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超高精度时间频率同步及其应用摘要：文章介绍了时间频率同步的主要概念及方法。
重点介绍了在清华大学与中国计量科学研究院之间往返80 km的商用光纤链路上进行时间频率传输与同步的方案，实验得到7x10-15/s，5x10-19/天的频率传输稳定度和50 fs的时间同步稳定度。
针对不同网络结构，文章作者提出了多种光纤同步方案，并着重介绍了时间频率同步在科学研究领域中的一些重要应用。
一、引言时间，这是最早被人类意识到的同时也是最神秘的一个基本物理量。
从古时代人们的日出而作，日落而息，到地心说和日心说，再到相对论和宇宙大爆炸理论，人类从未停止过对时间本质与起源的探求。
另一方面，如何不断地提高“时间”这一基本物理量的测量精度，也一直是人类不懈追求的重要目标之一。
早在18世纪，为争夺海上霸权，解决远距离航海定位（经度）的难题，欧洲各国都在积极寻找海上精确守时的办法。
最终，一位英国钟表匠约翰•哈里森（John Harrison）发明了航海钟，首次使钟摆的摆动频率摆脱了重力影响，大大提高了航海过程中的时间测量精度，从而使安全的长距离海上航行成为可能o}。
在一定程度上，这也是日后英国成为“日不落帝国”的根本原因所在。
在此之后，随着现代高精度原子钟的快速发展，时间测量的精度已经遥遥领先于其他物理量的测量精度，时间因而成为测量精度最高的基本单位。
1967年，国际度量衡大会通过了新的国际单位制原子秒的定义—位于海平面上的铯（1133Cs）原子基态的两个超精细能级在零磁场中跃迁振荡9192631770周期所持续的时间为1秒（定义中的艳原子在温度为OK时必须是静止的），这标志着时频计量由天文基准过度到量子基准。
极高的测量精度和可直接传递的特性也使时频计量成为其他计量向量子基准转化的先导；1983年，国际计量大会（CGPM）会议重新定义长度计量单位“米”为光在真空中1/299792458秒所传播的距离。
长度和时间的这种密切关系已被广泛应用于卫星定位系统，例如全球定位系统（GPS）以及我国的北斗系统。
地球同步卫星双向共视时间比对及试验分析刘利，韩春好，唐波（北京5136信箱，100094）摘要：本文讨论了地球同步卫星双向共视时间比对方法的基本原理，给出了该方法考虑各种影响因素的详细计算模型，并采用北京（中心站）与哈尔滨和乌鲁木齐两个标校站之间的共视比对数据进行了计算分析，计算结果表明：地球同步卫星双向共视时间比对方法原始数据的比对精度好于8ns，经过平滑处理，比对精度可以大大提高，如经过15分钟平滑，比对精度达到约2.5ns。
关键词：卫星导航系统；地球同步卫星；时间；共视Abstract: The theory of geostationary satellite two-way common view time transfer is discussed and the detailed model considered all error factors is given in this paper. Calculation and analysis are done using common view test data between Beijing and Harbin and Urumchi stations. The results show that the accuracy of geostationary satellite two-way common view time transfer is better 8ns and data smoothing can greatly improve time transfer accuracy, for example time transfer accuracy has reached about 2.5ns after 15 minutes data smoothing.Key words: Satellite Navigation System; Geostationary Satellite; Time; Common View1引言地球同步卫星定位系统是一种新型、全天候、高精度、区域性的卫星导航定位系统，具有快速定位（导航）、双向简短报文通信和授时（定时）三大功能[1]。
