基于精密單點定位（precise point positioning,PPP）的時間傳遞技術(shù)以其精度高、覆蓋范圍廣的優(yōu)點成為性能最優(yōu)的GNSS時間傳遞方法之一。隨著廣域差分產(chǎn)品時效性的提高,實時PPP時間傳遞開始應用于精密授時的研究。本文在PPP時間傳遞技術(shù)的基礎(chǔ)上,結(jié)合實時衛(wèi)星鐘差估計、接收機時鐘調(diào)控及硬件延遲標校技術(shù),建立了基于北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)（BeiDou navigation satellite system,BDS）的廣域高精度時間服務（wide-area precise timing,WPT）系統(tǒng),可為用戶實時提供準確、穩(wěn)定、可溯源的時間。WPT系統(tǒng)分為時間服務平臺和用戶終端兩個部分。時間服務平臺引入高精度的時間作為系統(tǒng)的參考時間基準,并提供廣域?qū)崟r差分改正數(shù);用戶終端基于實時PPP時間傳遞算法獲取本地鐘與系統(tǒng)時間基準的差異,并采用精密調(diào)鐘技術(shù)實現(xiàn)終端與系統(tǒng)的同步。為了驗證系統(tǒng)的實時授時性能,本文進行了零基線、短基線及廣域環(huán)境下的性能測試和評估。試驗結(jié)果表明,該系統(tǒng)零基線、短基線時間同步精度優(yōu)于0.5 ns,廣域條件下單天的授時精度均優(yōu)于1 ns,為基于北斗系統(tǒng)的精密授時技... 

【文章來源】：測繪學報. 2020,49(03)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

WPT系統(tǒng)架構(gòu)

當時間基準被傳遞到接收機后,接收機需要通過時頻調(diào)控技術(shù)和硬件延遲標校技術(shù)來保持自身時間與時間基準的一致性。高精度授時接收機結(jié)構(gòu)如圖2所示。射頻模塊由時鐘模塊給出的時鐘信號來驅(qū)動,完成下變頻、濾波和采樣,基帶信號處理模塊對數(shù)字中頻信號進行處理獲取觀測值和星歷等信息。鐘差估計模塊根據(jù)接收到的觀測值、星歷以及實時衛(wèi)星軌道、鐘差產(chǎn)品,對接收機的位置和鐘差進行估計。接收機時鐘模塊根據(jù)接收機的鐘差來調(diào)整輸出到基帶處理模塊和射頻模塊的時間信號和頻率信號,并對外界提供標準的時頻信息。為保證接收機所復現(xiàn)出的衛(wèi)星時間與真實衛(wèi)星時間保持同步,接收機需要對時頻信號進行調(diào)控,并對由于硬件電路造成的時間延遲進行標校。3.1 精密時鐘調(diào)控技術(shù)

由于PPP技術(shù)使用了載波相位觀測值,為了充分發(fā)揮載波相位精度高的優(yōu)勢,接收機時鐘調(diào)控精度需要達到0.1 ns的精度。時鐘調(diào)控方法主要可以分為兩類:一是調(diào)相法,接收機只在鐘差超過閾值時,調(diào)整本地時間下一秒的秒長,這種方法的調(diào)控步進受系統(tǒng)時鐘頻率的限制,存在分辨率的影響,這種方法只適合接收機剛啟動時對本地時間的粗略調(diào)控;二是調(diào)頻法,接收機通過調(diào)整晶振頻率來補償晶振自身的頻偏,從而防止本地時間因晶振頻率偏差而發(fā)散。通過計算可知對于自身頻率為10 MHz的晶振,若需要達到每秒調(diào)整0.1 ns的精度,最小頻率調(diào)整步進需要達到10-3 Hz。為此,本研究使用一個壓控恒溫晶振(voltage control oven controlled crystal oscillator,VCOCXO)結(jié)合數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊來進行晶振頻率的精細調(diào)整,該晶振的秒級頻率穩(wěn)定度接近10-12。時鐘調(diào)控原理見圖3。PPP解算出的高精度鐘差經(jīng)過時鐘調(diào)控算法中的濾波處理轉(zhuǎn)換為該時刻的晶振頻率調(diào)整量,該調(diào)整量被送入數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊生成電壓變換量, 用以調(diào)控VCOCXO,從而改變晶振頻率。相對于常規(guī)的時鐘調(diào)控方式,該方法更適用于基于PPP的高精度授時接收機,能充分發(fā)揮載波相位高精度的優(yōu)勢。圖4(a)給出了接收機在使用時鐘調(diào)控算法后的接收機鐘差序列圖,圖4(b)為OCXO的時鐘控制量�？梢钥吹�,在接收機啟動后,接收機鐘差有一段收斂過程,在該過程中輸入OCXO的時鐘控制量,接收機鐘差變化較劇烈,然后逐步趨于平穩(wěn)。收斂后,頻率變得穩(wěn)定,接收機鐘差的值也基本保持在0.3 ns以內(nèi),而調(diào)控中的頻率精度可達10-4 Hz,證明該方法能根據(jù)PPP給出的精密鐘差進行精細調(diào)控來保證1 PPS輸出的穩(wěn)定度。

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
[1]導航衛(wèi)星實時精密鐘差確定及實時精密單點定位理論方法研究[D]. 宋偉偉.武漢大學 2011
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本文編號：3455752