電離層)誤差;衛(wèi)星運動引起的誤差主要包括Sagnac效應時延誤差和兩站到衛(wèi)星的幾何路徑不對稱引起的幾何路徑時延誤差。(2)基于固定站的衛(wèi)星雙向時間傳遞原理基礎上,分析了動態(tài)站的衛(wèi)星雙向時間比對原理,提出在測量時間間隔內(nèi),?prop_delay是比對站平臺的相對運動引起的傳播時延變化量,?Sagnac變化量取決于兩個站的絕對位置。同時,提出了動態(tài)站的TWSTT的關(guān)鍵技術(shù)問題分別是穩(wěn)定的天線系統(tǒng)、移動站站坐標快速捕獲、數(shù)據(jù)處理與誤差補償、信號接收質(zhì)量對時間比對精度的影響。(3)穩(wěn)定的天線系統(tǒng)是動態(tài)站的衛(wèi)星雙向時間傳遞中的關(guān)鍵問題之一。因外界因素或人為因素干擾,天線指向發(fā)生了變化,使衛(wèi)星與天線的指向相對位置之間發(fā)生改變,造成地面站天線接收不到信號或者接收信號質(zhì)量變差,并使信號在站與衛(wèi)星之間傳播的上下行幾何路徑不對稱。通過測試天線指向誤差對TWSTT性能的影響實驗,并得到一些初步數(shù)據(jù),經(jīng)過分析得出天線方位角比俯仰角變化敏感。理論上講,不管是方位角還是俯仰角向兩邊偏離中心位置的最大角度都是對稱的,但在實際實驗過程中,由于受到周圍環(huán)境的影響(如天氣情況、電磁波等因素),兩個角偏離角度都是各自不對稱的,因此在進行調(diào)節(jié)天線位置時,在保證信號接收質(zhì)量的前提下,方位角與俯仰角偏離穩(wěn)定轉(zhuǎn)態(tài)的的角度范圍是不同的,這為TWSTT地面站的天線對星調(diào)節(jié)工作及分析因比對站的運動而產(chǎn)生的對TWSTT時間比對精度影響提供了有力地參考價值。(4)移動站站坐標快速捕獲是動態(tài)站的衛(wèi)星雙向時間傳遞中的關(guān)鍵問題之一。利用車載實驗動態(tài)實時定位采集的數(shù)據(jù)來研究移動站位置變化對TWSTT的影響,包括兩個方面:星到站的幾何路徑時延與Sagnac效應。經(jīng)分析得出移動站位置變化1m,星到站的幾何路徑時延變化約為3.1ns,地面站經(jīng)度、緯度和衛(wèi)星經(jīng)度誤差對站到衛(wèi)星的Sagnac效應影響變化量與地面站高度和衛(wèi)星緯度誤差對Sagnac效應的影響比較,前者影響量大。因此在動態(tài)站的TWSTT中,計算Sagnac效應時,要盡量保證地面站經(jīng)度、緯度和衛(wèi)星經(jīng)度的位置準確,同時也說明了移動站引起的位置變化對動態(tài)站的TWSTT時間比對結(jié)果的影響,指出了使用中星-10作為轉(zhuǎn)發(fā)衛(wèi)星時,若使時間比對精度保持在幾ns量級,地面位置經(jīng)度、緯度和衛(wèi)星經(jīng)度的變化范圍。(5)因?qū)嶒灄l件所限,利用岸船衛(wèi)星雙向時間比對技術(shù)對動態(tài)站的衛(wèi)星雙向時間比對技術(shù)進行了仿真模擬,以微積分和矢量代數(shù)方法對低速的船載運動對衛(wèi)星雙向比對技術(shù)精度影響進行了分析,得出影響岸船衛(wèi)星雙向時間比對的數(shù)學模型,并通過數(shù)學模型對航速、航向及海浪起伏等各種因素對時間比對的影響誤差進行了計算仿真與總結(jié),同時指出船的高程變化與海浪的高度及海浪的波長與船長的比值有關(guān),提出了一種船載在運行過程中,提高岸船衛(wèi)星雙向時間比對技術(shù)精度的初步的誤差補償方式。(6)空間信號質(zhì)量對時間比對精度的影響是動態(tài)站的TWSTT的關(guān)鍵問題之一,衛(wèi)星運動與時間比對站運動是相對的,則衛(wèi)星運動相對來講即是時間比對地面站在運動,同時衡量空間信號質(zhì)量的一項重要指標是載噪比。為了分析衛(wèi)星運動對衛(wèi)星雙向時間傳遞比對信號接收質(zhì)量及比對精度的影響,以GPS精密單點定位為參考,分析了AM2衛(wèi)星軌道開始傾斜前后對衛(wèi)星雙向時間比對歐亞鏈路中NTSC-PTB鏈路的影響,得出衛(wèi)星運動會引起衛(wèi)星天線接收定位(即方位角、仰角和饋源的極化角)不準確,影響天線接收到的信號強度和質(zhì)量變差,使接收信號的載噪比變低,Drms值變大,使TWSTT傳遞方法測量精度降低,這對研究分析衛(wèi)星運動對TWSTT或者地面站運動對動態(tài)站的TWSTT的測量精度影響具有一定的參考價值�？傊�,本論文基于固定站的TWSTT基礎上,提出了動態(tài)站的TWSTT的關(guān)鍵技術(shù)問題,同時針對每個技術(shù)問題,進行了實驗測試或模擬仿真分析,并得出結(jié)論。
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【學位授予單位】：中國科學院研究生院(國家授時中心)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TB939
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本文編號：1751213