本文選題：衛(wèi)星雙向時(shí)間傳遞 + 移動(dòng)站��； 參考：《中國(guó)科學(xué)院研究生院(國(guó)家授時(shí)中心)》2016年博士論文

【摘要】：衛(wèi)星雙向時(shí)間傳遞(Two-Way Satellite Time Transfer,TWSTT)是當(dāng)今最精確的遠(yuǎn)距離時(shí)間比對(duì)技術(shù)之一,其時(shí)間比對(duì)精度國(guó)際上可達(dá)到0.3ns,國(guó)內(nèi)可達(dá)到0.3-0.5ns。由于其時(shí)間傳遞精度很高,現(xiàn)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于時(shí)頻、導(dǎo)航和通信等領(lǐng)域。軍事應(yīng)用中,時(shí)間同步技術(shù)必須充分考慮到戰(zhàn)略需要,須具有高精度、動(dòng)態(tài)性、靈活性、抗干擾能力和自主運(yùn)行能力。眾多時(shí)間同步技術(shù)中,衛(wèi)星雙向時(shí)間比對(duì)技術(shù)具有比對(duì)時(shí)間短、精度高的特點(diǎn),其方法是BIPM國(guó)際計(jì)量局在國(guó)際時(shí)間比對(duì)中所采用的重要方法。同時(shí),因國(guó)家授時(shí)中心與海軍合作項(xiàng)目需要,提出了本論文課題研究,即對(duì)動(dòng)態(tài)站的衛(wèi)星雙向時(shí)間傳遞關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行初步分析和研究。(1)分析了固定站的衛(wèi)星雙向時(shí)間傳遞原理和時(shí)間比對(duì)中的各誤差源對(duì)比對(duì)精度的影響。影響TWSTT精度的主要因素有:設(shè)備時(shí)延誤差;傳播路徑時(shí)延誤差;衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)引起的時(shí)延誤差,最主要的誤差源是設(shè)備時(shí)延誤差。其中,設(shè)備時(shí)延誤差主要包括計(jì)數(shù)器時(shí)延誤差、調(diào)制解調(diào)器時(shí)延誤差、衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器時(shí)延誤差與地面站設(shè)備發(fā)射與接收時(shí)延誤差;傳播路徑時(shí)延誤差主要指大氣傳播時(shí)延(對(duì)流層、電離層)誤差;衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)引起的誤差主要包括Sagnac效應(yīng)時(shí)延誤差和兩站到衛(wèi)星的幾何路徑不對(duì)稱引起的幾何路徑時(shí)延誤差。(2)基于固定站的衛(wèi)星雙向時(shí)間傳遞原理基礎(chǔ)上,分析了動(dòng)態(tài)站的衛(wèi)星雙向時(shí)間比對(duì)原理,提出在測(cè)量時(shí)間間隔內(nèi),?prop_delay是比對(duì)站平臺(tái)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起的傳播時(shí)延變化量,?Sagnac變化量取決于兩個(gè)站的絕對(duì)位置。同時(shí),提出了動(dòng)態(tài)站的TWSTT的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題分別是穩(wěn)定的天線系統(tǒng)、移動(dòng)站站坐標(biāo)快速捕獲、數(shù)據(jù)處理與誤差補(bǔ)償、信號(hào)接收質(zhì)量對(duì)時(shí)間比對(duì)精度的影響。(3)穩(wěn)定的天線系統(tǒng)是動(dòng)態(tài)站的衛(wèi)星雙向時(shí)間傳遞中的關(guān)鍵問(wèn)題之一。因外界因素或人為因素干擾,天線指向發(fā)生了變化,使衛(wèi)星與天線的指向相對(duì)位置之間發(fā)生改變,造成地面站天線接收不到信號(hào)或者接收信號(hào)質(zhì)量變差,并使信號(hào)在站與衛(wèi)星之間傳播的上下行幾何路徑不對(duì)稱。通過(guò)測(cè)試天線指向誤差對(duì)TWSTT性能的影響實(shí)驗(yàn),并得到一些初步數(shù)據(jù),經(jīng)過(guò)分析得出天線方位角比俯仰角變化敏感。理論上講,不管是方位角還是俯仰角向兩邊偏離中心位置的最大角度都是對(duì)稱的,但在實(shí)際實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,由于受到周?chē)h(huán)境的影響(如天氣情況、電磁波等因素),兩個(gè)角偏離角度都是各自不對(duì)稱的,因此在進(jìn)行調(diào)節(jié)天線位置時(shí),在保證信號(hào)接收質(zhì)量的前提下,方位角與俯仰角偏離穩(wěn)定轉(zhuǎn)態(tài)的的角度范圍是不同的,這為T(mén)WSTT地面站的天線對(duì)星調(diào)節(jié)工作及分析因比對(duì)站的運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的對(duì)TWSTT時(shí)間比對(duì)精度影響提供了有力地參考價(jià)值。