Navigation Lectures導(dǎo)航講座GPS定時及其應(yīng)用武漢大學(xué)測繪學(xué)院劉基余有效地利用有限的無線電頻譜:改善網(wǎng)絡(luò)的管理及其最從日常生活到航天發(fā)射,從出外步行到航空航海人們都感受到優(yōu)化,使可追蹤的金融交易和票據(jù)的時間標(biāo)記成為可能了時間準(zhǔn)確的重要性:GPS定時,能夠為我們提供簡便而高精度通過“共視定時"技術(shù)使國家實驗室之間能夠傳遞高精度的定時測量,本文簡論了GPS定時原理與方法.以及它在通信廣電,電力網(wǎng).金融網(wǎng)等重要基礎(chǔ)設(shè)施中的應(yīng)用概況的時間:甚至采用GPS定時作為電視播出系統(tǒng)精確的時間【關(guān)鍵詞】基準(zhǔn),實時地調(diào)整系統(tǒng)時鐘。本文簡要論述GPS定時的原GPS信號協(xié)調(diào)世界時共視定時法理與方法.以及它的應(yīng)用概況。GPS衛(wèi)星所發(fā)送的導(dǎo)航定位信號是一種可供無數(shù)用幾種時間系統(tǒng)的簡要表述戶共享的空間信息資源。陸地、海洋和空間的廣大用戶只要持有一種能夠接收.跟蹤、變換和測量GPS信號的接現(xiàn)代的GNSS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng),都是采用現(xiàn)行的國際標(biāo)收機(jī).就可以全天候全天時和全球性地測量運動載體準(zhǔn)時間—協(xié)調(diào)世界時。但是它涉及基于地球自轉(zhuǎn)得出的“世界時”和基于原子振蕩周期確定的原子時”,現(xiàn)對的七維狀態(tài)參數(shù)和三維姿態(tài)參數(shù)。其中的一維就是時間不過“時間”存在著“時刻和“時間間隔”之分?！皶r刻它們做簡要介紹。被定義為發(fā)生某一事件的瞬間,現(xiàn)代均用“時元”(也稱1.世界時為歷元,英文為 epoch)稱呼之,特別是在GNSS衛(wèi)星導(dǎo)航世界時(UT. Universal Time)也稱為格林尼治平領(lǐng)域,大家均用時元“代替時刻之稱、例如,在時元}時,它是地理經(jīng)度0處平子午圈起算的平大陽時,世界時2012.0518.11703(Sec)于武漢一個測站上測得的至第五與恒星時有嚴(yán)格的換算公式。它是根據(jù)地球自轉(zhuǎn)周期而顆GEO北斗衛(wèi)星的偽距為39196901.756m?！皶r間間隔則被定義為發(fā)生某一事件所經(jīng)歷的過程,它是這一過程測定的時間。由于它的均勻性已能達(dá)到103s左右,長期以來,人們認(rèn)為它是一種均勻的時間。但是.隨著石英鐘精始終的時元之差,例如,中央電視臺新聞聯(lián)播的“時間間度(可達(dá)10"s)和觀測精度的提高發(fā)現(xiàn)地球自轉(zhuǎn)速度并隔”是30分鐘。由此可見.定時有著廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域,從日不均勻,因而由它確定的時間也不均勻。地球自轉(zhuǎn)速度所常生活到航天發(fā)射從出外步行到航空航海人們都感受以不均勻主要是由下列三種變化引起的到了時間準(zhǔn)確的重要性。GPS定時,能夠為我們提供簡便而高精度的定時測量用戶能夠以萬億分之一秒的精確度(1)長期變化測定時間.而不需要自己擁有高度精確的原子鐘。因此這種變化主要是E所引記的海洋潮汐摩GPS定時在下列領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用:通信系統(tǒng)、電力擦和地球固體潮的滯中國煤化工轉(zhuǎn)速網(wǎng)、金融網(wǎng)和其他重要基礎(chǔ)設(shè)施的精確同步:無線網(wǎng)絡(luò)更度長期逐漸變慢.導(dǎo)致CNMHGS2012.08數(shù)畫世界53導(dǎo)航GNSS WORLD天地導(dǎo)航講座 Navigation Lectures(1)季節(jié)性變化它也可在《地球自轉(zhuǎn)參數(shù)公報》中查得.