一种基于移动参考站的卫星双向时间频率传递系统时延校准方法_王茂磊

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软件接收机UTC卫星双向时间传递

软件接收机UTC卫星双向时间传递江志恒;武文俊【摘要】卫星双向时间频率传递(TWSTFT)是协调世界时(UTC)产生过程中的重要时间比对技术手段,其精度可达0.5 ns.目前,全球大约有20多个时间保持水平最高的守时实验室利用卫星时间和测距设备(SATRE)进行连续的实验室间远距离卫星双向时间比对工作.然而SATRETWSTFT的性能主要受到了周日效应的影响,其在某些链路上变化幅度甚至可达2 ns.2016年2月,国际权度局(BIPM)和国际时频咨询委员会(CCTF)卫星双向工作组(WGTWSTFT)共同发起了基于软件接收机(SDR)的国际卫星双向时间比对试验研究,并取得了较为满意的结果.对该研究小组的工作进行了简单的回顾,主要以SATRE TWSTFT和GPS PPP或IPPP技术为参考对SDR TWSTFT进行了分析评估,结果表明:SDR TWSTFT在洲际内的多数链路上对SATRE TWSTFT的周日效应的平均增益因子为2～3,而在洲际间的长基线链路上改善了30％～40％.从201 7年1 0月开始,SDR卫星双向成为了UTC时间比对链路的备份链路,预计未来几年将成为UTC时间比对的正式链路.【期刊名称】《时间频率学报》【年(卷),期】2019(042)003【总页数】10页(P196-205)【关键词】协调世界时;软件接收机;卫星双向时间频率传递;周日效应;不确定度【作者】江志恒;武文俊【作者单位】国际权度局,巴黎F92312;中国科学院国家授时中心,西安710600;中国科学院时间频率基准重点实验室,西安710600;中国科学院大学天文与空间科学学院,北京101048【正文语种】中文从1999年开始，守时实验室所提供的卫星双向时间频率传递（TWSTFT）数据开始正式应用于协调世界时（UTC）的计算[1]。

TWSTFT现已经是UTC实现中的首要时间比对技术，其精度可达0.5 ns[2]。

基于BDS的卫星双向时间比对性能评估试验

Technology Study技术研究DCW7数字通信世界2020.041 卫星双向时间比卫星双向时间频率传递技术（Two Way Satellite Time and Frequency Transfer ，TWSTFT ）是目前精度最高的远距离时间比对技术之一，时间比对不确定度可达1 ns 左右，频率比对的不确定度可达10-15量级。

由于卫星双向时间频率传递具有测量精度与测站距离不相关、可同时进行测量数据交互等优点，在时间频率、卫星导航等领域得到了广泛应用。

卫星双向时间比对一般通过地球静止轨道卫星（GEO ）进行，比对信号一般采用直接序列扩频（DSSS ）体制，因而一颗GEO 卫星可实现多个站同时进行时间比对。

而在一些可靠性要求较高的应用场景，还可采用2颗以上的GEO 卫星对比对链路相互备份，此时对不同链路条件下的卫星双向时间比对性能进行有效的测试评估成为链路备份的关键。

本文在介绍卫星双向时间比对原理的基础上，对某基于2颗GEO 卫星建立的卫星双向时间比对系统情况进行了描述，设计了双星条件下的卫星双向时间比对性能评估试验，从钟差拟合参数和三站钟差闭合精度两个方面对两条链路测得的时间比对结果进行了试验评估，结果表明两条链路获得卫星双向时间比对结果一致性极高，具有较好的互备性。

2 卫星双向时间比对原理卫星双向时间比对的基本原理是两个地面观测站分别通过卫星测量对方信号到达本地的时刻与本地时刻之间的时间偏差，再将各自得到的时间差相减，即可获得两个地面观测站的钟差，如图1所示。