基于IGS MGEX产品分析GPS PPP时间传递张立;孙保琪;武文俊;葛玉龙;钦伟瑾;杨旭海【摘要】基于Bernese 5.2软件,利用精密单点定位(PPP)的方法,分别采用只包含GPS单系统的IGS快速、最终产品和由IGS多GNSS实验(MGEX)先导项目分析中心GFZ和CODE提供的包含4系统的产品,共4种不同的精密卫星轨道和钟差产品,对PTB-NTSC和PTB-ROB两条国际时间比对链路2个月的GPS数据进行了时间传递试验.选取使用IGS快速产品的时间传递结果为参考,以其他产品时间传递结果与参考值的差异来评价不同精密产品尤其是包含4系统的MGEX产品对GPS PPP时间传递的影响.试验结果表明,不同产品时间传递结果差异的RMS在0.1ns 左右,验证了MGEX多系统产品可以用于GPS PPP时间传递.考虑到MGEX产品本身的自洽性,该结果可以为后续基于MGEX产品进行北斗、Galileo PPP时间传递提供参考.【期刊名称】《时间频率学报》【年(卷),期】2018(041)002【总页数】7页(P88-94)【关键词】MGEX;卫星轨道和钟差产品;精密单点定位;时间传递【作者】张立;孙保琪;武文俊;葛玉龙;钦伟瑾;杨旭海【作者单位】中国科学院国家授时中心,西安710600;中国科学院精密导航定位与定时技术重点实验室,西安710600;中国科学院大学天文与空间科学学院,北京101048;中国科学院国家授时中心,西安710600;中国科学院精密导航定位与定时技术重点实验室,西安710600;中国科学院大学天文与空间科学学院,北京101048;中国科学院国家授时中心,西安710600;中国科学院精密导航定位与定时技术重点实验室,西安710600;中国科学院国家授时中心,西安710600;中国科学院精密导航定位与定时技术重点实验室,西安710600;中国科学院大学天文与空间科学学院,北京101048;中国科学院国家授时中心,西安710600;中国科学院精密导航定位与定时技术重点实验室,西安710600;中国科学院国家授时中心,西安710600;中国科学院精密导航定位与定时技术重点实验室,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【中图分类】TN927+.2精密单点定位（precise point positioning，PPP）是20世纪90年代以来在大地测量领域兴起的一种精密定位技术[1-2]。
高精度时频信号的远距离传输技术周兵;龚航【摘要】本文讨论了采用光纤双向时间传输方法实现高精度时间和频率信号远距离传输的技术,分析了该技术的实现原理并进行了验证实验,结果表明:时间信号经过1 km的光纤传输距离,其时间传递精度优于0.2 ns,频率信号稳定度传输插损小于0.4,相位噪声传输插损小于2 dB.该技术可为卫星导航系统主控站设备的远距离布设提供有效的技术支持.【期刊名称】《全球定位系统》【年(卷),期】2014(039)006【总页数】4页(P38-41)【关键词】时间频率;光纤传递;双向时间比对;远距离传输【作者】周兵;龚航【作者单位】北京卫星导航中心,北京100094;国防科技大学电子科学与工程学院,湖南长沙410073【正文语种】中文【中图分类】TN967.10 引言随着卫星导航系统对卫星与地面钟差、各地面站时间同步测量精度的要求不断提高,地面运控系统对主控站和注入站的时间和频率也提出更高的要求,主控站、注入站内包含中心节点机房和若干末节点机房，要求时频系统传输到各个系统末节点的时频信号具有与中心节点相当的高稳定度、低相位噪声和时间延迟一致性。
通常主控站设备采取集中布设,时频系统与其他系统间的传输距离不超过100 m,时频系统通过电缆将各系统所需的多路时频信号传送到各个末节点使用。
近年来城市建设快速发展,主控站周边的高层建筑遮挡了地面站天线对低仰角卫星的有效观测,电磁环境的日趋恶化降低了卫星信号测量的精度,这些对卫星导航系统的稳定运行造成严重影响。
