HR系列GPS北斗時鐘同步儀器

HR系列GPS北斗時鐘同步儀器

GPS時間同步的原理和技術(shù)
1、有關(guān)時間的一些基本概念：

時間與頻率之間互為倒數(shù)關(guān)系，兩者密不可分，時間標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)是頻率標(biāo)準(zhǔn)，由晶體振蕩器決定時間的精度。

4種實用的時間頻率標(biāo)準(zhǔn)源包括

晶體鐘、銣原子鐘、氫原子鐘和銫原子鐘。

常用的時間坐標(biāo)系：世界時（UT）、地方時、原子時（AT）、協(xié)調(diào)世界時（UTC）、GPS時

時鐘源技術(shù)

時鐘振蕩器是所有數(shù)字通信設(shè)備中基本的部件，時鐘源技術(shù)可以分為普通晶體時鐘、高穩(wěn)定晶振、原子鐘和芯片級原子鐘。

鎖相環(huán)技術(shù)

鎖相環(huán)技術(shù)是一種使得輸出信號在頻率和相位上與輸入信號同步的電路技術(shù)，利用鎖相環(huán)技術(shù)進入鎖定狀態(tài)或者同步狀態(tài)后，系統(tǒng)的振蕩器輸出信號與輸入信號之間的相差為零。鎖相環(huán)技術(shù)是時鐘同步的核心技術(shù)。

模擬鎖相環(huán)由檢相器、環(huán)路濾波器和壓控振蕩器3個部分組成。而數(shù)字鎖相環(huán)中的誤差控制信號使用離散的數(shù)字信號，而不是模擬電壓。智能鎖相環(huán)路技術(shù)，即直接數(shù)字頻率合成（DDS-Digital Direct Frequency Synthesis）技術(shù)，在單片F(xiàn)PGA中就可以實現(xiàn)。

2、GPS時間是怎樣建立的？為了得到精密的GPS時間，使它的準(zhǔn)確度達(dá)到<100ns（相對于UTC（USNO/MC））：
◆ 每個GPS衛(wèi)星上都裝有銫子鐘作星載鐘；
◆ GPS全部衛(wèi)星與地面測控站構(gòu)成一個閉環(huán)的自動修正系統(tǒng)；
◆ 采用UTC（USNO/MC）為參考基準(zhǔn)。GPS定位、定時和校頻的原理
（1）GPS定位原理：是基于精確測定GPS信號的傳輸時延（Δt），以得到GPS衛(wèi)星到用戶間的距離（R） R=C×Δt ----------------------- 
[1]（式中C為光速）同時捕獲4顆GPS衛(wèi)星，解算4個聯(lián)立方程，可給出用戶實時時刻（t）和對應(yīng)的位置參數(shù)（x、y、z）共4個參數(shù)。R={（Xs- Xu）2+（Ys-Yu）2+（Zs-Zu）}1/2 ----
 [2]（式中Xs、Ys、Zs為衛(wèi)星的位置參數(shù)；Xu、Yu、Zu為用戶的的位置參數(shù)）
（2）GPS定時原理： 基于在用戶端精確測定和扣除GPS時間信號的傳輸時延（Δt），以達(dá)到對本地鐘的定時與校準(zhǔn)。GPS定時準(zhǔn)確度取決于信號發(fā)射端、信號在傳輸過程中和接收端所引入的誤差，主要誤差有：◆ 信號發(fā)射端：衛(wèi)星鐘誤差、衛(wèi)星星歷（位置）誤差；◆ 信號傳輸過程：電離層誤差、對流層誤差、地面反射多路徑誤差；◆ 接收端：接收機時延誤差、接收機坐標(biāo)誤差、接收機噪聲誤差。
（3）GPS校頻原理： 根據(jù)頻率和周期互為倒數(shù)的關(guān)系，可采用比時法（測時間間隔）的方法（以GPS的秒信號為參考）來測量本地鐘的頻率準(zhǔn)確度（Δf/f），以達(dá)到校頻的目的。Δf/f=（Δt2-Δt1)/(t2-t1) ------------ [3]（式中Δt2、Δt1分別為t2、t1時刻測得的本地鐘與GPS時的時差值）。4、進一步提高定時準(zhǔn)確度的幾種途徑：
◆ 采用GPS雙頻、相位測量技術(shù)；
◆ 選用更高精度的GPS時間傳遞接收機；
◆ 采用GPS共視法比對技術(shù)與衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)雙向法技術(shù)。

3、GPS在時頻領(lǐng)域的應(yīng)用
1、時間標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)調(diào)與建立：
從二十世紀(jì)八十年代末，*（BIPM）的時間部，就開始正式采用標(biāo)準(zhǔn)化的GPS共視比對方法，把*幾十個守時中心的主鐘溝通起來，并建立了準(zhǔn)確度的原子時（TAI）和協(xié)調(diào)世界時（UTC/BIPM）。我國有三個實驗室參加了時間標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)調(diào)，它們是： *陜西天文臺（CSAO）、國家計量研究院（NIM）、航天無線電計量測試研究所（BIRM）
2、新型時頻計量傳遞系統(tǒng)的建立
（1）傳統(tǒng)時頻計量傳遞的特點：
◆ 一般是按國計量單位、一級計量站、二級計量站和使用單位四級逐級傳遞；
◆ 受檢時頻標(biāo)準(zhǔn)源或儀器設(shè)備必須往返搬運，檢定校準(zhǔn)后的狀態(tài)在搬運中難免受到破壞；◆ 傳統(tǒng)的時頻計量一般只能按檢定周期（一般為一年）進行，難以進行經(jīng)常性和實時的計量測試。
（2）通過采用GPS共視法時間比對和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以建立不需搬運的、實時的、*新型的時頻遙遠(yuǎn)校準(zhǔn)系統(tǒng)。