图1 卫星双向时间比对原理图在图1中，Modem 是专用于时间传输的调制解调器，它可将原子钟时间信号变换为适合卫星传输的伪随机码扩频信号，反之亦然。

卫星双向时间同步系统可完成两站之间的双向比对，也可以在多站之间进行双向比对。

卫星双向时间比对的计算模型为：式中，T A ，T B 为两地Modem 中计数器读数；d AS ，d SA ，d BS ，d SB 为两地对应的上、下行路径中的空间传播时延；d SAB ，d SBA 为两地对应的上、下行路径中卫星的转发器时延；d TA ，d RB ，d TB ，d RA 为两地的地面站设备时延；S AS ，S SA ，S BS ，S SB 为两地对应的上、下行路径中的Sagnac 效应时延。

应用双向时间传递的重力卫星时标误差自主测量

应用双向时间传递的重力卫星时标误差自主测量
陈莉;王跃科;杨俊;张传胜
【期刊名称】《空间科学学报》
【年(卷),期】2013(033)003
【摘要】星间时标误差的自主测量对于中国自主研发地球重力卫星具有重要意义.提出利用双向时间传递法实现重力卫星时标误差的自主测量,设计了测量方案,建立了包含卫星运动导致的链路非对称、电离层效应、设备零值以及随机测时误差在内的测量模型.结合地球重力卫星相关特性,分析了时标误差测量中各误差源的影响及相应的误差校正方法.以GRACE重力卫星为例,利用提出的方法和校正措施,星间时标误差自主测量精度可以达到0.62 ns,其中误差主要来自系统零值标定误差和随机测时误差.
【总页数】6页(P302-307)
【作者】陈莉;王跃科;杨俊;张传胜
【作者单位】国防科学技术大学机电工程与自动化学院长沙410073;国防科学技术大学机电工程与自动化学院长沙410073;国防科学技术大学机电工程与自动化学院长沙410073;国防科学技术大学机电工程与自动化学院长沙410073
【正文语种】中文
【中图分类】V443
【相关文献】
1.卫星双向时间传递中的卫星运动误差研究 [J], 任艳阳;周必磊;方宝东;尤伟
2.联合卫星双向时间频率传递和GNSS观测数据确定重力位差和高程差 [J], 孔祥雪;申文斌;张胜军
3.双向不对等几何路径对卫星双向时间频率传递的影响 [J], 任烨;薛艳荣;李孝辉
4.卫星双向时间频率传递的误差研究 [J], 武文俊
5.Vondrak滤波方法在软件接收机卫星双向时间传递中的应用 [J], 王翔;宋会杰;郭栋;武文俊;董绍武
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长码快速直接捕获中卫星信号传播时延估计

长码快速直接捕获中卫星信号传播时延估计
王梦丽;王飞雪
【期刊名称】《空间科学学报》
【年(卷),期】2007(027)003
【摘要】卫星导航定位系统中,辅助长码快捕的一个最重要的信息是时间信息,卫星信号传播时延估计是提供先验时间信息,减少时域搜索范围的一个重要方面.基于用户和卫星的概略位置,给出了适用于不同类型导航星和不同用户场景的卫星信号传播时延估计算法.数值计算表明,算法能够大大压缩不同导航星和不同场景用户之间传播时延的不确定范围,即使在用户与卫星位置误差较大的恶劣应用背景下也能将不确定范围压缩一半,从而有效地辅助长码快捕的实现.
【总页数】5页(P253-257)
【作者】王梦丽;王飞雪
【作者单位】国防科学技术大学电子科学与工程学院卫星导航定位研发中心,长沙,410073;国防科学技术大学电子科学与工程学院卫星导航定位研发中心,长沙,410073
【正文语种】中文
【中图分类】V412
【相关文献】
1.一种快速直接的长码捕获方法 [J], 陈超;田红心
2.卫星导航信号长码快速直接捕获算法研究 [J], 张琳;初海彬;张乃通
3.GPS信号中P码直接捕获技术的研究 [J], 朴虎哲;冯永新;潘成胜
4.长码快速直接捕获中的多普勒频率偏移估计 [J], 田原;王梦丽;牛飞
5.双块零扩展截断相关的长码信号快速捕获算法 [J], 冯永新;任锦君;刘芳
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基于GPS授时的电网频率测量技术的研究