其值都在土0.03s由于地球表面上的大氣團(tuán)隨著季節(jié)而移動因而使地以內(nèi)為從本年1月0日起算的年小數(shù)球自轉(zhuǎn)速度產(chǎn)生一種季節(jié)性的周期變化。春季自轉(zhuǎn)速度變顯然上述三種世界時有下列關(guān)系慢.秋季自轉(zhuǎn)速度變快。一年里平太陽日的長度約有0.001sUTI=UT0+△入的變化。此外還有一月、半月等影響較小的周期性變化UT2=UT1+△Ts=UT0+△入+△Ts(3)不規(guī)則變化可見,在求得△和△Ts后,三種世界時即可互相換算不規(guī)則變化是地球內(nèi)部物質(zhì)移動等原因所產(chǎn)生的,它盡管世界時作了上述改正,但UT2世界時仍然包含著使得地球自轉(zhuǎn)速度時而加快時而變慢導(dǎo)致一年內(nèi)可能地球自轉(zhuǎn)速度的長期變化和不規(guī)則變化,所以UT2及其秒產(chǎn)生千分之幾秒的變化長仍舊是不均勻的.而需尋求均勻而高精度的時間系統(tǒng)。在長期、季節(jié)和不規(guī)則等三種變化中長期變化不太顯2.原子時著.只在長期的積累后才產(chǎn)生影響,所以不是主要的問題。而不規(guī)則變化影響則比較大,且不能預(yù)先估計.這是難以原子時(AT. atomic time).是利用原子內(nèi)部的電子解決的主要問題,季節(jié)變化也相當(dāng)大,但每年的變化相當(dāng)在能級之間的躍遷,而發(fā)射極為穩(wěn)定的電磁波頻率而建固定可以根據(jù)經(jīng)驗公式推算而得此外測定世界時由立起來的一種時間系統(tǒng)。由于世界時和歷書時都是以地于地極移動使瞬時子午圈發(fā)生變化因而也影響世界時球自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)為標(biāo)準(zhǔn)的時間系統(tǒng),它們的均勻性和精確度的均勻性,世界時的不均勻性,導(dǎo)致了每時每分每秒的長都不能滿足高精度時間部門的需要因此迫使人們由宏度也不均勻影響天體動力學(xué)衛(wèi)星大地測量學(xué)電子學(xué)和觀世界的地球運動規(guī)律轉(zhuǎn)向微觀世界的原子內(nèi)部的電子空間技術(shù)等學(xué)科以及有關(guān)部門的使用因此,1955年9月.運動規(guī)律來解決時間標(biāo)準(zhǔn)問題國際天文學(xué)聯(lián)合會在愛爾蘭都柏林會議上決定在世界時為了解決世界時和歷書時秒長的不均勻性和高精度中加入不同的改正,將世界時劃分為UTUT1,UT2三種不夠高等問題,1967年第13屆國際計量委員會引入了原類型,并于1956年1月1日開始在全世界使用。子時系統(tǒng),并通過了新的國際單位制(S1)的原子時秒長(1UTo世界時它是由天文觀測天體直接測定的世的定義:位于海平面上的銫原子133C)在基態(tài)時的兩界時是以觀測臺站的瞬時子午圈為基準(zhǔn)而測定的它既包個超精細(xì)結(jié)構(gòu)的能級在零磁場中躍遷輻射時它所輻射含地球自轉(zhuǎn)速度不均勻的影響又包含地極移動所產(chǎn)生的出來的電磁振蕩9192631770周所持續(xù)的時間為1個原子影響。所以1955年以前使用的世界時都屬于UT0世界時。時秒。這一秒長在當(dāng)時基本上與歷書時的秒長相等。這種(2)UT1世界時,在UT0世界時中加入觀測瞬間地基于原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)所建立起來的原子時秒比基于地球自極移動的改正數(shù)△λ,就可得到UT世界時,即轉(zhuǎn)或公轉(zhuǎn)所建立起來的世界時或歷書時秒長的穩(wěn)定性和UTI=UT0+△入精確度要高1000倍以上,達(dá)到10s式中Δ入為觀測瞬間的瞬時地極相對于平均地極(CIO采用激發(fā)器使原子能級躍遷而輻射一定頻率的電磁的極移改正且知從=(x如+Ycm入,)甲n波作為基本的頻率振蕩源的精密計時器稱為原子鐘。