基于1Mcps/s码速率的亚欧卫星双向时间比对性能分析

卫星信道租赁费是目前卫星双向时间传递(Two-Way Satellite Time and Frequency Transfer, TWSTFT)的主要成本之一.在2017年5月以前,参与UTC (Coordinated Universal Time)计算的亚洲-欧洲实验室之间进行Ku波段卫星双向时间频率传递一直使用2.5 Mcps/s码速率,带宽为2.5 MHz的伪随机码.为了在不影响时间频率传递性能的前提下降低成本,在欧亚间首次尝试采用1 Mcps/s码速率,带宽为1.7 MHz的伪随机码,进行亚欧卫星双向时间传递.并使用已校准的GPS PPP (Global Position System Precise Point Positioning)链路为双向链路进行间接校准.选择2018年12月的TWSTFT链路数据,分析链路性能发现,通过ABS-2A卫星,使用1 Mcps/s码速率构建的卫星双向时间比对链路的日频率稳定度达到10~(-15),时间稳定度优于0.3 ns.与已校准的GPS PPP链路数据进行验证分析,结果表明,使用1 Mcps/s码速率进行超长距离卫星双向时间传递与已校准的GPS PPP时间传递结果一致,与传统手段相比,其系统造价低,时间传递性能可以满足国际原子时计算的需求.     

基于条件平差的卫星双向时间传递链路性能优化方法

卫星双向时间传递(Two-Way Satellite Time and Frequency Transfer, TWSTFT)是目前精度最高的时间传递方法之一,同时也是参与国际原子时计算的守时实验室之间比较原子时尺度的一种主要方法.提高TWSTFT链路的短期稳定度,降低周日效应对链路时间传递结果的影响,对优化TAI (International Atomic Time)的性能具有现实意义.提出了一种基于条件平差的TWSTFT链路性能优化方法,先依据TWSTFT链路测量噪声水平与谱分析结果建立TWSTFT链路性能优化网络(简称优化网络),再根据优化网络中各链路测量噪声分析结果设置权系数阵,建立条件平差模型.选取亚太地区的中国计量科学研究院(National Institute of Metrology, NIM)-中国科学院国家授时中心(National Time Service Center, NTSC)卫星双向时间传递链路作为待优化链路,以NTSC、NIM以及德国联邦物理技术研究所(Physikalisch-Technische Bundesanstalt,PTB)之间的TWSTFT链路组成优化网络,对优化网络的组网方法和条件平差模型进行实验验证.结果表明,平差后待优化链路短期稳定度得到了改善,同时其受周日效应的影响降低了约24.6%.使用该方法,能够有效提高待优化链路的时间传递性能.     

Vondrak滤波方法在软件接收机卫星双向时间传递中的应用

基于软件接收机的卫星双向时间传递(Two-Way Satellite Time and Frequency Transfer based on Software Defined Receiver, SDR-TWSTFT)链路每秒采集测量数据后通过数学模型将原始数据拟合为300 s一组的观测文件,因此链路的时间传递结果受短期测量噪声和非模型误差的影响,呈现出一定的随机噪声的特征.提出了一种频域幅值分析方法,针对性地确定滤波因子,构造符合需求的低通Vondrak滤波器.通过对中国科学院国家授时中心(National Time Service Center, NTSC)和德国联邦物理技术研究所(Physikalisch-Technische Bundesanstalt, PTB)之间的SDR-TWSTFT链路测量数据的分析发现,该方法对过滤链路平均时间一天内的高频噪声有效,能够提高链路时间传递结果的可信度,同时滤波后链路的短期频率、时间稳定度也有了显著提高.     

NTSC时频比对中的Galileo E3总时延校准

为了提升时间传递链路的可靠性, 国际权度局(Bureau International des Poids et Mesures, BIPM)自\lk2020年起将Galileo时间比对正式作为UTC (Coordinated Universal Time)计算的备份链路, 因此对接收机Ga-lileo信号时延校准是全球各守时实验室参与UTC链路的必要工作. 以德国物理技术研究院(Physikalisch-Tech-nische Bundesanstalt, PTB)和中国科学院国家授时中心(National Time Service Center, NTSC)已校准的GPS (Global Positioning System)链路为参考, 将PT09接收机设为参考站, 对NTSC的NT02和NT05两台不同型号接收机的Galileo E3 (Galileo E1&E5a)总时延进行校准并验证. 结果表明: NT02和NT05 Galileo E3总时延分别为74.6ns和46.5ns, 校准不确定度均为3.5ns, 且校准时延比较稳定; NT02和NT05校准后与其他守时实验室已校准接收机的GPS P3和Galileo E3链路的共视比对结果基本一致; 以NTP3与其他实验室接收机GPS P3链路的共视比对结果为参考, 其偏差均值均小于1.5ns, 在校准不确定度范围内.     

