本文關(guān)鍵詞：基于雙移動(dòng)站的衛(wèi)星雙向時(shí)間傳遞系統(tǒng)誤差校準(zhǔn)方法研究

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【摘要】：衛(wèi)星雙向時(shí)間頻率傳遞(TWSTFT)是目前最精確的遠(yuǎn)距離時(shí)間傳遞技術(shù)之一。其優(yōu)勢(shì)在于信號(hào)傳輸路徑具有近似對(duì)稱(chēng)性,使信號(hào)路徑時(shí)延幾乎被抵消,然而雙向地面站設(shè)備傳輸時(shí)延的變化導(dǎo)致TWSTFT需要定期校準(zhǔn)。傳統(tǒng)的校準(zhǔn)方法主要有衛(wèi)星模擬器法和單移動(dòng)站法。衛(wèi)星模擬器法是一種絕對(duì)校準(zhǔn)方法,校準(zhǔn)過(guò)程復(fù)雜、校準(zhǔn)周期長(zhǎng)。單移動(dòng)站校準(zhǔn)法是一種相對(duì)校準(zhǔn)方法,它分別測(cè)出移動(dòng)站和各個(gè)固定站的設(shè)備時(shí)延差,從而求出各個(gè)地面站之間的設(shè)備時(shí)延差。目前我國(guó)雙向時(shí)間頻率傳遞中,主要存在4種調(diào)制解調(diào)器,C頻段和Ku頻段兩種信號(hào)。按照傳統(tǒng)的單移動(dòng)站校準(zhǔn)方法需要研制8種移動(dòng)站才能滿(mǎn)足我國(guó)雙向校準(zhǔn)的需求,成本太高,多套移動(dòng)站之間的系統(tǒng)差也難以校準(zhǔn)。為此我們提出了一種新的雙移動(dòng)站校準(zhǔn)方法。本文所做的工作和主要研究成果如下:(1)研究了衛(wèi)星雙向時(shí)間頻率傳遞鏈路誤差使用大氣毫米波傳播模型和Marini模型研究了對(duì)流層對(duì)TWSTFT的影響。結(jié)果表明對(duì)流層對(duì)TWSTFT僅有幾個(gè)皮秒的影響,可以忽略不計(jì)。電離層時(shí)延對(duì)TWSTFT的影響可以使用雙頻改正模型加以修正。Sagnac效應(yīng)對(duì)雙向的影響較大,可以按照計(jì)算公式算出結(jié)果。衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)對(duì)雙向的結(jié)果也有很大影響,需要對(duì)其影響加以考慮。設(shè)備時(shí)延是雙向的主要誤差,本文使用雙移動(dòng)站測(cè)量任意兩個(gè)雙向站間的設(shè)備時(shí)延差。(2)提出了一種新的雙向校準(zhǔn)方法針對(duì)我國(guó)雙向校準(zhǔn)的要求,提出使用兩個(gè)雙向移動(dòng)站來(lái)校準(zhǔn)任意兩個(gè)雙向地面站系統(tǒng)差的方法,并針對(duì)系統(tǒng)特點(diǎn)設(shè)計(jì)了校準(zhǔn)步驟:第一步先將兩個(gè)移動(dòng)站放在A(yíng)地進(jìn)行零基線(xiàn)校準(zhǔn),獲得兩移動(dòng)站在A(yíng)地環(huán)境下的系統(tǒng)差T1(主要含設(shè)備時(shí)延差);第二步再將兩個(gè)移動(dòng)站分別放在A(yíng)、B兩地,以?xún)傻貢r(shí)鐘為參考進(jìn)行測(cè)試,測(cè)得結(jié)果 T2;第三步將兩個(gè)移動(dòng)站都放在B地,采用零基線(xiàn)方法復(fù)核兩移動(dòng)站的系統(tǒng)差,獲得兩移動(dòng)站在B地環(huán)境下的系統(tǒng)差T3。將T1與T3的值平均后作為第二步校準(zhǔn)時(shí)的系統(tǒng)差,T2值扣除系統(tǒng)差后即為A、B兩地參考時(shí)間的實(shí)際鐘差。用雙移動(dòng)站最終獲得的兩地鐘差校準(zhǔn)兩地固定地面站的鐘差測(cè)試結(jié)果,即可實(shí)現(xiàn)用雙移動(dòng)站對(duì)地面站系統(tǒng)差的校準(zhǔn)。(3)研究了雙移動(dòng)站校準(zhǔn)的影響因素研究了碼速率、信號(hào)功率、溫度、工作頻率、雨衰、位置等因素對(duì)雙移動(dòng)站校準(zhǔn)誤差的影響。試驗(yàn)結(jié)果顯示:樣機(jī)的設(shè)備時(shí)延與發(fā)射、接收信號(hào)的功率有關(guān),測(cè)試時(shí)需要使用固定的發(fā)射和接收功率,確保重復(fù)測(cè)試時(shí)設(shè)備時(shí)延受信號(hào)功率的影響最小;晴天的結(jié)果比雨天的結(jié)果好近1個(gè)數(shù)量級(jí),不建議雨天測(cè)試。(4)研制了雙移動(dòng)站原理樣機(jī)雙移動(dòng)站由兩套完全相同的設(shè)備組成。