本文關鍵詞： UTC 衛(wèi)星共視 連續(xù)比對 實時 時間復現　出處：《中國科學院研究生院(國家授時中心)》2016年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：國家授時中心承擔著我國標準時間的產生、保持和發(fā)播任務。近年來,建立了與UTC同步的國家標準時間UTC(NTSC),2013年以來,保持與UTC偏差小于10ns。研究實用技術,采用多樣化手段將高性能的國家標準時間提供給各行業(yè)用戶,服務我國國民經濟發(fā)展是國家授時中心的核心任務之一。本文提出的UTC(NTSC)遠程復現方法,彌補了目前授時體系中對1~5ns實時授時手段的缺失,并提供了一種2ns精度的實時授時方案。本文在研究現有的遠程時間比對方法基礎上,提出了一種適應UTC(NTSC)遠程復現的比對方法,解決了標準衛(wèi)星共視方法測量存在間斷,且不能實時輸出比對結果的問題,研究了改進比對精度的方法,并在工程上實現了UTC(NTSC)遠程復現系統,實現的用戶本地復現時間與UTC(NTSC)偏差小于5ns。本文的主要研究內容如下:(1)深入分析國家標準時間遠程復現的需求充分分析了目前授時手段的研究現狀,調研各行業(yè)對高精度時頻信號、時間溯源等方面的需求,結合我國標準時間產生和保持水平現狀,對國家標準時間遠程復現進行了深入分析,包括功能、性能和成本等。(2)研究了現有的遠程時間比對技術通過對衛(wèi)星共視、PPP時間傳遞、衛(wèi)星全視法、衛(wèi)星雙向、光纖時間傳遞等時間比對技術的研究分析,發(fā)現現有的方法存在幾方面問題,一是通用衛(wèi)星共視法比對不連續(xù),觀測存在間隙;二是衛(wèi)星共視法、PPP時間傳遞、衛(wèi)星全視法等比對結果實時性較差,特別是PPP和全視法依賴事后精密軌道和鐘差數據處理;三是衛(wèi)星雙向、光纖傳遞等方法鏈路專用,成本較高,難以大范圍推廣應用。(3)提出了UTC(NTSC)遠程復現方法,并結合理論與試驗研究提高復現精度基于衛(wèi)星共視思想,提出了一種適宜UTC(NTSC)遠程復現的遠程時間比對方法,設計了靈活的觀測周期,觀測與數據處理并行,無觀測間隙,保證持續(xù)不間斷的溯源比對,解決了連續(xù)共視觀測的數據處理、誤差改正、不等精度數據融合等問題;設計了數據實時交換方法,解決了信息傳遞實時性要求帶來的通信可靠性、環(huán)境適應性問題;研究并解決了多衛(wèi)星導航系統共用帶來的誤差校準問題;研究了利用實時比對數據駕馭頻率源,使其輸出與UTC(NTSC)保持同步,并兼顧穩(wěn)定度性能需求的控鐘策略。(4)工程上實現了UTC(NTSC)遠程復現系統的研制在對提出的UTC(NTSC)遠程復現方法進行充分理論研究基礎上,從工程應用角度,進一步對UTC(NTSC)遠程復現系統的可靠性、穩(wěn)定性、高度集成等要求進行分析,工程實現了UTC(NTSC)遠程復現系統,建成了包括一個數據分析處理中心、若干臺遠程時間比對基準終端、若干臺UTC(NTSC)遠程復現終端、一臺時延校準終端和一套遠程數據傳輸網絡的系統。(5)對系統的性能進行了充分測試開展了多項針對性測試試驗,包括檢驗系統測試不確定度的零基線、短基線和長基線試驗。各種基線長度測試均優(yōu)于2ns的不確定度;將使用不同類型原子鐘的復現終端安裝在用戶所在地,用衛(wèi)星雙向移動校準站作為獨立測試手段,檢驗其復現UTC(NTSC)的性能,實測結果顯示,使用銫原子鐘的復現終端,其復現頻率信號的天穩(wěn)定度為1.8e-14,頻率準確度為1.99e-14;使用銣原子鐘的復現終端,復現頻率信號的天穩(wěn)定度為9.45e-14,頻率準確度為1.36e-13。為研究并實現UTC(NTSC)復現系統,本文的創(chuàng)新工作如下:(1)提出了一種遠程復現國家標準時間的方法以國家標準時間為參考,通過遠程時間比對、鐘駕馭等手段,直接向全國甚至世界范圍內各地用戶提供統一的標準時間信號,并依托現有的國際比對鏈路,實現復現信號向國際標準時間UTC的溯源。為用戶提供了一種精度2ns,遠優(yōu)于衛(wèi)星授時,成本與其相當,用戶數量不受限制的授時新方案。(2)提出了一種新的實時、連續(xù)的共視比對方法標準衛(wèi)星共視法一個觀測周期為16分鐘,其中13分鐘有觀測數據,存在3分鐘觀測間隙,共視數據事后交換處理,因此比對結果生成嚴重滯后,不適宜用于要求實時性的國家標準時間復現需求。本文提出了一種新的實時共視比對方法,打破了固有觀測周期思路,設計了觀測周期靈活設置的結構,解決了標準共視法周期存在間斷,及數據事后交換處理的問題。(3)使用多種融合方法,增強時間復現可用性研究了不同導航系統之間系統偏差分布特點和規(guī)律,給出了時延偏差改正方法,解決了多導航系統共用引入的系統間偏差問題,且可視衛(wèi)星的增加,大大增加了遠程比對的基線長度,實現了多衛(wèi)星導航系統之間的有效融合。分析了偽距和載波相位兩種數據的特征,給出了一種適用的載波相位平滑偽距方法,實現了兩種數據的融合共用,滿足用戶不等精度的需求。本文的研究成果目前已經應用到了北京、天津、陜西等地,為各地復現UTC(NTSC)信號,發(fā)揮實際價值。
[Abstract]:National time service center responsible for our standard time, maintaining and dissemination tasks. In recent years, the establishment of a national standard time synchronization with UTC UTC (NTSC), since 2013, with the UTC deviation less than 10ns. of practical technology, the use of diversified means to the national standard time high performance available to users in various industries service, the development of China's national economy is one of the core tasks of the national time service center. In this paper, the UTC (NTSC) remote replication method, made up of 1~5ns real-time timing means the current lack of timing system, and provides a scheme of 2ns real-time timing accuracy. Based on the method of remote time comparison on existing, this paper presents a new UTC (NTSC) on reproduction method of remote, provides a standard satellite common view method to measure the discontinuity, and can not be real-time output than the results of the research problem, improve the alignment precision The method and implementation of UTC in Engineering (NTSC) remote replication system, realize the user local recurrence period UTC (NTSC) and the main research contents of this paper are as follows: the deviation is less than 5ns. (1) analysis requirements of national standard time remote reproduction of the full analysis of the research status of measurement means at present, research of various industries for the high precision time and frequency, time traceability and other needs, combined with China's national standard time to generate and maintain the status quo of the national standard time remote replication is analyzed, including the function, performance and cost. (2) studied the remote time comparison of existing techniques based on satellite common view time transfer, PPP all in view, satellite, two-way satellite time transfer, analysis and research of optical fiber time comparison technology, found that the present method has several aspects, one is the general satellite common view than the continuous observation, there is a gap is two; The method of satellite common view time transfer, PPP, satellite as geometric results of poor real-time, especially PPP and all in view dependent precise orbit and clock data processing; three is a two-way satellite, special optical fiber transmission link method, high cost, difficult to promote a wide range of applications. (3) proposed UTC (NTSC) remote replication method, and