GPS定时接收机的校准

GPS共视比对(GPS CV)是国际原子时进行时间连接的主要手段之一,即使在有TWSTFT(卫星双向时间频率传递)的实验室GPS也作为时间比对的备用手段而存在,而且TWSTFT系统启用时需用GPS做校准。国际权度局(BIPM)为了减小比对误差,对一些时间实验室的GPS接收机进行不定期校准。国家授时中心(NTSC)利用BIPM给出的校准报告对NTSC时间基准实验室的GPS定时型接收机的内部时延及相关数据进行修正,使UTC(NTSC)的准确度得到提高。     

北斗三号多频点双频组合共视时间传递性能分析

针对北斗二号(BeiDou-2) B1I&B2I标准双频无电离层伪距组合解算的共视比对结果中存在明显的噪声进而影响其短期稳定性的现象, 开展了在BeiDou-2和北斗三号(BeiDou-3)现有可用频率信号中选取最优双频组合的研究, 以期改善BeiDou的共视时间传递性能. 基于开发的CGGTTS (Common GNSS (Global Navigation Satellite System) Generic Time Transfer Standard)软件所生成的标准共视文件, 完成了中国科学院国家授时中心(NTSC)与捷克光电研究院(TP)之间GPS、Galileo、BeiDou-2 B1I&B2I及B1I&B3I和BeiDou-3 B1I&B3I及B1C&B2a双频无电离层伪距组合共视时间比对试验, 并用Vondark滤波对各双频组合的共视结果降噪处理, 通过计算滤波残差的RMS值来评估共视时间比对的精度. 结果表明, 利用BeiDou-3 B1C&B2a组合伪距值获得的共视时间比对结果噪声相对较小, 相比BeiDou-2 B1I&B2I、B1I&B3I和BeiDou-3 B1I&B3I组合的RMS (Root Mean Square)值分别提高约46%、52%和37%, 与GPS P1&P2组合的精度相当, 且与Galileo E1&E5a组合相差不大. BeiDou-3 B1C&B2a组合链路的短稳(< 1d)要优于BeiDou-2 B1I&B2I、B1I&B3I和BeiDou-3 B1I&B3I组合, 且与GPS P1&P2、Galileo E1&E5a组合的稳定性相当; 6条共视时间比对链路的中长稳(> 1d)基本一致.     

一种新的守时型原子钟综合时间尺度方法研究

在这篇文章中, 提出了一种基于改进的指数平滑和Vondrak_Cepek联合平滑的氢铯综合时间尺度产生方法. 以最小误差方法为理论基础, 动态估计氢原子钟频率漂移参数, 提升氢原子钟钟差预测准确度; 基于改进的二次指数平滑产生氢原子钟组时间尺度、加权平均方法产生铯原子钟时间尺度, 同时设计Vondrak_Cepek滤波器以结合两类时间尺度长短期稳定度优势, 提升综合时间尺度性能. 实验结果表明, 所提方法产生的氢铯综合时间尺度时稳可达1.60x10^-15,天稳可达3x10^-15,优于ALGOS、AT1和Kalman滤波3种经典方法产生的时间 尺度性能.     

基于IGS MGEX产品分析GPS PPP时间传递

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0.1 ns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。     

用GPS秒信号锁定高频振荡器的方法研究

对用远距离传输的GPS秒信号锁定本地高频晶体振荡器的方法进行了探讨。介绍了高精度的时间数字转换器TDC(Time to Digital Converter)和对滤波的方法进行了探讨。为了降低成本又能够满足设计要求的精度，还考虑了双D／A转换的方法。有关的硬件系统已经通过了调试和一系列的测试和实验，在测量和控制精度方面，能达到设计的要求。此外，提出了这个系统有待解决的问题，如双D／A转换的非线性问题，Kalman滤波抗野值及继续提高精度的问题。     

线性加权组合Kalman滤波在钟差预报中的应用

建立原子钟运行模型,实时预报钟差,在时频工作以及卫星导航定位中有着非常重要的意义.目前,Kalman滤波是一类重要的钟差预测模型.为了充分利用各种Kalman滤波模型的特点,提出了线性加权组合Kalman滤波模型.因此详细讨论了如何对每种Kalman滤波模型赋权,并且给出了两种简单而又实用的赋权方法.最后,以IGS(International GNSS Service)精密铷钟数据为例,运用该模型计算了预报误差.结果表明,线性加权组合Kalman滤波模型有利于提高钟差预报的准确性和可靠性.     

