GPS共视时间频率传递应用研究

随着科学技术的发展，高精度时间频率传递在国民经济发展中的地位日趋重要。近年来，随着国防和空间技术的发展，对高精度时间和频率传递提出了更高的要求。SDH通信网的时间同步，空中目标的探测和拦截(类似美国爱国者导弹系统)，对时间同步精度要求达纳秒量级。但纳秒量级精度的时间传递设备国内尚不能自行生产。除精度要求外，很多应用还需要时间同步的实时性等要求。由于GPS共视时间传递技术具有设备价格便宜、定时精度高、使用方便的特点，因此开展GPS共视应用研究，对解决我国的通信和国防建设事业对高精度时间同步的需求具有重要意义。 用普通的Motorola vp Oncore型GPS接收机，研制了一套新型廉价的GPS共视时间传递系统，给出了系统设计方案。为防止其它共视接收机曾出现的不能严格共视问题，设计了严格的同步控制策略。采用面向对象技术，设计了系统的软件，保障了系统的可靠性。零基线单通道共视比对表明：系统性能稳定，在天线坐标存在0.3m误差的的情况下，原始共视比对数据的均方根误差不大于4.9ns。 很多高精度时间同步应用对实时性要求很高。通过套接字技术可实现GPS共视资料在Internet上快速传递，然后对共视资料进行高精度快速处理可实现近实时共视时间同步。常见的平滑方法不能满足近实时共视的要求。分析Gps共视资料特点，设计一种卡尔曼滤波算法，对共视资料进行近实时处理，以便削弱观测噪声，估计异地钟差。对相距1000多公里的日本通信综合研究所(CRL)与韩国计量科学研究院(KRIS)在2001年全年的共视观测资料处理结果表明：卡尔曼滤波算法所得钟差与根据BIPM T公报所得钟差的均方根误差优于2.6ns。最后对近实时共视应用于多站点间相互比对的情况，为进一步提高比对精度，提出在卡尔曼滤波算法基础上使用间接观测平差处理技术，根据共视网络中站点间距离设置观测权值，通过解矛盾方程组得到两站钟差。以NTSC、CRL和KRIS3站比对为例，以根据BIPM T公报得到的钟差为标准，对间接观测平差处理前后的数据比较表明，近实时比对精度可进一步提高。由于近实时共视Kalman滤 波结果序列中，相邻时刻钟差差异很小，可以用当前钟差进行简单外推，估计 出下个时刻的钟差，实现钟差预报，仍然可获得较高的精度。 分析了GPs共视的主要误差源，重点分析了多径效应的影响。 分析了GPs可驯铆钟在通信网频率同步中的应用。设计了一种基于GPs共 视比对方法的通信网专用BITs系统，在新的BITs系统主要研究了铆原子频率 标准频率准确度的测量、数据处理和控制方法。与传统方法相比，新系统没有 使用价格昂贵的高精度、高分辨率电子计数器，而是采用分辨为0 .1微秒的时 间间隔计数器和卡尔曼滤波算法来进行数据平滑，从而在确保精度的情况下降 低了成本。新算法通过设置滤波器的时间常数，利用时差法间接进行频率测量， 克服由于GPs的秒信号、铆钟的秒信号的不稳定和测量噪声带来的影响。根据 该算法对LPFRs铆钟的频率准确度进行测量和控制，为了不影响铆原子频标的 短期稳定度，采取了较小的移相步进量对其频率进行控制和调整。测量结果表 明:在确保铆钟短期稳定度的情况下，频率准确度优于1 X10一12。 分析了我国的数字同步网及其业务网的对时间频率同步的需求，以及PRc 和PRs的时间频率溯源问题。分析表明:使用GPs共视溯源具有链路少、精度 高、使用方便的特点。