(4)移動(dòng)站站坐標(biāo)快速捕獲是動(dòng)態(tài)站的衛(wèi)星雙向時(shí)間傳遞中的關(guān)鍵問(wèn)題之一。利用車(chē)載實(shí)驗(yàn)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)定位采集的數(shù)據(jù)來(lái)研究移動(dòng)站位置變化對(duì)TWSTT的影響,包括兩個(gè)方面:星到站的幾何路徑時(shí)延與Sagnac效應(yīng)。經(jīng)分析得出移動(dòng)站位置變化1m,星到站的幾何路徑時(shí)延變化約為3.1ns,地面站經(jīng)度、緯度和衛(wèi)星經(jīng)度誤差對(duì)站到衛(wèi)星的Sagnac效應(yīng)影響變化量與地面站高度和衛(wèi)星緯度誤差對(duì)Sagnac效應(yīng)的影響比較,前者影響量大。因此在動(dòng)態(tài)站的TWSTT中,計(jì)算Sagnac效應(yīng)時(shí),要盡量保證地面站經(jīng)度、緯度和衛(wèi)星經(jīng)度的位置準(zhǔn)確,同時(shí)也說(shuō)明了移動(dòng)站引起的位置變化對(duì)動(dòng)態(tài)站的TWSTT時(shí)間比對(duì)結(jié)果的影響,指出了使用中星-10作為轉(zhuǎn)發(fā)衛(wèi)星時(shí),若使時(shí)間比對(duì)精度保持在幾ns量級(jí),地面位置經(jīng)度、緯度和衛(wèi)星經(jīng)度的變化范圍。(5)因?qū)嶒?yàn)條件所限,利用岸船衛(wèi)星雙向時(shí)間比對(duì)技術(shù)對(duì)動(dòng)態(tài)站的衛(wèi)星雙向時(shí)間比對(duì)技術(shù)進(jìn)行了仿真模擬,以微積分和矢量代數(shù)方法對(duì)低速的船載運(yùn)動(dòng)對(duì)衛(wèi)星雙向比對(duì)技術(shù)精度影響進(jìn)行了分析,得出影響岸船衛(wèi)星雙向時(shí)間比對(duì)的數(shù)學(xué)模型,并通過(guò)數(shù)學(xué)模型對(duì)航速、航向及海浪起伏等各種因素對(duì)時(shí)間比對(duì)的影響誤差進(jìn)行了計(jì)算仿真與總結(jié),同時(shí)指出船的高程變化與海浪的高度及海浪的波長(zhǎng)與船長(zhǎng)的比值有關(guān),提出了一種船載在運(yùn)行過(guò)程中,提高岸船衛(wèi)星雙向時(shí)間比對(duì)技術(shù)精度的初步的誤差補(bǔ)償方式。(6)空間信號(hào)質(zhì)量對(duì)時(shí)間比對(duì)精度的影響是動(dòng)態(tài)站的TWSTT的關(guān)鍵問(wèn)題之一,衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)與時(shí)間比對(duì)站運(yùn)動(dòng)是相對(duì)的,則衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)相對(duì)來(lái)講即是時(shí)間比對(duì)地面站在運(yùn)動(dòng),同時(shí)衡量空間信號(hào)質(zhì)量的一項(xiàng)重要指標(biāo)是載噪比。為了分析衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)對(duì)衛(wèi)星雙向時(shí)間傳遞比對(duì)信號(hào)接收質(zhì)量及比對(duì)精度的影響,以GPS精密單點(diǎn)定位為參考,分析了AM2衛(wèi)星軌道開(kāi)始傾斜前后對(duì)衛(wèi)星雙向時(shí)間比對(duì)歐亞鏈路中NTSC-PTB鏈路的影響,得出衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)會(huì)引起衛(wèi)星天線接收定位(即方位角、仰角和饋源的極化角)不準(zhǔn)確,影響天線接收到的信號(hào)強(qiáng)度和質(zhì)量變差,使接收信號(hào)的載噪比變低,Drms值變大,使TWSTT傳遞方法測(cè)量精度降低,這對(duì)研究分析衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)對(duì)TWSTT或者地面站運(yùn)動(dòng)對(duì)動(dòng)態(tài)站的TWSTT的測(cè)量精度影響具有一定的參考價(jià)值�？傊�,本論文基于固定站的TWSTT基礎(chǔ)上,提出了動(dòng)態(tài)站的TWSTT的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題,同時(shí)針對(duì)每個(gè)技術(shù)問(wèn)題,進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試或模擬仿真分析,并得出結(jié)論。
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【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院(國(guó)家授時(shí)中心)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TB939
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本文編號(hào)：1751213