常用q為觀測臺站的經(jīng)緯度東經(jīng)為正:X,Y為觀測瞬間的的原子鐘有銫鐘氫鐘和銣鐘等國際上以銫鐘作為國際極移參數(shù)可在我國上海天文合按月出版的《地球自轉(zhuǎn)參頓率標(biāo)準(zhǔn)銫原子鐘是利用銫原子內(nèi)部的電子在兩個能級數(shù)公報》及國際時間局出版的簡報B."D”中查得間跳躍時輻射出來的電磁波作為標(biāo)準(zhǔn),去控制和校準(zhǔn)電子我國上海天文臺播發(fā)的BPV,XSG.BPV3時號以振蕩器,進(jìn)而控制鐘的走動,這種鐘的穩(wěn)定程度很高最陜西天文臺播發(fā)的BPM時號就是用UT為基準(zhǔn)播發(fā)的好的銫原子鐘達(dá)到500萬年才相差1秒。目前,國內(nèi)外已有幾十個天文臺和實驗室使用原子鐘組成的鐘組來計時。國際(3)UT2世界時。在UT中加入地球自轉(zhuǎn)速度季節(jié)性時間局(BIH)為消除各鐘組之間的系統(tǒng)誤差.決定利用7變化的改正數(shù)△Ts,即可得到UT2世界時,即個國家的幾十個原子鐘組的原子時經(jīng)過加權(quán)平均后,組成UT2=UT1+△Ts國際原子時(TAI).作為國際上使用的時間標(biāo)準(zhǔn),并選定式中,△Ts=asin2xt+bco32rt+csin4xt+dcos4x.△Ts1958年1月0日世界時UT2000作為國際原子時的起點是觀測瞬間的季節(jié)性改正國際時間局根據(jù)1967-1969年使TA1與UT3相中國煤化工UT2。但是.事間全世界的天文觀測資料公布的a=+0021b-012s,后發(fā)現(xiàn),由于0日0的瞬間的c=0.006s.d=+0.007s并決定于1972年正式開始采用原子時不是世CNMHG039s(即提前了54 DIGITCWNavigation Lectures導(dǎo)航講座00039s),故在該起點的TA=UT2-0.0039s。但是,各個衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)所采用的協(xié)調(diào)世界時,是國際原子時是由原子鐘提供的可以隨時隨地迅速得由其研發(fā)國家的天文臺測定的而存在微小差異例如到,而且可以長期保持不變,它是目前世界上最穩(wěn)定最精PS的UTC(USNO)與 GLONASS的UTC(SU)之間相差確的時間標(biāo)準(zhǔn)。所以,規(guī)定1972年1月1日開始在全世界正±1μs左右:其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)所用的UTC如下:北斗衛(wèi)星式使用原子時(AT)我們目前在科學(xué)技術(shù)和日常生活中導(dǎo)航系統(tǒng)的時間系統(tǒng)是北斗時(BDT. BeidouTime),其應(yīng)用的時間,都是以原子時為基準(zhǔn)的時間。秒長取為國際單位制SI秒.起算時元為2006年1月1日0時0分0秒?yún)f(xié)調(diào)世界時(UTC).BDT是一種連續(xù)時間的時間尺3.協(xié)調(diào)世界時度,通過設(shè)在中國科學(xué)院國家時間服務(wù)中心(NTSC)的標(biāo)協(xié)調(diào)世界時(UTC. Universal Time Coordinated校站作BDT與UTC(NTSC)的時間比對,從而將BDT溯是秒長按原子時秒長計量的但在時刻上盡量與世界時源到UC(NTSC,BDT與UTc(NTSC)的偏差保持在取得一致的一種時間系統(tǒng)。原子時是高精度、高穩(wěn)定的100ns以內(nèi)。BDT的時間系統(tǒng)與GPS時一樣無閏秒。BDT與時間系統(tǒng)能滿足需要高精度時間部門的要求。在1967國際原子時(TA存在3的偏差,即BDT+3TA1:北年定義原子時秒長時,它與世界時的秒長十分接近,基斗時與中國軍用時頻中心(CMTC)的時間進(jìn)行了比對,得本上與歷書時的秒長相一致。但是,由于地球自轉(zhuǎn)的長期知BDT相對于 UTC (CMTO)的偏差小于20ns日本QzSs變化和不規(guī)則變化等因素影響,使用一段時間后.