如果将主控站信号收发测量设备放置在距离城市较远区域,可以有效解决城市高层建筑物遮挡、电磁环境恶化和城市用地紧张等问题。
而要实现主控站设备远距离分布结构,必须解决主控站时间和频率信号经过几公里或上百公里传输,在末节点使用仍然具有与主控站时频信号相同的高稳定度、低相位噪声和时间延迟一致性的难题。
传统的通过电缆远距离传输会带来传输损耗大、信号不稳定而无法满足使用要求,采用光缆将主控站与远端设备相连接的方法,可以很好地解决这个问题。
应用北斗卫星共视技术实现长波导航系统时频同步方法研究严建华【摘要】本文通过对北斗卫星共视时间比对技术的方法的研究，提出了将北斗卫星共视比对技术应用到长波导航系统时频同步系统中，可以增强长波导航系统在复杂电磁环境下的时频同步能力，对于提升长波导航系统的保障能力，具有重要意义。
%Application of COMPASS common view technology in the timing and frequency synchronization system of the Changhe 2 navigation system is presented based on the study of COMPASS common view timing compare technology, which can improve the timing and frequency synchronization capability of the Changhe 2 navigation system in complex electromagnetic environment. It has profound significance for enhancing support capability of the Changhe 2 system.【期刊名称】《现代导航》【年(卷),期】2013(000)002【总页数】4页(P112-115)【关键词】北斗;共视;长波导航系统;时频同步【作者】严建华【作者单位】海军驻天津地区航保军事代表室，天津 300000【正文语种】中文【中图分类】TM935卫星共视技术是近年来在时间同步应用比较广泛、成熟的技术，也是目前国际上高精度时频传递的实用手段。
由国际权度局（BIPM）公布的数据表明，采用双向卫星时间传递（TWSTFT）、GPS共视以及GPS载波相位等方法，进行远程时频比对的时间同步精度可达1～3ns，平均时间30天的频率稳定度为 10-15。
超高精度空间站共视时间比对新方法刘音华;李孝辉【期刊名称】《物理学报》【年(卷),期】2018(67)19【摘要】随着科学技术的进步和发展,许多基础前沿领域要求时间比对的精度为几十皮秒甚至更高.空间站上的原子钟系统比地面钟性能更优,但传统的共视时间比对方法应用于空间站共视存在一定的局限性.本文基于广义相对论分析了精度为几十皮秒的空间站共视时间比对原理,考虑了所有的皮秒级以上的时延项;结合空间站共视时间比对原理,仿真分析了空间站对于中国几大主要地理城市的可见性,分析结果表明部分地区存在共视时间比对的工作盲区.结合理论和仿真研究了空间站轨道误差对传统共视时间比对方法的影响,研究结果表明传统共视时间比对方法不能有效地抵消轨道误差,其对共视时间比对的影响在几百皮秒量级.提出了空间站分时共视时间比对新方法,介绍了该方法的主要原理和优势.通过仿真实验验证了新方法的有效性,能够实现几十皮秒精度的两地面站远距离共视时间比对,同时解决了传统共视方法的工作盲区问题.【总页数】12页(P68-79)【作者】刘音华;李孝辉【作者单位】(中国科学院国家授时中心, 西安 710600;(中国科学院大学, 北京100049;(中国科学院国家授时中心, 西安 710600;(中国科学院大学, 北京 100049【正文语种】中文【相关文献】1.卫星双向共视法时间比对计算模型及其精度评估 [J], 刘晓刚;吴晓平;张传定2.轨道误差对空间站高精度时间比对的影响分析及修正方法 [J], 刘音华;李孝辉3.基于北斗三号的长基线共视时间比对 [J], 武文俊; 王威雄; 王翔; 高喆; 安卫; 董绍武4.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5.北斗三号新信号体制共视时间比对 [J], 张继海;董绍武;袁海波;广伟;赵书红;王威雄因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
