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XXB2简述北斗授时原理
编辑:上海爱启企业服务有限公司   时间:2017-01-05

XXB2简述北斗授时原理
       授时是指接收机通过某种方式获得本地时间与北斗标准时间的钟差,然后调整本地时钟使时差控制在一定的精度范围内。

       卫星导航系统通常由三部分组成:导航授时卫星、地面检测校正维护系统和用户接收机。对于北斗局域卫星系统,地面检测中心要帮助用户一起完成定位授时同步。北斗授时系统。
       在北斗导航系统中,授时用户根据卫星的广播或定位信息不断的核准其时钟钟差,可以得到很高的时钟精度;根据通播或导航电文的时序特征,通过计数器,可以得到高精度的同步秒脉冲1pps信号,用于同/异地多通道数据采集与控制的同步操作。
       “北斗”为用户机提供两种授时方式:单向授时和双向授时。单向授时的精度为100ns,双向授时的精度为20ns。在单向授时模式下,用户机不需要与地面中心站进行交互信息,只需接收北斗广播电文信号,自主获得本地时间与北斗标准时间的钟差,实现时间同步;双向授时模式下,用户机与中心站进行交互信息,向中心站发射授时申请信号,由中心站来计算用户机的时差,再通过出站信号经卫星转发给用户,用户按此时间调整本地时钟与标准时间信号对齐。

单向授时

       北斗时间为中心控制站精确保持的标准北斗时间,用户钟时间为用户钟的钟面时间,若两者不同步存在钟差,则北斗时间和用户钟时间虽然读数相同其出现时刻却是不同的。

       地面中心站在出站广播信号的每一超帧单向授时就是用户机通过接收北斗通播电文信息,由用户机自主计算出钟差并修正本地时间,使本地时间和北斗时间同步。周期内的第一帧数据段发送标准北斗时间(天、时、分信号与时间修正数据)和卫星的位置信息,同时把时标信息通过一种特殊的方式调制在出站信号中,经过中心站到卫星的传输延迟、卫星到用户机的延迟以及其它各种延迟(如对流层、电离层、sagnac效应等)之后传送到用户机,也就是说用户机在本地钟面时间为观测到卫星时间,由用户机测量接收信号和本地信号的时标之间的时延获得,和则根据导航电文中的卫星位置信息、延迟修正信息以及接收机事先获取的自身位置信息计算。

       一般来说,对已知精密坐标的固定用户,观测1颗卫星,就可以实现精密的时间测量或者同步。若观测2颗卫星或者更多卫星,则提供了更多的观测量,提高了定时的稳健性。
双向授时

       双向授时的所有信息处理都在中心控制站进行,用户机只需把接收的时标信号返回即可。为了说明方便,给出简化模型:中心站系统在T0时刻发送时标信号ST0,该时标信号经过延迟后到达卫星,经卫星转发器转发后经到达授时用户机,用户机对接收到的信号进行的处理也可看做信号转发,经过空间的传播时延到达卫星,卫星把接收的信号转发,经过空间的传播时延传送回中心站系统。也即表示时间T0的时标信号ST0,最终在T0++++时刻重新回到中心站系统。中心站系统把接收时标信号的时间与发射时刻相差,得到双向传播时延+++,除以2得到从中心站到用户机的单向传播时延。中心站把这个单向传播时延发送给用户机,定时用户机接收到的时标信号及单向传播时延计算出本地钟与中心控制系统时间的差值修正本地钟,使之与中心控制系统的时间同步。

双向授时和单向授时的对比

       1. 从双向授时和单向授时的原理:介绍中可以看出,双向授时和单向授时的主要差别在于从中心站系统到用户机传播时延的获取方式:单向授时用系统广播的卫星位置信息按照一定的计算模型由用户机自主计算单向传播时延,卫星位置误差、建模误差(对流层模型、电离层模型等)都会影响该时延的估计精度,从而影响最终的定时精度;双向授时无需知道用户机位置和卫星位置,通过来回双向传播时间除以2的方式获取,更精确的反映了各种延迟信息,因此其估计精度较高。在北斗系统中单向授时精度的系统设计值为100ns,双向授时为20ns,实际授时用户机的性能通常优于该指标。
       2. 单向授时需要事先计算用户机的位置,若位置未知,则需先发送定位请求来获得位置信息。双向授时无需知道用户机的位置,所有处理都有中心站系统完成。
       3. 单向授时由于采用被动方式进行,不占用系统容量(需要获取定位位置信息)。而双向授时是通过与中心站交互的方式来进行定时,因此会占用系统容量,受到一定的限制。