本文關(guān)鍵詞：基于雙移動站的衛(wèi)星雙向時間傳遞系統(tǒng)誤差校準(zhǔn)方法研究

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【摘要】：衛(wèi)星雙向時間頻率傳遞(TWSTFT)是目前最精確的遠(yuǎn)距離時間傳遞技術(shù)之一。其優(yōu)勢在于信號傳輸路徑具有近似對稱性,使信號路徑時延幾乎被抵消,然而雙向地面站設(shè)備傳輸時延的變化導(dǎo)致TWSTFT需要定期校準(zhǔn)。傳統(tǒng)的校準(zhǔn)方法主要有衛(wèi)星模擬器法和單移動站法。衛(wèi)星模擬器法是一種絕對校準(zhǔn)方法,校準(zhǔn)過程復(fù)雜、校準(zhǔn)周期長。單移動站校準(zhǔn)法是一種相對校準(zhǔn)方法,它分別測出移動站和各個固定站的設(shè)備時延差,從而求出各個地面站之間的設(shè)備時延差。目前我國雙向時間頻率傳遞中,主要存在4種調(diào)制解調(diào)器,C頻段和Ku頻段兩種信號。按照傳統(tǒng)的單移動站校準(zhǔn)方法需要研制8種移動站才能滿足我國雙向校準(zhǔn)的需求,成本太高,多套移動站之間的系統(tǒng)差也難以校準(zhǔn)。為此我們提出了一種新的雙移動站校準(zhǔn)方法。本文所做的工作和主要研究成果如下:(1)研究了衛(wèi)星雙向時間頻率傳遞鏈路誤差使用大氣毫米波傳播模型和Marini模型研究了對流層對TWSTFT的影響。結(jié)果表明對流層對TWSTFT僅有幾個皮秒的影響,可以忽略不計。電離層時延對TWSTFT的影響可以使用雙頻改正模型加以修正。Sagnac效應(yīng)對雙向的影響較大,可以按照計算公式算出結(jié)果。衛(wèi)星運(yùn)動對雙向的結(jié)果也有很大影響,需要對其影響加以考慮。設(shè)備時延是雙向的主要誤差,本文使用雙移動站測量任意兩個雙向站間的設(shè)備時延差。(2)提出了一種新的雙向校準(zhǔn)方法針對我國雙向校準(zhǔn)的要求,提出使用兩個雙向移動站來校準(zhǔn)任意兩個雙向地面站系統(tǒng)差的方法,并針對系統(tǒng)特點(diǎn)設(shè)計了校準(zhǔn)步驟:第一步先將兩個移動站放在A地進(jìn)行零基線校準(zhǔn),獲得兩移動站在A地環(huán)境下的系統(tǒng)差T1(主要含設(shè)備時延差);第二步再將兩個移動站分別放在A、B兩地,以兩地時鐘為參考進(jìn)行測試,測得結(jié)果 T2;第三步將兩個移動站都放在B地,采用零基線方法復(fù)核兩移動站的系統(tǒng)差,獲得兩移動站在B地環(huán)境下的系統(tǒng)差T3。將T1與T3的值平均后作為第二步校準(zhǔn)時的系統(tǒng)差,T2值扣除系統(tǒng)差后即為A、B兩地參考時間的實(shí)際鐘差。用雙移動站最終獲得的兩地鐘差校準(zhǔn)兩地固定地面站的鐘差測試結(jié)果,即可實(shí)現(xiàn)用雙移動站對地面站系統(tǒng)差的校準(zhǔn)。(3)研究了雙移動站校準(zhǔn)的影響因素研究了碼速率、信號功率、溫度、工作頻率、雨衰、位置等因素對雙移動站校準(zhǔn)誤差的影響。試驗結(jié)果顯示:樣機(jī)的設(shè)備時延與發(fā)射、接收信號的功率有關(guān),測試時需要使用固定的發(fā)射和接收功率,確保重復(fù)測試時設(shè)備時延受信號功率的影響最小;晴天的結(jié)果比雨天的結(jié)果好近1個數(shù)量級,不建議雨天測試。(4)研制了雙移動站原理樣機(jī)雙移動站由兩套完全相同的設(shè)備組成。單套設(shè)備包括頻率脈沖信號分配放大器、時頻調(diào)制解調(diào)器、Ku頻段射頻收發(fā)通道、網(wǎng)絡(luò)時間服務(wù)器、數(shù)據(jù)傳輸模塊和站間時間同步精度評估軟件。