發(fā)現(xiàn)世系統(tǒng)用UTC(NICI): Galileo系統(tǒng)用的UTC.是采用德國界時的秒長比原子時的秒長約長35×10°s,即每天約長TC(PTB),英國UTC(NPL)和意大利UTC(EN)等歐0.003024s,每年約長1s左右。這樣自1958年1月1日起算洲國家多個UTC實驗室的UTC平均值,記作UTC(K)點開始,原子時與世界時的時元之差會隨著年月的增加表1幾種時系的時日之例時統(tǒng)名稱越積越大。若干年以后,原子時午正與實際的世界時午正也就會越差越大。這樣就會不符合人們的生活習(xí)慣,也北京20021期六348日UTC201012110913:19345日MUD54136424不便于大地測量、天文導(dǎo)航以及研究地球自轉(zhuǎn)等部門的GPs2001109131613周564561周期058星期6需要。所以.在1970年第12屆國際無線電咨詢委員會和第Loran-C|20012190149GR99046m下個oc0921303UTC14屆國際天文學(xué)聯(lián)合會上聯(lián)合決定,從1972年1月1日起2010.12.11.0913星期六345日采用一種新的時間系統(tǒng)—協(xié)調(diào)世界時(UTC)。協(xié)調(diào)世界時的秒長嚴(yán)格等于原子時的秒長,并采用“跳秒”調(diào)整GPS定時方法的方法,使協(xié)調(diào)世界時的時元和世界時(UT1)時元之差保持在±0.9s(1974年之前規(guī)定為±0.7s)以內(nèi)。跳秒調(diào)GPS衛(wèi)星都安設(shè)有四臺時鐘,一般為兩臺銣原子整一般在6月30日或1月3日的最后一秒上進(jìn)行在最后鐘和兩臺銫原子鐘,也有用氫原子鐘的但僅用一臺原秒上增加一秒稱為正跳秒”(或日正閏秒),減去1秒子鐘作為時間標(biāo)準(zhǔn),余者備用。GPS時間受到美國海軍稱為“負(fù)跳秒”(或曰負(fù)閏秒)。具體調(diào)整日期由國際時間天文臺(USNO)經(jīng)常性的監(jiān)測,可用來導(dǎo)出協(xié)調(diào)世界時局(BIH)在兩個月之前預(yù)先通知各國授時臺、站。例如UTC)。GPS系統(tǒng)的地面主控站能夠以優(yōu)于±5ns的精1987年12月31日是正跳秒,則在該月2359°60°上增加1s度.使GPS時間和UTC(USNO)之差保持在±1ps以內(nèi)。目即61s后才開始1988年1月1日的000:顯然,1987年12月前的監(jiān)測成果表明在太空中工作的原子鐘性能比預(yù)期的31日一天的日長不是86400s.而是86401s。如果是負(fù)跳指標(biāo)要好一些。用GPS時間推算出來的UTC(USNO.導(dǎo)秒則在該曰239°60上減去1s即59s之后才開始下月1電文的第4子幀第18頁給出兩者的相關(guān)參數(shù))可以達(dá)到日的00°0°:則這一天的日長只有86399。2012年閏秒優(yōu)于±100ns的精度。此外.GPS衛(wèi)星還向用戶播發(fā)它自己是協(xié)調(diào)世界時自1972年問世以來的因地球自轉(zhuǎn)變慢而產(chǎn)的鐘差鐘速和鐘漂等3種時鐘參數(shù)(導(dǎo)航電文的第子幀生的第25次閏秒。國際地球自轉(zhuǎn)服務(wù)組織(IERS)宣布提供).加之利用GPS信號可以測得站址的精確位置.因在協(xié)調(diào)世界時的時間202年6月30日午夜加一閨秒即加此GPS衛(wèi)星可以成為一種全球性的用戶無限的時間信號在當(dāng)天23:59:59的下一秒.記為23:59:60.然后才是第二源,用以進(jìn)行精確的時間比對。天的0000:00;相對于北京時間.也就是7月1日07:59:59當(dāng)利用GPS信號進(jìn)行時間傳遞時,通常采用下列兩種后面增加一秒,出現(xiàn)07:59:60的特殊現(xiàn)象,然后才是方法08:00:00。經(jīng)過跳秒后.便可保持 UTI-UTC<±0.9s。