本文選題：衛(wèi)星雙向時(shí)間頻率傳遞　切入點(diǎn)：光纖雙向時(shí)間頻率傳遞　出處：《國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2014年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：站間時(shí)間頻率傳遞是實(shí)現(xiàn)大型時(shí)間頻率系統(tǒng)的關(guān)鍵,是建立UTC/TAI的基礎(chǔ),是實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星導(dǎo)航定位授時(shí)服務(wù)的核心。TWSTFT是最重要的站間時(shí)間頻率傳遞技術(shù)之一,進(jìn)一步修正其雙向傳播時(shí)延差以提高其準(zhǔn)確度,以及提高其時(shí)間頻率傳遞穩(wěn)定度是一直以來的研究熱點(diǎn)。同時(shí),光纖雙向時(shí)間頻率傳遞被認(rèn)為將帶來時(shí)間頻率傳遞的新紀(jì)元。論文結(jié)合我國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中基于多GEO導(dǎo)航衛(wèi)星的TWSTFT架構(gòu),并面向未來可用于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)站間時(shí)間頻率傳遞的光纖雙向時(shí)間頻率傳遞技術(shù),開展研究工作,取得以下研究成果：(1)針對(duì)TWSTFT中修正衛(wèi)星相對(duì)地面站運(yùn)動(dòng)引入的雙向傳播時(shí)延差的問題,提出了一種慣性系下的衛(wèi)星雙向時(shí)延模型,并給出了與星歷數(shù)據(jù)和TWSTFT實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)相聯(lián)系的雙向時(shí)延(即光行時(shí))迭代計(jì)算流程,稱“光行時(shí)解”。該模型和計(jì)算方法一并簡(jiǎn)稱為“光行時(shí)解法”。以三個(gè)地面站兩兩之間建立的三條TWSTFT鏈路實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為例,衛(wèi)星相對(duì)地面站的周期運(yùn)動(dòng)引入了峰峰值最大為453ps,均值為-161ps的雙向傳播時(shí)延差的日波動(dòng)。若不修正,將限制TWSTFT的時(shí)間傳遞準(zhǔn)確度在0.2ns量級(jí),且限制其平滑時(shí)間為0.5day的頻率穩(wěn)定度(阿倫偏差表示)至1.05×10-14。三站鐘差測(cè)量數(shù)據(jù)閉合驗(yàn)證表明：光行時(shí)解法計(jì)算得三站閉合雙向傳播時(shí)延差峰峰值128ps的日波動(dòng),與三站閉合鐘差測(cè)量值的峰峰值為147ps的日波動(dòng)吻合良好,說明光行時(shí)解法在衛(wèi)星相對(duì)地面站運(yùn)動(dòng)的情況下正確計(jì)算雙向傳播時(shí)延差。(2)為提高衛(wèi)星雙向頻率傳遞穩(wěn)定度,提出了利用雙GEO衛(wèi)星TWSTFT架構(gòu),分離測(cè)量噪聲阿倫方差與鐘差阿倫方差的方法,直接計(jì)算鐘差阿倫方差。理論分析表明,經(jīng)過不同GEO衛(wèi)星的TWSTFT鏈路具有獨(dú)立的發(fā)射和接收設(shè)備,不同鏈路測(cè)量噪聲不相關(guān),且測(cè)量值含有相同的鐘差值,可將測(cè)量噪聲的阿倫方差與鐘差的阿倫方差分離開。進(jìn)一步對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的分析表明,在單鏈路測(cè)量噪聲阿倫偏差(阿倫方差的平方根)達(dá)3×10-10τ-1(τ為平滑時(shí)間)的情況下,已實(shí)現(xiàn)對(duì)阿倫偏差為7×10-12τ-0.65的鐘差頻率穩(wěn)定度的估計(jì),即提高TWSTFT頻率傳遞穩(wěn)定度兩個(gè)數(shù)量級(jí)。(3)為提高衛(wèi)星雙向時(shí)間傳遞穩(wěn)定度并保證鐘差測(cè)量完好性,利用多GEO衛(wèi)星的TWSTFT架構(gòu),提出了多鏈路鐘差動(dòng)態(tài)加權(quán)平均方法。動(dòng)態(tài)加權(quán)平均方法以本文新提出的動(dòng)態(tài)時(shí)間方差來表征時(shí)間傳遞穩(wěn)定度,綜合多GEO衛(wèi)星TWSTFT鐘差測(cè)量值,抑制測(cè)量噪聲(特別是非平穩(wěn)測(cè)量噪聲)的影響,在改進(jìn)TWSTFT的動(dòng)態(tài)時(shí)間偏差(DTDEV)至原鏈路的1/(?)(N為鏈路數(shù)量)的同時(shí),保證鐘差測(cè)量完好性。基于上述理論分析,仿真實(shí)驗(yàn)表明：對(duì)比以標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間方差為基礎(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)加權(quán)平均方法,應(yīng)對(duì)某鏈路測(cè)量噪聲標(biāo)準(zhǔn)差突變、周期變化及線性增大100%的非平穩(wěn)情況時(shí),以DTDEV衡量,本方法結(jié)果一直好于標(biāo)準(zhǔn)加權(quán)平均方法結(jié)果,最多分別為43%,11%,12%；同時(shí),對(duì)雙GEO衛(wèi)星TWSTFT實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析表明,應(yīng)用本文方法,綜合數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)時(shí)間偏差較單鏈路平均改進(jìn)了30%,即改進(jìn)TWSTFT的DTDEV至原測(cè)量鏈路的0.7倍,接近理論上的最優(yōu)結(jié)果1/(?)。(4)針對(duì)光幅度調(diào)制直接檢測(cè)系統(tǒng)中如何選擇傳遞頻率信號(hào)的頻率,及如何實(shí)現(xiàn)時(shí)間頻率傳遞的問題,詳細(xì)分析了光纖色散對(duì)頻率信號(hào)傳遞頻率穩(wěn)定度的影響,給出了傳遞頻率選擇原則；提出了基于偽隨機(jī)噪聲碼和載波相位測(cè)量的光纖雙向時(shí)間頻率傳遞方法,在詳細(xì)推導(dǎo)了偽隨機(jī)碼和載波的傳播速度的基礎(chǔ)上,給出了一種光幅度調(diào)制直接檢測(cè)系統(tǒng)中載波相位整周模糊度求解方法；采用10MHz碼率和30MHz載波頻率的自研光纖雙向時(shí)間頻率傳遞設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明在共鐘情況下,采用室內(nèi)1km卷軸光纖實(shí)現(xiàn)阿倫偏差1.57×10-12τ-1(τ為平滑時(shí)間,1s-τ≤104s)的頻率傳遞,以及時(shí)間偏差20ps(τ=100s)的時(shí)間傳遞。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TN967.1

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本文編號(hào)：1629356