單套設(shè)備包括頻率脈沖信號(hào)分配放大器、時(shí)頻調(diào)制解調(diào)器、Ku頻段射頻收發(fā)通道、網(wǎng)絡(luò)時(shí)間服務(wù)器、數(shù)據(jù)傳輸模塊和站間時(shí)間同步精度評(píng)估軟件。(5)研制了高精度站間時(shí)間同步精度評(píng)估軟件軟件的主要功能是接收兩站的測(cè)量數(shù)據(jù),同時(shí)發(fā)送本地的測(cè)量數(shù)據(jù),另外還具有參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、時(shí)差計(jì)算、狀態(tài)監(jiān)控、顯示、數(shù)據(jù)保存、輸出結(jié)果等功能,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)站間時(shí)間同步精度的評(píng)估。(6)設(shè)計(jì)并完成了大量試驗(yàn),驗(yàn)證了雙向移動(dòng)站的性能設(shè)計(jì)了設(shè)備時(shí)延拆裝一致性試驗(yàn)和設(shè)備開(kāi)關(guān)機(jī)時(shí)延一致性試驗(yàn),驗(yàn)證了設(shè)備拆裝和開(kāi)關(guān)機(jī)前后性能的一致性。設(shè)計(jì)了零基線(xiàn)試驗(yàn),準(zhǔn)確測(cè)試了零基線(xiàn)系統(tǒng)差。設(shè)計(jì)了臨潼-洛南短基線(xiàn)試驗(yàn)和臨潼-長(zhǎng)春長(zhǎng)基線(xiàn)試驗(yàn),驗(yàn)證了系統(tǒng)測(cè)試的性能;分別使用衛(wèi)星1和衛(wèi)星2研究了不同衛(wèi)星對(duì)雙向校準(zhǔn)的影響�？傮w來(lái)說(shuō),本文在亞納秒量級(jí)分析了衛(wèi)星雙向時(shí)間傳遞的誤差分布規(guī)律及其校準(zhǔn)方法,提出了基于雙移動(dòng)站的系統(tǒng)誤差校準(zhǔn)方法,大量理論分析和試驗(yàn)證明,使用雙移動(dòng)站方法,能將衛(wèi)星雙向時(shí)間傳遞的系統(tǒng)誤差校準(zhǔn)到0.5ns以?xún)?nèi),并且這種方法脫離了信號(hào)體制、工作方式的限制,可以對(duì)其它比對(duì)手段的系統(tǒng)差進(jìn)行校準(zhǔn),是一種非常有應(yīng)用前景的方法。
【關(guān)鍵詞】：衛(wèi)星雙向時(shí)間頻率傳遞 雙移動(dòng)站 設(shè)備時(shí)延校準(zhǔn)
【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】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TN96.1
【目錄】：

• 致謝4-6
• 摘要6-8
• Abstract8-11
• 目錄11-15
• 圖表目錄15-19
• 1 緒論19-25
• 1.1 遠(yuǎn)距離時(shí)間頻率傳遞的意義19-21
• 1.2 衛(wèi)星雙向時(shí)間頻率傳遞的發(fā)展歷程21-23
• 1.3 研究目的及意義23-24
• 1.4 本文主要研究?jī)?nèi)容24-25
• 2 衛(wèi)星雙向時(shí)間頻率傳遞系統(tǒng)25-31
• 2.1 衛(wèi)星雙向時(shí)間頻率傳遞原理25-26
• 2.2 衛(wèi)星雙向時(shí)間頻率傳遞系統(tǒng)構(gòu)成26-28
• 2.2.1 調(diào)制解調(diào)器27
• 2.2.2 甚小口徑衛(wèi)星終端站（VSAT）27-28
• 2.3 衛(wèi)星雙向時(shí)間頻率傳遞鏈路要求28-29
• 2.4 本章小結(jié)29-31
• 3 衛(wèi)星雙向時(shí)間頻率傳遞鏈路誤差研究31-57
• 3.1 大氣傳播延遲的影響及其改正方法31-35
• 3.1.1 對(duì)流層影響分析31-33
• 3.1.2 電離層誤差33-35
• 3.2 Sagnac效應(yīng)影響分析35-45
• 3.2.1 Sagnac效應(yīng)產(chǎn)生的原因35-36
• 3.2.2 Sagnac效應(yīng)算法及其在TWSTFT中的修正36-38
• 3.2.3 衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)對(duì)Sagnac效應(yīng)的影響38-45
• 3.3 衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的影響及其改正方法45-52
• 3.3.1 影響原因45-46