自(1)一站單機(jī)定中國煤化工上,用前,世界各國以及我國國家時間服務(wù)中心(NTSC)都是臺GPS信號接收機(jī)戶時播發(fā)協(xié)調(diào)世界時。鐘的偏差。CNMHG20203面后世界55導(dǎo)航GNSS WORLD天地導(dǎo)航講座 Navigation Lectures(2)共視比對定時法。在兩個測站上各安設(shè)一臺初相的發(fā)射時刻TGPS信號接收機(jī),在相同的時間內(nèi),觀測同一顆GPS衛(wèi)⊙依據(jù)第一數(shù)據(jù)塊的衛(wèi)星時鐘改正系數(shù)算得衛(wèi)星時星.而測定用戶時鐘的偏差鐘偏差△T現(xiàn)在,我們首先論述一站單機(jī)定時原理。如圖1所示⊙用導(dǎo)航電文的有關(guān)參數(shù)算得附加時延r在用GPS信號傳遞時間時,存在3種時間尺度(時標(biāo)⊙根據(jù)第二數(shù)據(jù)塊的星歷參數(shù)算得在T時的衛(wèi)星是GPS時間,它是統(tǒng)一所有GPS衛(wèi)星時鐘的“理想”時間位置。尺度:二是每顆GPS衛(wèi)星的時鐘:三是用戶時鐘。GPS定⊙按照已知的用戶位置(若不知道,可先定位,后定時的目的在于測定用戶時鐘相對于GPS時間的偏差,并時)和所計算的衛(wèi)星位置,算得GPS信號從衛(wèi)星依據(jù)GPS衛(wèi)星導(dǎo)航電文第4子幀的第18頁所給出的有關(guān)參到達(dá)用戶天線的傳播時間t數(shù),計算出協(xié)調(diào)世界時( UTC-USNO)。此處只討論用戶⊙根據(jù)測得的偽距P,算得相應(yīng)的傳播時間t,進(jìn)而時鐘偏差的測定。求出用戶時鐘偏差△T"。GPS時間傳遞,實質(zhì)上是測量GPS信號從衛(wèi)星到達(dá)用當(dāng)它為正值時,表示用戶時間超前(快)于GPS時間戶的傳播時間。某顆GPS衛(wèi)星在T時刻發(fā)射GPS信號初當(dāng)△T為負(fù)值時,表示用戶時間落后(慢)于GPS時間。相通過電離層和對流層而到達(dá)用戶接收天線的時刻若些定時型GPS信號接收機(jī)顯示和輸出的數(shù)據(jù)就是用戶時為T,則GPS信號的傳播時間為鐘偏差,甚至可給出相對于UTC(USNO)的時間偏差,并T3+1不要求人工按式(4)逐一計算。近年來,芯片式GPs信號式中,t為GPS信號因電離層對流層效應(yīng)等而引起的接收機(jī)的普及應(yīng)用使得GPS定時更為簡便它將“自動附加時延。GPS信號的發(fā)射時刻T可從導(dǎo)航電文每一個地把用戶時鐘校正到GPS時系,保持著高度的時間準(zhǔn)確子幀的計數(shù)解得。從圖1可見,T相對于GPS時間之差為{性。瑞士 u-blox公司則于2012年4月發(fā)布新研制成了LEA△T:.且知6NOEM板,它的尺寸僅為17.0mm×22.4mm×2.4mmT=T"+△T1(2a)而能夠用于 GLONASS/GPS/QZSS信號的跟蹤測量.這將為GNSS定時開創(chuàng)新局面。mnnn口一般而言Gs用戶位置是待定的在此條件下的GPS定時可以按下述方法予以解決:依筆者在《GPS衛(wèi)2Ps系統(tǒng)時間ainhnnnhnln星導(dǎo)航定位原理與方法》一書的論述,可知用第j顆GPS衛(wèi)星測得的偽距可寫為3Ps用戶時鐘aininnnlnhnP={X()x()2+(Y(-Y0)2+(z(-z()y2C(dt-dT)+dion+d'式中,X(U).Y(1).z()為第j顆GPS衛(wèi)星在時元t的三圖!GPS單站單機(jī)定時維坐標(biāo),它們可依導(dǎo)航電文提供的GPS星歷算得,即為已式中△T從導(dǎo)航電文中獲取由此而得到用GPS時知數(shù):x(0,YO)20為用戶的GPS信號接收天線在時間表述的GPS信號發(fā)射時刻用GPS時間表述的GP信號元t的三維坐標(biāo),這是待求解的未知數(shù),此外還有一個接到達(dá)時收機(jī)鐘差dT是待求解的未知數(shù)。