(5)研制了高精度站間時間同步精度評估軟件軟件的主要功能是接收兩站的測量數(shù)據(jù),同時發(fā)送本地的測量數(shù)據(jù),另外還具有參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、時差計算、狀態(tài)監(jiān)控、顯示、數(shù)據(jù)保存、輸出結(jié)果等功能,從而實(shí)現(xiàn)對站間時間同步精度的評估。(6)設(shè)計并完成了大量試驗,驗證了雙向移動站的性能設(shè)計了設(shè)備時延拆裝一致性試驗和設(shè)備開關(guān)機(jī)時延一致性試驗,驗證了設(shè)備拆裝和開關(guān)機(jī)前后性能的一致性。設(shè)計了零基線試驗,準(zhǔn)確測試了零基線系統(tǒng)差。設(shè)計了臨潼-洛南短基線試驗和臨潼-長春長基線試驗,驗證了系統(tǒng)測試的性能;分別使用衛(wèi)星1和衛(wèi)星2研究了不同衛(wèi)星對雙向校準(zhǔn)的影響�？傮w來說,本文在亞納秒量級分析了衛(wèi)星雙向時間傳遞的誤差分布規(guī)律及其校準(zhǔn)方法,提出了基于雙移動站的系統(tǒng)誤差校準(zhǔn)方法,大量理論分析和試驗證明,使用雙移動站方法,能將衛(wèi)星雙向時間傳遞的系統(tǒng)誤差校準(zhǔn)到0.5ns以內(nèi),并且這種方法脫離了信號體制、工作方式的限制,可以對其它比對手段的系統(tǒng)差進(jìn)行校準(zhǔn),是一種非常有應(yīng)用前景的方法。
【關(guān)鍵詞】：衛(wèi)星雙向時間頻率傳遞 雙移動站 設(shè)備時延校準(zhǔn)
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院（國家授時中心）
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN96.1
【目錄】：

• 致謝4-6
• 摘要6-8
• Abstract8-11
• 目錄11-15
• 圖表目錄15-19
• 1 緒論19-25
• 1.1 遠(yuǎn)距離時間頻率傳遞的意義19-21
• 1.2 衛(wèi)星雙向時間頻率傳遞的發(fā)展歷程21-23
• 1.3 研究目的及意義23-24
• 1.4 本文主要研究內(nèi)容24-25
• 2 衛(wèi)星雙向時間頻率傳遞系統(tǒng)25-31
• 2.1 衛(wèi)星雙向時間頻率傳遞原理25-26
• 2.2 衛(wèi)星雙向時間頻率傳遞系統(tǒng)構(gòu)成26-28
• 2.2.1 調(diào)制解調(diào)器27
• 2.2.2 甚小口徑衛(wèi)星終端站（VSAT）27-28
• 2.3 衛(wèi)星雙向時間頻率傳遞鏈路要求28-29
• 2.4 本章小結(jié)29-31
• 3 衛(wèi)星雙向時間頻率傳遞鏈路誤差研究31-57
• 3.1 大氣傳播延遲的影響及其改正方法31-35
• 3.1.1 對流層影響分析31-33
• 3.1.2 電離層誤差33-35
• 3.2 Sagnac效應(yīng)影響分析35-45
• 3.2.1 Sagnac效應(yīng)產(chǎn)生的原因35-36
• 3.2.2 Sagnac效應(yīng)算法及其在TWSTFT中的修正36-38
• 3.2.3 衛(wèi)星運(yùn)動對Sagnac效應(yīng)的影響38-45
• 3.3 衛(wèi)星運(yùn)動的影響及其改正方法45-52
• 3.3.1 影響原因45-46
• 3.3.2 衛(wèi)星運(yùn)動對TWSTFT幾何路徑不對等時延差的影響46-52
• 3.4 地面站設(shè)備時延的影響及其校準(zhǔn)方法52-55