• 3.3.2 衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)對(duì)TWSTFT幾何路徑不對(duì)等時(shí)延差的影響46-52
• 3.4 地面站設(shè)備時(shí)延的影響及其校準(zhǔn)方法52-55
• 3.5 本章小結(jié)55-57
• 4 傳統(tǒng)衛(wèi)星雙向時(shí)間頻率傳遞校準(zhǔn)方法研究57-63
• 4.1 主要的校準(zhǔn)方法57-62
• 4.1.1 衛(wèi)星模擬器法57-59
• 4.1.2 單移動(dòng)校準(zhǔn)站法59-62
• 4.2 我國(guó)雙向地面站校準(zhǔn)現(xiàn)狀62
• 4.3 本章小結(jié)62-63
• 5 雙移動(dòng)站校準(zhǔn)方法研究63-67
• 5.1 雙移動(dòng)站校準(zhǔn)方法原理63-65
• 5.2 雙移動(dòng)站校準(zhǔn)系統(tǒng)的組成65-66
• 5.3 本章小結(jié)66-67
• 6 雙移動(dòng)站設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)67-105
• 6.1 雙移動(dòng)站總體設(shè)計(jì)67-68
• 6.2 雙移動(dòng)站硬件設(shè)計(jì)68-77
• 6.2.1 硬件總體設(shè)計(jì)68
• 6.2.2 硬件各模塊的設(shè)計(jì)68-77
• 6.3 雙移動(dòng)站軟件設(shè)計(jì)77-84
• 6.3.1 軟件總體設(shè)計(jì)77-78
• 6.3.2 軟件任務(wù)分析78-79
• 6.3.3 軟件詳細(xì)設(shè)計(jì)79-84
• 6.4 雙移動(dòng)站校準(zhǔn)方法的誤差分析84-102
• 6.4.1 碼速率對(duì)時(shí)延的影響84-85
• 6.4.2 發(fā)射接收功率對(duì)時(shí)延的影響85-87
• 6.4.3 溫度對(duì)時(shí)延的影響87-93
• 6.4.4 發(fā)射接收頻率對(duì)時(shí)延的影響93-95
• 6.4.5 雨衰對(duì)時(shí)延的影響95-99
• 6.4.6 位置對(duì)雙向時(shí)延的影響99-102
• 6.5 本章小結(jié)102-105
• 7 雙移動(dòng)站性能測(cè)試與分析105-131
• 7.1 單機(jī)性能測(cè)試105-110
• 7.1.1 設(shè)備拆裝時(shí)延一致性105-109
• 7.1.2 設(shè)備開(kāi)關(guān)機(jī)時(shí)延一致性109-110
• 7.2 零基線(xiàn)校準(zhǔn)試驗(yàn)110-116
• 7.2.1 試驗(yàn)?zāi)康?/span>110-111
• 7.2.2 試驗(yàn)方法111
• 7.2.3 試驗(yàn)條件111-112
• 7.2.4 試驗(yàn)結(jié)果112-116
• 7.2.5 試驗(yàn)分析116
• 7.3 短基線(xiàn)性能測(cè)試驗(yàn)證試驗(yàn)116-119
• 7.3.1 試驗(yàn)?zāi)康?/span>116
• 7.3.2 試驗(yàn)方法116-117
• 7.3.3 試驗(yàn)條件117
• 7.3.4 試驗(yàn)結(jié)果117-119
• 7.3.5 試驗(yàn)分析119
• 7.4 長(zhǎng)基線(xiàn)性能測(cè)試驗(yàn)證試驗(yàn)119-123
• 7.4.1 試驗(yàn)?zāi)康?/span>119
• 7.4.2 試驗(yàn)方法119-120
• 7.4.3 試驗(yàn)條件120
• 7.4.4 試驗(yàn)結(jié)果120-123
• 7.4.5 試驗(yàn)分析123
• 7.5 比較基于不同衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)的試驗(yàn)123-129
• 7.5.1 試驗(yàn)?zāi)康?/span>123
• 7.5.2 試驗(yàn)方法123-124
• 7.5.3 試驗(yàn)條件124
• 7.5.4 試驗(yàn)結(jié)果124-128
• 7.5.5 試驗(yàn)分析128-129
• 7.6 本章小結(jié)129-131
• 8 總結(jié)與展望131-135
• 8.1 工作總結(jié)131-133
• 8.2 工作展望133-135
• 參考文獻(xiàn)135-141
• 作者簡(jiǎn)介及在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果141-14

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本文編號(hào)：753083