由此可見,當(dāng)同時觀測了Ta=T+△T4顆以上GPS衛(wèi)星時,單站單機(jī)定時法,就可以在不知測考慮到式(1),則知GPS信號接收機(jī)所測得的傳播時間站坐標(biāo)的情況下用式(5)解算而得:即采用同時測得測t=T2-T+△T-4T:+t=t4+△T-△T+r(3)站坐標(biāo)和用戶時鐘偏差的方法。這是廣大用戶所應(yīng)用的式中,t=T-T,它是GPS信號的實際傳播時間而GPS定時法.但是,必須采用碼接收機(jī)用戶時鐘偏差為圖2所示的單顆GPS衛(wèi)星共視定時法,是目前用GPS△T=ta-ta+△T-t(4信號傳遞時間的主要方法。實驗表明,兩個測站共同見到式(4)即為單站單機(jī)的定時方程式同一顆衛(wèi)星的時間前后相差20分鐘以內(nèi)時,定時準(zhǔn)確度無顯著差別,換言之,兩個測站觀測同一顆的同步性要求綜上可見當(dāng)GPS信號接收機(jī)接收和解調(diào)出GPS衛(wèi)星并不十分嚴(yán)導(dǎo)航電文以后.便可依次得到式(4)中的各個參數(shù)中國煤化工致單星共視定時法獲得了⊙依據(jù)每一個子幀的轉(zhuǎn)換碼(HOw)獲得GPs信號}測得的用戶CNMHGB兩個測站所56 DIGITCW201208Navigation Lectures導(dǎo)航講座△Ta"=ta-ta+△T-t(詳見筆者的《GPS衛(wèi)星導(dǎo)航定位原理與方法》一書)?！鱐2=ta2-t2+△T-t2式(6)中的各符號意義和式(4)相同,僅下標(biāo)1.2分第一子幀(GPS星期時第二、三子幀第四子賴第18頁間TOW和星鐘參數(shù)A別表示測站A,B。通過數(shù)據(jù)傳輸而將測站A的用戶鐘差(GPS衛(wèi)星歷)面(UTc參數(shù))送到測站B.故知兩個用戶的鐘差為衛(wèi)星時鐘衛(wèi)星在軌位置和8T"△T2-△T"=(ta-t1)-(t2-ta1)-(2-t)(7)改正△t相對效應(yīng)改正△tTOWv站星距離衛(wèi)星↓GPsGPs信號接收 UTC UTC輸出時間機(jī)的GPS時間上氣時間圖3GPS時間歸化為UTC時間的流程較之傳統(tǒng)的時間傳遞方法(如羅蘭C法).用GPS信號傳遞時間的優(yōu)點是,設(shè)備簡單輕便,價格/精度比低廉,能夠全球性、全天候和連續(xù)不斷地傳遞時間.而定時準(zhǔn)確度能夠從羅蘭-C等方法的最優(yōu)±1μs提高到±lons:當(dāng)用GPS圖2單顆GPS衛(wèi)星共視定時法載波相位測量作時間傳遞時可以達(dá)到±1ns的定時準(zhǔn)確表2機(jī)載GPS測定的俄制米171型直升飛機(jī)七維狀態(tài)參數(shù)度。這是因為每顆GPS工作衛(wèi)星都裝備了高GPS時元TC時元精度的原子鐘:2012年7月在軌的3顆GPS004520衛(wèi)星中僅有1992年9月9日、193年642920309(25782198161501504690月26日、198年53月28日.1995年7月16日和43590399910910609020980906000190年1月6日發(fā)射的共5顆 Block iIa衛(wèi)星間用了絕原子鐘其他的26顆BkA45890900010916306000190 Block IIR-M和 Block IIF衛(wèi)星均采用銣原43899009599025995198725012855411159490004960049子鐘。不過,GPS工作衛(wèi)星一般都安設(shè)了兩4358589992003846.99920029572049910000合鎖原子鐘和兩臺銫原子鐘GPS衛(wèi)星雖然4358609003809000941981418454159000008060送幾種不同頻率的信號但是,它們均源比照式(4)可知,共視比對時,消除了GPS衛(wèi)星的時于同一個基準(zhǔn)信號(其頻率為1023MHz),所以只需啟用鐘偏差(△T5)。上文論及,實際傳播時間t,t是依據(jù)測一臺原子鐘(銣鐘或銫鐘).