基于GPS授时的电网频率测量技术的研究潘宇婷;陈宇晨;王承宇;侯昀【摘要】提出了一种基于GPS授时的电网频率测量的新方法,系统以GPS接收机提供的1PPS信号为基准源,结合GPS时钟信号和恒温晶振时钟信号精度互补这一特性,通过调控恒温晶振的压控端,使其输出频率随之改变,以维持短期和长期的时钟精度和稳定性.然后将此时钟提供给DSP的定时器,通过DSP的eCAP模块对输入信号的上升沿进行捕获,记录两个上升沿的触发时间得到电网的实时频率.【期刊名称】《电源技术》【年(卷),期】2016(040)003【总页数】3页(P709-710,714)【关键词】GPS授时;恒温晶振;粒子滤波;捕捉单元【作者】潘宇婷;陈宇晨;王承宇;侯昀【作者单位】上海工程技术大学,上海201620;上海工程技术大学,上海201620;上海工程技术大学,上海201620;上海市电力公司,上海200122【正文语种】中文【中图分类】TM93当代社会，电能是一种最为广泛使用的能源，其应用程度成为一个国家发展水平的主要标志之一。

随着科学技术和国民经济的发展，对电能的需求量日益增加，同时对电能质量的要求也越来越高。

电网频率是电能质量的一项重要指标，电能质量的好坏直接影响工农业生产和人民的生活，因此保证电网频率偏差小于容许值是电网运行调节控制的重要内容[1]。

系统由调理电路、过零检测电路、外部恒温晶振校准模块组成，主框架如图1所示。

电网高压经过精密互感器变为小信号，通过调理电路(放大电路、滤波电路等)进行处理，以滤除高次谐波，避免谐波对过零检测环节的影响，从而提高测量精度。

过零检测电路由电压比较器MAX474、电阻和电阻元件等组成，对电网的正弦波进行整形，从而可以得到与电网基波相同频率的方波信号，然后输入到DSP的捕捉单元引脚。

外部恒温晶振校准模块通过GPS校核恒温晶振，得到高精度的时钟信号，然后作为DSP定时器的外部输入时钟。

2.1 系统原理由于受到跟踪的卫星数目、卫星钟差、传导距离、电磁干扰和接收机性能等因素影响，GPS接收机输出的1PPS信号存在一定的随机误差ε，ε服从正态分布ε～(0，σ2)，但是没有累计误差。