Performance Optimization Method of Two-Way Satellite Time and Frequency Transfer Link based on Conditional Adjustment

Two-Way Satellite Time and Frequency Transfer (TWSTFT) is one of the time transfer methods with the highest accuracy at present, and it is also the main method to compare the atomic time scale among the time-keeping laboratories participated in the international atomic time calculation. Improving the short-term stability of TWSTFT links and reducing the influence of Diurnal on the link time transfer result have practical significance for optimizing the performance of TAI (International Atomic Time). In this paper, a method of TWSTFT link performance optimization based on conditional adjustment is proposed. Firstly, the optimized network of TWSTFT link performance (hereinafter briefly called as optimized network) is established according to the noise level and spectrum analysis result of TWSTFT link measurements, and then the weight coefficient matrix is set according to the analysis result of measurement noises of all the links in the optimized network to establish the conditional adjustment model. The Two-Way Satellite Time and Frequency Transfer link between the National Institute of Metrology (NIM) and the National Time Service Center (NTSC) of Chinese Academy of Sciences in the Asia-Pacific region is selected as the link to be optimized, and the TWSTFT links among NTSC, NIM, and Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) are used to compose the optimized network. The networking method and conditional adjustment model are verified by experiments. The results show that the short-term stability of the link to be optimized after adjustment is improved, and the influence of Diurnal is reduced about 24.6%. Using this method, the time transfer performance of the link to be optimized can be improved effectively.     

GPS近实时共视观测资料处理算法研究

GPS共视资料的高精度快速处理可实现近实时共视时间传递，常见的平滑方法不能满足近实时共视的要求。分析GPS共视资料特点，设计一种卡尔曼滤波算法，对共视资料进行近实时处理，以便削弱观测噪声，估计异地钟差，对相距2000多公里的中国科学院国家授时中心(NTSC)与日本通信综合研究所(CRL)，和相距1000多公里的CRL与韩国计量科学研究院(KRIS)的共视观测资料处理结果表明：卡尔曼滤波算法所得钟差与根据BIPMT公报所得钟差的均方根误差分别优于2．9ns和2．6ns，为进一步提高比对精度，最后对近实时共视应用于多站点间相互比对的情况，提出在卡尔曼滤波算法基础上使用间接观测平差处理技术，根据共视网络中站点间距离设置观测权值，通过解矛盾方程组得到两站钟差，以NTSC、CRL和KRIS3站比对为例，以BIPMT公报得到的钟差为标准，对间接观测平差处理前后的数据比较表明，近实时比对精度可进一步提高。     

嵌入式GPS/DR车载组合导航系统EKF算法软件设计

介绍一种嵌入式GPS／DR（全球定位系统／航位推算）车载组合导航（它通过GPS与DR的优势互补,提高了车辆导航系统定位数据的可靠性）的EKF（扩展卡尔曼滤波）算法软件设计方法。采用统计学原理剔除导航数据的粗差点,用扩展卡尔曼滤波进行导航参数的实时求解,采用EKF算法的GPS／DR组合导航系统有利于导航信息的稳定性、可靠性和实时性。     

基于单片机和GPS信号的校频系统

介绍一种基于INTEL 80C196KC单片机的校频系统,包括系统的设计原理、硬件组成和软件实现。该系统通过利用GPS接收机得到的1PPS秒脉冲信号,实现对晶体振荡器频率的校准,从而获得一个短期及长期稳定度都比较优良的时间频率标准。该系统采用了量化时延原理进行短时间间隔比对,对测量数据进行卡尔曼滤波处理。     

用于JATC的GPS CV时间比对中的数据处理

GPS CV(共视)时间传递技术将在重建的我国的综合原子时(JATC)系统中起重要作用。介绍了GPSCV时间比对中共视数据的选取和消除观测数据中的随机噪声的方法，对GPS共视时间比对中的电离层时延改正和几何时延改正方法作了阐述，给出了对NTSC(中国科学院国家授时中心)与CRL(日本通信研究所，现已更名为国家信息和通信技术研究院(NICT))两个时间实验室之间的共视比对数据的计算结果。