其他三臺原子鐘作為備用,以站位置和GPS衛(wèi)星在軌位置而求得的,我們知道,GPS衛(wèi)便更替出現(xiàn)故障的衛(wèi)星時鐘,實驗證明,原子鐘一般具有星的星歷誤差是一種重要的誤差源它將引起t的偏差,1×10以上的頻率穩(wěn)定度能夠保證3萬年僅差ls(詳如表若其值為△t,則有3所示),甚至3百萬年僅差1s:這樣,GPS定時用戶就能夠ta1=Td+△tta2=Ta2+△t8)獲得毫微秒量級的時間測量精度故知共視用戶的鐘差為表3衛(wèi)星時鐘的穩(wěn)定性6T△T2-△T"=(t2-t)-(Ta-Ta)-(2-t)(9)時鐘頻率(H2)每日穩(wěn)定度(△鐘差1e的所需時間可見,共視定時法不僅能夠消除衛(wèi)星鐘差(ΔT石英鐘5000000而且能夠消除或者至少減小星歷誤差的影響,可達(dá)30000年±3ns~±10ns的定時精度00042040575130000000年如果需要更高精度的GPS定時,可以采用GPS載波相位測量定時實用表明,它能夠達(dá)到±lns的定時精度。不過因此,目前國際上已有幾十個廠家生產(chǎn)著專用于時間GPS載波相位測量定時一般用于三維位置、三維速度和時和頻率測量的GPS信號接收機(jī),且被廣泛地用于有關(guān)的科技領(lǐng)域。間的狀態(tài)參數(shù)測量與三維姿態(tài)參數(shù)測量例如,用機(jī)載GPS測量在航飛行對地觀測飛機(jī)的7維狀態(tài)參數(shù).表2是一個機(jī)GPS定時載GPS測量之例:由此可見,它不僅給出了GPS時元,而且中國煤化工給出了相應(yīng)的UTC時元:這兩者是按圖3的流程換算獲得的隨著使用目的不CNMHG求也不201208數(shù)了面后界57導(dǎo)舟GNSS WORLD天地導(dǎo)航講座 Navigation Lectures樣,表4列出了幾種用戶對時間準(zhǔn)確度的需求。盡管不起工作進(jìn)行精確測量而散布于各地的儀表網(wǎng)絡(luò),需要少用戶要求較高的時間準(zhǔn)確度在GPS現(xiàn)代化后均能夠精確定時來保證各個節(jié)點上儀表的同步作業(yè),以此完成滿足他們的需要,此外據(jù)預(yù)計2013年的在軌運行導(dǎo)航整個網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)操作,例如地震監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)就需要精確定衛(wèi)星將達(dá)到90顆而到2019年則多達(dá)140顆導(dǎo)航衛(wèi)星在時,以便研究人員能夠迅速找到地震和其他地震活動的空飛行:如此之多的導(dǎo)航衛(wèi)星筆者深信.GNSS定時能震中GPS定時能夠給這種需求提供了有力保障夠完全滿足不同用戶所需要的時間準(zhǔn)確度。此外,本文對電力公司和能源設(shè)施對時間和頻率有最嚴(yán)格的要求GPS定時原理與方法的論述,完全適合GNS定時而不以便能夠有效地傳送和分配動力確保系統(tǒng)的安全運行予贅述。因此需要在很大范圍內(nèi)實現(xiàn)較高精度的時間同步。GPS表4部分用戶要求時間的準(zhǔn)確讀定時具有全球覆蓋、全天候,高精度的特點,是電力系統(tǒng)大地相對論天文和能源設(shè)施理想的時間同步方式.采用GPS定時,可實現(xiàn)+2-可整個電網(wǎng)高精度的時間同步實現(xiàn)同步相位測量,運行穩(wěn)定性判斷故障定位、高可靠性的電流縱差保護(hù)、繼電GPS精確定時,為現(xiàn)代的世界經(jīng)濟(jì)活動提供了強力支保護(hù)等,從而提高電力網(wǎng)絡(luò)運行的穩(wěn)定性可靠性和安全持。網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為現(xiàn)代金融業(yè)的重要基礎(chǔ)。以銀行和證券性。將GPS時間同步設(shè)備安裝在發(fā)電廠和分電站上,通過業(yè)為例,基于網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)已經(jīng)成為銀行和證券服務(wù)最為分析電力事故在電網(wǎng)傳播的精確時間.