全新卫星双向时间比对调制解调器设计

全新卫星双向时间比对调制解调器设计王学运;王海峰;张升康;袁媛;王宏博;王超;王亮【期刊名称】《电子学报》【年(卷),期】2017(045)010【摘要】Two-way satellite time and frequency transfer (TWSTFT) is general used in high-precision time and frequency transfer,the key equipment of TWSTT system is the modem.Nowadays,a new time transfer modem for TWSTFT has been developed at BIRMM.The direct sequence spread spectrum(DSSS) and binary phase shift keying (BPSK) modulation techniques are used to generate a pseudo-random noise (PRN) signal.A fast Fourier transform (FFT) parallel algorithm is applied to achieve fast acquisition of the PRN modulated receiving signal.A 2ndorder frequency lock loop (FLL) assisted 3m order phase lock loop (PLL) is designed to keep both of the performance of loop dynamic stress and carrier phase tracking accuracy,and a 2nd order delay lock loop DLL is used to track and measure the code phase.A short baseline TWSTFT experiment was done with two 1.2m very small aperture terminal (VSAT) earth stations and a commercial geosynchronous orbit communication satellite to evaluate the modem's performance.The result shows very low noise with the standard deviation (lo-) equal to 0.13ns at a 2.5MChip/s code rate.%卫星双向时间频率传递是目前被广泛应用的远距离高精度时间频率量值传递方法,其核心组成设备是双向时间比对调制解调器.文章介绍了由北京无线电计量测试研究所研制的卫星双向时间比对调制解调器,该设备采用直接序列扩频(DSSS)和二进制相移键控(BPSK)方式完成时间信号的调制,采用快速傅里叶变换(FFT)算法实现对信号的快速搜索和捕获;利用二阶锁频辅助三阶锁相环路达到动态性能和跟踪精度的平衡;采用二阶延迟锁定环(DLL)来实现对码相位的精密跟踪和测量.采用两个1.2m口径天线的双向比对地球站进行短基线卫星双向时间比对试验,试验结果表明当系统工作在2.5MChip/s码速率时,该调制解调器的时间比对精度(标准偏差(1σ))能够达到0.13ns.【总页数】6页(P2555-2560)【作者】王学运;王海峰;张升康;袁媛;王宏博;王超;王亮【作者单位】北京无线电计量测试研究所,北京100854;计量与校准技术国家级重点实验室,北京100854;北京无线电计量测试研究所,北京100854;计量与校准技术国家级重点实验室,北京100854;北京无线电计量测试研究所,北京100854;计量与校准技术国家级重点实验室,北京100854;北京无线电计量测试研究所,北京100854;北京无线电计量测试研究所,北京100854;计量与校准技术国家级重点实验室,北京100854;北京无线电计量测试研究所,北京100854;北京无线电计量测试研究所,北京100854【正文语种】中文【中图分类】TN914【相关文献】1.卫星双向时间传递调制解调器跟踪环路设计 [J], 王学运;王海峰;张升康;王亮2.卫星双向时间频率传递调制解调器研制进展 [J], 王学运;赵博;张升康;王海峰;袁媛;王宏博3.卫星双向时间比对原理及比对误差估算 [J], 孙宏伟;李志刚;李焕信;梁双友4.卫星双向时间比对法的数字基带设计 [J], 张玲5.Vondrak-Cepek组合滤波在北斗共视和卫星双向时间比对融合中的应用 [J], 王威雄;董绍武;武文俊;郭栋;王翔;高喆因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

两种时延修正方法在嫦娥四号探测器ΔDOR测量中的应用

两种时延修正方法在嫦娥四号探测器ΔDOR测量中的应用肖威;杨鹏;张志斌;王广利
【期刊名称】《天文学进展》
【年(卷),期】2022(40)1
【摘要】ΔDOR测量是一种应用于深空探测中的差分VLBI技术,通过对探测器和射电源的测量结果进行差分处理,从而减弱或消除传播介质、台站设备、时钟等引起的测量误差。

目前我国ΔDOR测量的相关后处理中,有以首颗射电源作为参考源和邻近射电源作为参考源的两种不同时延修正方法。

利用对嫦娥四号实时任务期间VLBI测量数据对这两种方法进行研究分析,得到两者的时延结果相差在2 ns以内,且存在随时间变化的趋势;通过对基线时延闭合差以及定轨残差进行分析发现,相较于首颗射电源修正的方法,邻近源修正存在一定优势。