卫星共视技术的研究应用摘要：摘要随着科学技术的发展，时间与频率的重要性越来越突出。
本文介绍了利用长河二号导航系统实现守时与授时的主要技术体制。
关键词：授时卫星共视1 引言“日出而作日落而息”的生活模式早已离我们远去，在科技高速发展的今天，人们对准确、统一的时间的需求越来越高。
随着信息技术的快速发展，时间在经济运行、科学研究、国防建设等领域中的地位作用越来越凸显，已成为国防与国民经济建设的重要基础设施。
世界主要发达国家都非常重视时频建设，美俄出于维护大国地位需要，均建有独立完备的国家时频体系。
在电信、电力、交通、金融、电子政务、电子商务和科学研究等领域，对时间的需求从秒级到纳秒级、皮秒级，建立准确、统一的时间基准也变得越来越迫切。
高精度时间频率传递技术是卫星授时手段的补充和扩展。
近年来，随着国防和空间技术的发展，对高精度时间和频率提出了更高的要求。
如卫星发射、卫星导航系统建设、深空探测、空中目标的探测和同步数字体系（SDH Synchronous Digital Hierarchy）通信网的时间同步等领域对时间同步精度要求达纳秒量级。
2卫星共视原理所谓共视（common-view）就是两个不同位置的观测者，在同一时刻观测同一颗卫星同一信号中的同一标志（包括北斗、GPS、GLONASS、CAPS、、通信、气象、资源卫星等）实现时间同步的方法。
下面以GPS共视为例对卫星共视原理进行介绍。
GPS共视原理如图1所示。
由图可见这是一个单收系统，在每个比对点，本地钟均按自己的速率运行。
根据比对需求，利用卫星所播发秒脉冲信号或其它固定速率时钟脉冲信号（如卫星电文的帧信号、子帧信号或字头信号）进行时差比对，得到本地钟与卫星所播发1PPS秒信号或其它固定速率时钟脉冲信号时差，然后再按照卫星共视数据处理格式进行处理，得到两地的钟差。
共视系统配置如图1所示。
图2 GPS卫星共视系统配置图3卫星共视技术的应用卫星共视技术是性价比高、应用广泛的时频传递与比对技术，能够实现异地原子钟组联合守时、高精度时间同步、远距离时间频率传递的要求，是时频体系建立与应用必不可少的重要技术。
卫星共视法高精度时间频率比对与传递系统
目录
1．概述 (3)
2．卫星共视时间比对与传递系统组成及工作原理 (4)
2.1 卫星共视时间比对与传递工作原理 (4)
2.2 时间比对和传递系统设备配置及连接 (7)
3．经费预算................................................. 错误！未定义书签。
1．概述
时间是物理学的基本参量之一。
随着科学技术的发展，高精度的时间和频率在国民经济发展中的地位日趋重要，诸如通信、电力、交通、高速数字网同步等高新技术领域有着广泛的应用，特别是我国国防建设和空间技术领域，如空间目标探测与拦截（类似于美国爱国者导弹防御系统）、我国第二代战略武器试验、载人航天工程和拟建中的二代卫星导航系统对时间和频率的精度提出了更高的要求。
二十世纪末，随着空间技术的发展，GPS和北斗卫星导航系统相继问世，授时具有了全方位性(陆地、海洋、航空和航天)、全球性、全天候、连续性和实时性，并提供了高精度的授时覆盖和服务。
“时间统一系统”为精密时间产生、传递、恢复和保持、科学研究、科学实验和工程技术及一切动力学系统和时序过程的测量和定量研究提供了必不可少的时间基准和依据。
就高精度时间传递与比对系统而言，可以应用于工程项目的主要包括以下几种：
1．RNSS卫星共视时间比对与传递；
2．RNSS卫星载波相位时间同步；
3．卫星双向时间比对与传递；
4．搬运钟时间比对与传递。
在以上几种方法中，卫星共视时间比对与传递是一种较为优秀的高精度时间比对与传递系统。
2．卫星共视时间比对与传递系统组成及工作原理
2.1 卫星共视时间比对与传递工作原理
所谓“共视”(Common View)就是位于两个不同位置的观测者，在同一时刻对同一颗卫星进行观测，其原理如下图所示。