GPS時間同步的原理和技術(shù)
1、有關(guān)時間的一些基本概念：

時間與頻率之間互為倒數(shù)關(guān)系，兩者密不可分，時間標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)是頻率標(biāo)準(zhǔn)，由晶體振蕩器決定時間的精度。

4種實用的時間頻率標(biāo)準(zhǔn)源包括

晶體鐘、銣原子鐘、氫原子鐘和銫原子鐘。

常用的時間坐標(biāo)系：世界時（UT）、地方時、原子時（AT）、協(xié)調(diào)世界時（UTC）、GPS時

時鐘源技術(shù)

時鐘振蕩器是所有數(shù)字通信設(shè)備中基本的部件，時鐘源技術(shù)可以分為普通晶體時鐘、高穩(wěn)定晶振、原子鐘和芯片級原子鐘。

鎖相環(huán)技術(shù)

鎖相環(huán)技術(shù)是一種使得輸出信號在頻率和相位上與輸入信號同步的電路技術(shù)，利用鎖相環(huán)技術(shù)進入鎖定狀態(tài)或者同步狀態(tài)后，系統(tǒng)的振蕩器輸出信號與輸入信號之間的相差為零。鎖相環(huán)技術(shù)是時鐘同步的核心技術(shù)。

模擬鎖相環(huán)由檢相器、環(huán)路濾波器和壓控振蕩器3個部分組成。而數(shù)字鎖相環(huán)中的誤差控制信號使用離散的數(shù)字信號，而不是模擬電壓。智能鎖相環(huán)路技術(shù)，即直接數(shù)字頻率合成（DDS-Digital Direct Frequency Synthesis）技術(shù)，在單片F(xiàn)PGA中就可以實現(xiàn)。

2、GPS時間是怎樣建立的？為了得到精密的GPS時間，使它的準(zhǔn)確度達(dá)到<100ns（相對于UTC（USNO/MC））：
◆ 每個GPS衛(wèi)星上都裝有銫子鐘作星載鐘；
◆ GPS全部衛(wèi)星與地面測控站構(gòu)成一個閉環(huán)的自動修正系統(tǒng)；
◆ 采用UTC（USNO/MC）為參考基準(zhǔn)。GPS定位、定時和校頻的原理
（1）GPS定位原理：是基于精確測定GPS信號的傳輸時延（Δt），以得到GPS衛(wèi)星到用戶間的距離（R） R=C×Δt ----------------------- 
[1]（式中C為光速）同時捕獲4顆GPS衛(wèi)星，解算4個聯(lián)立方程，可給出用戶實時時刻（t）和對應(yīng)的位置參數(shù)（x、y、z）共4個參數(shù)。R={（Xs- Xu）2+（Ys-Yu）2+（Zs-Zu）}1/2 ----
 [2]（式中Xs、Ys、Zs為衛(wèi)星的位置參數(shù)；Xu、Yu、Zu為用戶的的位置參數(shù)）
（2）GPS定時原理： 基于在用戶端精確測定和扣除GPS時間信號的傳輸時延（Δt），以達(dá)到對本地鐘的定時與校準(zhǔn)。GPS定時準(zhǔn)確度取決于信號發(fā)射端、信號在傳輸過程中和接收端所引入的誤差，主要誤差有：◆ 信號發(fā)射端：衛(wèi)星鐘誤差、衛(wèi)星星歷（位置）誤差；◆ 信號傳輸過程：電離層誤差、對流層誤差、地面反射多路徑誤差；◆ 接收端：接收機時延誤差、接收機坐標(biāo)誤差、接收機噪聲誤差。
（3）GPS校頻原理： 根據(jù)頻率和周期互為倒數(shù)的關(guān)系，可采用比時法（測時間間隔）的方法（以GPS的秒信號為參考）來測量本地鐘的頻率準(zhǔn)確度（Δf/f），以達(dá)到校頻的目的。Δf/f=（Δt2-Δt1)/(t2-t1) ------------ [3]（式中Δt2、Δt1分別為t2、t1時刻測得的本地鐘與GPS時的時差值）。4、進一步提高定時準(zhǔn)確度的幾種途徑：
◆ 采用GPS雙頻、相位測量技術(shù)；
◆ 選用更高精度的GPS時間傳遞接收機；
◆ 采用GPS共視法比對技術(shù)與衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)雙向法技術(shù)。

3、GPS在時頻領(lǐng)域的應(yīng)用
1、時間標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)調(diào)與建立：
從二十世紀(jì)八十年代末，*（BIPM）的時間部，就開始正式采用標(biāo)準(zhǔn)化的GPS共視比對方法，把*幾十個守時中心的主鐘溝通起來，并建立了準(zhǔn)確度的原子時（TAI）和協(xié)調(diào)世界時（UTC/BIPM）。我國有三個實驗室參加了時間標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)調(diào)，它們是： *陜西天文臺（CSAO）、國家計量研究院（NIM）、航天無線電計量測試研究所（BIRM）
2、新型時頻計量傳遞系統(tǒng)的建立
（1）傳統(tǒng)時頻計量傳遞的特點：
◆ 一般是按計量單位、一級計量站、二級計量站和使用單位四級逐級傳遞；
◆ 受檢時頻標(biāo)準(zhǔn)源或儀器設(shè)備必須往返搬運，檢定校準(zhǔn)后的狀態(tài)在搬運中難免受到破壞；◆ 傳統(tǒng)的時頻計量一般只能按檢定周期（一般為一年）進行，難以進行經(jīng)常性和實時的計量測試。
（2）通過采用GPS共視法時間比對和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以建立不需搬運的、實時的、*新型的時頻遙遠(yuǎn)校準(zhǔn)系統(tǒng)。