基于精密單點(diǎn)定位（precise point positioning,PPP）的時(shí)間傳遞技術(shù)以其精度高、覆蓋范圍廣的優(yōu)點(diǎn)成為性能最優(yōu)的GNSS時(shí)間傳遞方法之一。隨著廣域差分產(chǎn)品時(shí)效性的提高,實(shí)時(shí)PPP時(shí)間傳遞開始應(yīng)用于精密授時(shí)的研究。本文在PPP時(shí)間傳遞技術(shù)的基礎(chǔ)上,結(jié)合實(shí)時(shí)衛(wèi)星鐘差估計(jì)、接收機(jī)時(shí)鐘調(diào)控及硬件延遲標(biāo)校技術(shù),建立了基于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BeiDou navigation satellite system,BDS）的廣域高精度時(shí)間服務(wù)（wide-area precise timing,WPT）系統(tǒng),可為用戶實(shí)時(shí)提供準(zhǔn)確、穩(wěn)定、可溯源的時(shí)間。WPT系統(tǒng)分為時(shí)間服務(wù)平臺(tái)和用戶終端兩個(gè)部分。時(shí)間服務(wù)平臺(tái)引入高精度的時(shí)間作為系統(tǒng)的參考時(shí)間基準(zhǔn),并提供廣域?qū)崟r(shí)差分改正數(shù);用戶終端基于實(shí)時(shí)PPP時(shí)間傳遞算法獲取本地鐘與系統(tǒng)時(shí)間基準(zhǔn)的差異,并采用精密調(diào)鐘技術(shù)實(shí)現(xiàn)終端與系統(tǒng)的同步。為了驗(yàn)證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)授時(shí)性能,本文進(jìn)行了零基線、短基線及廣域環(huán)境下的性能測(cè)試和評(píng)估。試驗(yàn)結(jié)果表明,該系統(tǒng)零基線、短基線時(shí)間同步精度優(yōu)于0.5 ns,廣域條件下單天的授時(shí)精度均優(yōu)于1 ns,為基于北斗系統(tǒng)的精密授時(shí)技... 

【文章來源】：測(cè)繪學(xué)報(bào). 2020,49(03)北大核心EICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：9 頁(yè)

【部分圖文】：

WPT系統(tǒng)架構(gòu)

當(dāng)時(shí)間基準(zhǔn)被傳遞到接收機(jī)后,接收機(jī)需要通過時(shí)頻調(diào)控技術(shù)和硬件延遲標(biāo)校技術(shù)來保持自身時(shí)間與時(shí)間基準(zhǔn)的一致性。高精度授時(shí)接收機(jī)結(jié)構(gòu)如圖2所示。射頻模塊由時(shí)鐘模塊給出的時(shí)鐘信號(hào)來驅(qū)動(dòng),完成下變頻、濾波和采樣,基帶信號(hào)處理模塊對(duì)數(shù)字中頻信號(hào)進(jìn)行處理獲取觀測(cè)值和星歷等信息。鐘差估計(jì)模塊根據(jù)接收到的觀測(cè)值、星歷以及實(shí)時(shí)衛(wèi)星軌道、鐘差產(chǎn)品,對(duì)接收機(jī)的位置和鐘差進(jìn)行估計(jì)。接收機(jī)時(shí)鐘模塊根據(jù)接收機(jī)的鐘差來調(diào)整輸出到基帶處理模塊和射頻模塊的時(shí)間信號(hào)和頻率信號(hào),并對(duì)外界提供標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)頻信息。為保證接收機(jī)所復(fù)現(xiàn)出的衛(wèi)星時(shí)間與真實(shí)衛(wèi)星時(shí)間保持同步,接收機(jī)需要對(duì)時(shí)頻信號(hào)進(jìn)行調(diào)控,并對(duì)由于硬件電路造成的時(shí)間延遲進(jìn)行標(biāo)校。3.1 精密時(shí)鐘調(diào)控技術(shù)

由于PPP技術(shù)使用了載波相位觀測(cè)值,為了充分發(fā)揮載波相位精度高的優(yōu)勢(shì),接收機(jī)時(shí)鐘調(diào)控精度需要達(dá)到0.1 ns的精度。時(shí)鐘調(diào)控方法主要可以分為兩類:一是調(diào)相法,接收機(jī)只在鐘差超過閾值時(shí),調(diào)整本地時(shí)間下一秒的秒長(zhǎng),這種方法的調(diào)控步進(jìn)受系統(tǒng)時(shí)鐘頻率的限制,存在分辨率的影響,這種方法只適合接收機(jī)剛啟動(dòng)時(shí)對(duì)本地時(shí)間的粗略調(diào)控;二是調(diào)頻法,接收機(jī)通過調(diào)整晶振頻率來補(bǔ)償晶振自身的頻偏,從而防止本地時(shí)間因晶振頻率偏差而發(fā)散。通過計(jì)算可知對(duì)于自身頻率為10 MHz的晶振,若需要達(dá)到每秒調(diào)整0.1 ns的精度,最小頻率調(diào)整步進(jìn)需要達(dá)到10-3 Hz。為此,本研究使用一個(gè)壓控恒溫晶振(voltage control oven controlled crystal oscillator,VCOCXO)結(jié)合數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊來進(jìn)行晶振頻率的精細(xì)調(diào)整,該晶振的秒級(jí)頻率穩(wěn)定度接近10-12。時(shí)鐘調(diào)控原理見圖3。PPP解算出的高精度鐘差經(jīng)過時(shí)鐘調(diào)控算法中的濾波處理轉(zhuǎn)換為該時(shí)刻的晶振頻率調(diào)整量,該調(diào)整量被送入數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊生成電壓變換量, 用以調(diào)控VCOCXO,從而改變晶振頻率。相對(duì)于常規(guī)的時(shí)鐘調(diào)控方式,該方法更適用于基于PPP的高精度授時(shí)接收機(jī),能充分發(fā)揮載波相位高精度的優(yōu)勢(shì)。圖4(a)給出了接收機(jī)在使用時(shí)鐘調(diào)控算法后的接收機(jī)鐘差序列圖,圖4(b)為OCXO的時(shí)鐘控制量�？梢钥吹�,在接收機(jī)啟動(dòng)后,接收機(jī)鐘差有一段收斂過程,在該過程中輸入OCXO的時(shí)鐘控制量,接收機(jī)鐘差變化較劇烈,然后逐步趨于平穩(wěn)。收斂后,頻率變得穩(wěn)定,接收機(jī)鐘差的值也基本保持在0.3 ns以內(nèi),而調(diào)控中的頻率精度可達(dá)10-4 Hz,證明該方法能根據(jù)PPP給出的精密鐘差進(jìn)行精細(xì)調(diào)控來保證1 PPS輸出的穩(wěn)定度。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
[1]導(dǎo)航衛(wèi)星實(shí)時(shí)精密鐘差確定及實(shí)時(shí)精密單點(diǎn)定位理論方法研究[D]. 宋偉偉.武漢大學(xué) 2011
[2]基于GPS精密單點(diǎn)定位的時(shí)間比對(duì)與鐘差預(yù)報(bào)研究[D]. 王繼剛.中國(guó)科學(xué)院研究生院（國(guó)家授時(shí)中心） 2010



本文編號(hào)：3455752