图1 GPS 共视法高精度时间同步原理图
图1给出了一个单收系统示意图，在每个比对点，本地钟均按自己的速率运行。
根据比对需求，利用卫星所发射的1PPS 秒信号、或其它固定速率发射的时钟脉冲信号。
在每个测站，利用本地钟的1PPS 信号打开时间间隔计数器闸门，再用从共视接收机所输出的1PPS 秒信号关闭时间间隔计数器的闸门。
这样，我们可以得到以下的时间关系（图2）：
在钟1处：
接收时间 1τ+=卫接收T t
计数器读数 1d T =)(11τ+-卫T T (1)
GPS 卫星
在钟2处：
接收时间 2τ+=卫接收T t
计数器读数 2d T =)(22τ+-卫T T (2)
式中，1τ和2τ为路径延迟，它等于卫星发射时间到接收设备时延。
解由(1)和(2)联立的方程组可得
)(212121ττ-+-=-d d T T T T (3) 由此我们可以求得1T t =发射时钟1和时钟2的钟面值之差。
图2 GPS 共视时间比对示意图
由此我们可以求得1T t =发射时钟1和时钟2的钟面值之差。
(3)式表示了卫星导航系统时间发射T 时刻，时钟1和时钟2的钟面时刻差，利用共视接收机获得的星历表和对流层、对流层等改正模型参量，求得21ττ和(此项在共视接收机中已经作了自动改正)。
所以
212121d d T T T T R R -=-=- (4)
由此，要获得两地之间的钟差，只需要知道参加比对双方各自时间间隔计数器的读数。
与卫星双向时间同步相类似，在两个相距很远的不同观测者在同一
收
T
发
时刻观测同一颗GPS卫星，得到两地观测的差值后，利用卫星信道以数字编码的形式和通过互联网实时相互传递双方各自时间间隔计数器的读数。
对数据进行统计处理，就可以得到这两地之间时钟的差。
根据处理结果对各自的钟差进行改正，即可实现两地之间的时间同步。
GPS共视比对的优点是能将可能出现的某些误差减到最小。
卫星时钟误差会被全部消除，原因是两地接收机的这一误差是共同的。
早在1984年，东京天文观测站（TAO）和美国海军天文台(USNO)之间进行了一次共视比对试验。
在这个研究试验中，华盛顿与东京之间约有两个小时的同视时间。
观测是在两地的晨昏线时进行的。
图3给出了1984年2月15日在两地获得的数据。
横轴以小时为单位表示时间，纵轴则以纳秒为单位表示东京天文观测站（现在是日本国家光学观测站）
图3东京天文观测站（TAO）和美国海军天文台(USNO)之间
共视比对试验结果
与美国海军天文台之间的时间差，两地的时钟用作当地GPS时间变换单位的基准。
当两地都在晚上以及一地是晚上另一地是白天时，两个台站之间的数据没有发现有不连续的现象。
卫星数量的增多，能在一天里得到足够的数据。
通过平滑两天的间隔，GPS 数据中的许多波动可降到最低。
鉴于目前铷原子钟和铯原子钟
所能达到的性能，要将当地时标的精度保持在13101-⨯是完全可以的。
到
目前为止，国际权度局(BIPM)下属各时频基准实验室之间的全球高精度时间比对主要采用GPS 共视比对。
2.2 时间比对和传递系统设备配置及连接
根据《电网时间统一系统方案》要求和《电网时间统一系统框架》，电力系统时间统一系统时间比对和传递系统连接原理框图如图4所示。
卫星授时网络:
授时中心层网络：连接各个时间中心的通信网络，传递比对数据
有线授时网络：
连接区域时间中心和时间接收点的通信网络；授时，传递时间数据。
授时中心层：一级中心和多个区域中心组成。
授时网络层：区域时间中心和直接授时的时间节点
各种卫星系统：
共视比对卫星、双向法通讯卫星、授时卫星
同步通讯卫星
基准传递系统：卫星共视系统双向法卫星系统光通信时间比对系统
图3 电力系统时间统一系统组成框图
由图可见，应用于电力系统时间统一系统的时间比对和传递系统主要包括一级中心和区域中心等若干个主要节点。
图中连线为通信链路，它除了担负电力网的通信调度任务外，还担负着时频信号和时频信息传
输和卫星共视比对数据的传输任务。
时间比对和传递系统设备连接原理方框图如图4所示。
卫星
图4时间比对和传递系统设备连接原理方框图
应用于电网一级中心/区域中心的GPS/北斗共视时间比对和传递系统主要设备配置如表1所示。
表1：时间比对和传递系统主要设备。