【总页数】13页(P142-154)
【作者】肖威;杨鹏;张志斌;王广利
【作者单位】中国科学院上海天文台天文地球动力学研究中心;中国科学院大学;中国科学院行星科学重点实验室上海天文台;上海市导航定位重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】P228.6
【相关文献】
1.基于视觉的嫦娥四号探测器着陆点定位方法
2.稀土钴永磁材料应用于嫦娥四号探测器
3.一种应用于实时深空干涉测量的电离层时延修正方法
4.一种应用于实时深
空干涉测量的电离层时延修正方法5.高冰点热管工作特性实验研究及在"嫦娥四号"探测器上的应用
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ZHANG Da1
YU Jin1
（ 1． Beijing Satellite Navigation Center，Beijing 100094 ； 2． Shanghai Astronomical Observatory，CAS，Shanghai 200030 ）
Abstract
Device delay is the main error source in twoway satellite time and frequency transfer sys-
图1 卫星双向时间频率传递法基本原理图
组合时延的传递，基本原理如图 2 所示。定义移动参考站为 C 站，首先将移动参考站置
· 34·
宇航计测技术
2015 年
2
基于移动参考站的卫星双向组合时延传递基本原理图
3
基于移动参考站的卫星双向组合时延传递工程实例图
于 A 站开展组合时延传递，获取 A 站与 C 站的组合（时延 1 / 2 ［
午－晚上－中午，移动参考站放置于自然场地中，半弧状的趋势项应为温度变化对移动参考站的影响所致。对 Δ 做二阶拟合扣除趋势项后，结果如图 5 所示。
移动参考站返回 A 站后，再次开展了同源零基线条件下的组合时延测定，将前后两次测定的组合时延做差后，结果如图 6 所示。图 6 中，时延残差的均值为 0 ． 1 ns ，标准差为 0． 49ns 。可以看出，经过4 000 km 以上距离的移动后，移动参考站与 A 站设备的组合时延稳定性极 A， B 两站原高。因此，相对于移动参考站系统，有卫星双向时间同步链路存在约 4 ． 7 ns 的系统性偏差。
+
Ｒ A
）－（
T C
T A
+
Ｒ C
）］，在通过将 C 站移
T B
动到 B 站基于同源零基线的方式获得 B 站与 C 站（的组合时延 1 / 2 ［ 1 /2［（
T B
+
T A
Ｒ B
）－（
Ｒ B
+
Ｒ C
）］，对两个组
合时延做差后即可获得 A 站与 B 站的组合时延 +
+
Ｒ B
）］
1 geo geo geo geo + ［ ρ （ T '） + ρSA （ TS '）－ ρAS （ TS ）－ ρSB （ TS）］ 2c BS S + 式中： 1 ［（ 2
T A ion BS
。
+
本文从卫星双向时间频率传递的基本理论模型出发，分析了基于移动参考站进行站间相对延迟测量的基本原理，根据某工程的实际情况，对校准方法进行了统性偏差进行较准，并获取了实际结果。
2015 年 6 月第 35 卷第 3 期
宇航计测技术
中图分类号： TM935． 12
Jun．， 2015 文献标识码： A
文章编号： 1000 － 7202 （ 2015 ） 03 － 0032 － 04
Journal of Astronautic Metrology and Measurement Vol． 35 ， No． 3
geo geo 接收路径的卫星转发时刻， ρ AS （ T S ）和 ρ SB （ T S ）为 A
2 基于移动参考站的卫星双向时间比对链路校准原理分析
2． 1 卫星双向时间频率传递原理
站发射 B 站接收路径的上行几何距离和下行几何距离； TS ' 是 B 站发射 A 站接收路径的卫星转发时刻， ρBS （ TS '）和 ρAS （ TS '）为 B 站发射 A 站接收路径的上
理分析
+
Ｒ A
）－（
T A
+
Ｒ B
）］
（ 2）
由于同源条件下，两站间的钟差可直接测定，则式（ 2 ）可进一边变换为 1 /2［（
T B
+
Ｒ A
）－（
T A
+
Ｒ B
）］（ 3）
= ΔT AB － 1 / 2 c［ ρ AB （ T B ）－ ρ BA （ T A ）］
即 A 和 B 两站的设备组合时延（包括两站收发设备的 4 个单向时延）可以通过同源零基线的方式获得。由于两站一般不具备条件直接将设备进行同源零基线测试，因此可基于移动参考站的方式进行
T B