combining the theory and experimental research to improve the accuracy of satellite common view based on the idea of reproduction, is proposed for UTC (NTSC) remote time comparison method of remote replication, the design of flexible observation cycle, observation and data processing in parallel, no observation gap, ensure traceability ratio continued uninterrupted to solve the common view, continuous observation data processing, error correction, data fusion problem of unequal precision; the design of real-time data exchange method, solves the real-time information transmission requirements bring communication reliability, environmental adaptability; research Study and solve the problem of error calibration of multi satellite navigation system sharing brings; using real-time data to control the output frequency of the source, and UTC (NTSC) in sync, and taking into account the stability of the performance requirements of the control strategy. The bell (4) project on the implementation of the UTC (NTSC) remote replication system in the proposed UTC (NTSC) study of the basic theory of remote full realization methods, from the point of view of engineering application, the UTC (NTSC) reliability, remote replication system stability, high integration requirement analysis, project implementation of UTC (NTSC) remote replication system, including the completion of the a data processing center some remote time comparison, the reference terminal, a plurality of UTC (NTSC) remote terminal system of a repetition, time delay calibration terminal and a set of remote data transmission network. (5) the system of the full test was carried out against a number of Test test, including test system test uncertainty of zero baseline and short baseline and long baseline tests. All test baseline length are better than 2ns uncertainty; reproduction terminal will use different types of atomic clocks installed on the user location, with two-way mobile satellite calibration station as an independent means of testing, test the repetition of UTC (NTSC) performance, experimental results show that the reproduction terminal using cesium atomic clock, the repetition frequency signal day stability is 1.8e-14, frequency accuracy is 1.99e-14; reproduction terminal using rubidium atomic clock, repetition frequency signal day stability is 9.45e-14, the frequency accuracy of 1.36e-13. for the research and implementation of UTC (NTSC) reconstruction system, the innovation of this paper are as follows: (1) proposed a remote country standard time to reproduce the national standard for reference, through remote time comparison, clock control means, directly to the full Even in the world around the user provides standard uniform time signal, and relying on the international comparison of the existing link, realize the reproduction signal to the international standard time source. UTC provides a precision 2ns for the user, is much better than that of GPS, the cost of its equivalent, a new timing scheme is not limited by the number of users (2.) put forward a new real-time, continuous satellite common view comparison method common view method an observation period of 16 minutes, with the observation data of 13 minutes, 3 minutes of observation space, common view data exchange processing, so the results generated serious lag, not suitable for the requirements of the national standard time of reproduction the demand of real-time. This paper presents a new real-time common view method, breaking the inherent observation period of ideas, design structure and flexible set of observation period, solve the standard CV cycle there is a gap, and After the data exchange processing. (3) the use of several fusion methods, enhance the availability of repetition time between different navigation system deviation distribution characteristics and rules, gives the correct method to solve the problem of delay deviation, deviation of system navigation system common introduced, and the increase of visible satellites, greatly increasing the length of distance compared to the baseline, to achieve the effective integration between multi satellite navigation system. Analysis of the characteristics of pseudorange and carrier phase two data, given a suitable carrier phase smoothing pseudo range method, realize the integration of two kinds of data sharing, to meet user needs unequal precision. The result of this research has been applied to Beijing, Tianjin, Shaanxi and other places, around the repetition of UTC (NTSC) signal, play the actual value.

【學位授予單位】：中國科學院研究生院(國家授時中心)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：P127.1

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本文編號：1471702