• 3.5 本章小結(jié)55-57
• 4 傳統(tǒng)衛(wèi)星雙向時間頻率傳遞校準(zhǔn)方法研究57-63
• 4.1 主要的校準(zhǔn)方法57-62
• 4.1.1 衛(wèi)星模擬器法57-59
• 4.1.2 單移動校準(zhǔn)站法59-62
• 4.2 我國雙向地面站校準(zhǔn)現(xiàn)狀62
• 4.3 本章小結(jié)62-63
• 5 雙移動站校準(zhǔn)方法研究63-67
• 5.1 雙移動站校準(zhǔn)方法原理63-65
• 5.2 雙移動站校準(zhǔn)系統(tǒng)的組成65-66
• 5.3 本章小結(jié)66-67
• 6 雙移動站設(shè)計與實(shí)現(xiàn)67-105
• 6.1 雙移動站總體設(shè)計67-68
• 6.2 雙移動站硬件設(shè)計68-77
• 6.2.1 硬件總體設(shè)計68
• 6.2.2 硬件各模塊的設(shè)計68-77
• 6.3 雙移動站軟件設(shè)計77-84
• 6.3.1 軟件總體設(shè)計77-78
• 6.3.2 軟件任務(wù)分析78-79
• 6.3.3 軟件詳細(xì)設(shè)計79-84
• 6.4 雙移動站校準(zhǔn)方法的誤差分析84-102
• 6.4.1 碼速率對時延的影響84-85
• 6.4.2 發(fā)射接收功率對時延的影響85-87
• 6.4.3 溫度對時延的影響87-93
• 6.4.4 發(fā)射接收頻率對時延的影響93-95
• 6.4.5 雨衰對時延的影響95-99
• 6.4.6 位置對雙向時延的影響99-102
• 6.5 本章小結(jié)102-105
• 7 雙移動站性能測試與分析105-131
• 7.1 單機(jī)性能測試105-110
• 7.1.1 設(shè)備拆裝時延一致性105-109
• 7.1.2 設(shè)備開關(guān)機(jī)時延一致性109-110
• 7.2 零基線校準(zhǔn)試驗110-116
• 7.2.1 試驗?zāi)康?/span>110-111
• 7.2.2 試驗方法111
• 7.2.3 試驗條件111-112
• 7.2.4 試驗結(jié)果112-116
• 7.2.5 試驗分析116
• 7.3 短基線性能測試驗證試驗116-119
• 7.3.1 試驗?zāi)康?/span>116
• 7.3.2 試驗方法116-117
• 7.3.3 試驗條件117
• 7.3.4 試驗結(jié)果117-119
• 7.3.5 試驗分析119
• 7.4 長基線性能測試驗證試驗119-123
• 7.4.1 試驗?zāi)康?/span>119
• 7.4.2 試驗方法119-120
• 7.4.3 試驗條件120
• 7.4.4 試驗結(jié)果120-123
• 7.4.5 試驗分析123
• 7.5 比較基于不同衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)的試驗123-129
• 7.5.1 試驗?zāi)康?/span>123
• 7.5.2 試驗方法123-124
• 7.5.3 試驗條件124
• 7.5.4 試驗結(jié)果124-128
• 7.5.5 試驗分析128-129
• 7.6 本章小結(jié)129-131
• 8 總結(jié)與展望131-135
• 8.1 工作總結(jié)131-133
• 8.2 工作展望133-135
• 參考文獻(xiàn)135-141
• 作者簡介及在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果141-14

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本文編號：753083