卫星双向时间频率传递法基本原理如图 1 所。示 A 站和 B 站分别在本地钟面时刻 T A ' 和 T B ' 互 A 站和发信号，经过 GEO 卫星转发后被对方接收， B 站的伪距测量值分别为 ρ BA （ T A ）和 ρ AB （ T B ），其 T A 和 T B 分别为 A 站和 B 站接收对方信号时刻，中，两站交换各自测得的数据进行卫星双向时间频率传［3 ］递法站间钟差解算。
卫星双向时间频率传递（ Two Way Satellite Time TWSTFT ）技术是实现高精度远 Frequency Transfer，程时间传递的重要手段之一，与 GPS 共视时间比对法相比，卫星双向法时间传递具有数据交换及时、比
收稿日期： 2015 － 05 － 05 ，修回日期： 2015 － 06 － 05
［2 ］
其计算模型为 1 1 ΔTAB = ［ ρ （ T ）－ ρBA （ TA）］+ ［ 2c AB B 2 = + 1 ［ ρ （ T ）－ ρ BA （ T A）］ 2 c AB B 1 ［（ 2
T B BA
（ TA ）－
AB
（ TB）］
+
S BA
+
Ｒ A
）－（
T A
+
S AB
T C
测结果 ΔT AB ， ΔT AB ' ，由于两套链路使用信号参考点、卫星转发器以及信号的空间传输路径完全一致，因此对两种手段获得的同一历元钟差做差，令Δ = ΔT AB － ΔT AB ' ，对Δ 3． 2 实验结果分析 2012 年 12 月，基于 3． 1 节设计的测试过程开展了实际条件下的测试，移动参考站先在 A 站开展了同源零基线条件下的组合时延测定，后移动至 2 000km 以外的 B 站，开展完实验后，再次返回 A 站。某一时间段内的两种链路获得的钟差的做差结果如图 4 所示。进行数学统计后即为两套时间同步设备组合时延的相对偏差。
关键词
卫星双向时间频率传递
设备时延
+
移动参考站
A Delay Calibration Method based on Portable Station for Twoway Satellite Time and Frequency Transfer System
2 WANG Maolei1，
XIAO Shenghong1
ion 行几何距离和下行几何距离。 iS 和 ion Si geo geo
分别为 i 站到卫
星和卫星到 i 站两条路径的电离层改正项。 2． 2 基于车载站的卫星双向时间比对链路校准原假设两站在信号同源零基线条件下，除设备时延外的各项误差可忽略或完全抵消，式（ 1 ）可简化为式（ 2 ） ΔT AB = + 1 ［ ρ （ T ）－ ρ BA （ T A）］ 2 c AB B 1 ［（ 2
图4
A， B 两站间的两种卫星双向时间比对钟差做差结果图
上图中，测试时间长度约为 29h，从比对钟差曲存在呈半弧状缓慢变化的趋势项，统计均值线上看，为 4． 69ns，标准差为 0． 68ns。由于试验持续时间为中
第3 期
一种基于移动参考站的卫星双向时间频率传递系统时延校准方法
· 35·
作者简介：王茂磊（ 1979 －），男，工程师，主要研究方向：时间频率同步、卫星导航技术。
第3 期
一种基于移动参考站的卫星双向时间频率传递系统时延校准方法
· 33·
的校准依旧没有很好解决，所以很多实验室的 TWSTFT 系统主要还是用于频率的比对。卫星双向系统的校准是具体的工程问题，主要方案有两种，一种是基于卫星模拟器的地球站实时收发延迟测量方另一种是基于移动参考站的站间相对延迟测量案，方案。卫星模拟器延迟测量设备可以安装在卫星双向地球站，对地球站收发相对时延进行近实时监测，但对 TWSTFT 系统的校准或验证不够直接。移动参考站法较直接，是国际卫星双向链路校准的基本方案
tem． It is crucial to calibrate the delay in order to achieve highly accurate time comparison． According to the principle of twoway satellite time and frequency transfer，delay calibration based on portable station is introduced for two way satellite time frequency transfer system． In the engineering practice，due to the limit of reality，the method of calibration is modified，and the device delay of twoway satellite time and frequency transfer system is calibrated based on this method． Key words Twoway satellite time and frequency transfer Device delay