工程師們可以追查重要的手段,可以異地存取的銀行卡可以跨行取款的銀到斷電的確切地點聯(lián)卡,可以實時了解、跟蹤、交易的證券系統(tǒng).沒有現(xiàn)代網(wǎng)近日,從互聯(lián)網(wǎng)上讀到2012年3月26日的一篇題為絡(luò)技術(shù),這一切都是不可能實現(xiàn)的?？梢哉f沒有網(wǎng)絡(luò),就GPS授時系統(tǒng)在電視播出系統(tǒng)的應(yīng)用”文章,得知GPS沒有現(xiàn)在的金融體系與現(xiàn)代金融服務(wù)然而在網(wǎng)絡(luò)條件定時已在傳統(tǒng)的電視播出向數(shù)字化播出升級中得到了廣下的金融服務(wù)體系中時間同步是至關(guān)重要的它是網(wǎng)泛的應(yīng)用該文詳細(xì)地論述它的硬件設(shè)計與應(yīng)用它在電絡(luò)條件下金融服務(wù)最為重要的基礎(chǔ)之一GPS定時已經(jīng)成視臺全硬盤播出系統(tǒng)中采用GPS定時作為播出系統(tǒng)精為現(xiàn)代金融體系實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)時間同步的重要手段,是保證確的時間基準(zhǔn)實時地調(diào)整系統(tǒng)時鐘。其定時精度優(yōu)于現(xiàn)代金融系統(tǒng)安全運行的重要基礎(chǔ),如果沒有GPS定時±1,以此取代了cCTV場逆程授時信號進(jìn)而很好地解提供的準(zhǔn)確時間同步現(xiàn)代金融體系的安全運行將受到嚴(yán)決了下述問題:各頻道臺標(biāo)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)北京時間的顯示,各頻重威脅從而威脅國家的金融安全,威脅國家的經(jīng)濟(jì)安全{道電視節(jié)目的準(zhǔn)點播出,硬盤播出系統(tǒng)的系統(tǒng)時間同步與發(fā)展。DVB播出系統(tǒng)的系統(tǒng)時間同步新聞直播時間同步乃至通信業(yè)務(wù)所涉及的安全,認(rèn)證和計費等都是以一個全臺的標(biāo)準(zhǔn)時間同步共同的標(biāo)志時間為基礎(chǔ)的,即,需要精確的“時間”和無線電話和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)利用GPS定時能夠使所有的基時間同步”。高精度高可靠和低成本的GPS定時是地站完全同步,致使許多手機(jī)更有效地分享有限的無線電現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)獲取精確的時間和時間同步”的重要頻譜:同樣,數(shù)字式廣播服務(wù)用GPS定時能夠保證所有電手段,是保證電信網(wǎng)絡(luò)的正常運行、提高網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量臺的信號同步傳播到收音機(jī)以致聽眾在換臺時減少了時和增強網(wǎng)絡(luò)功能的基石。目前,我國的通信網(wǎng)絡(luò)多采用間延遲。4級時鐘(銫原子鐘、銣原子鐘、高穩(wěn)晶體鐘和普通晶體值得特別注意的是,隨著超大規(guī)模集成電路和數(shù)字鐘)分級作時間同步但是,隨著電信技術(shù)的發(fā)展,通信信號處理技術(shù)的發(fā)展,原來分立式電子元件研制而成的網(wǎng)絡(luò)的時間同步精度要求也就越來越高分級時間同步GPS信號接收機(jī)被芯片式所取代,使得現(xiàn)行GPS信號接的方法已經(jīng)不能滿足要求,GPS定時將為我國通信網(wǎng)絡(luò)收機(jī)的體積小重量輕功耗低性能高成本少例如的時間同步提供定時準(zhǔn)確度為士1ns-±10ns的優(yōu)質(zhì)高{原來重達(dá)2kg左右的天線單元,僅我國研制成功的GPS四效服務(wù)。臂陶瓷螺旋天線就只有一粒黃豆大(6.0m世界各處的公司利用GPS定時來為商業(yè)交易做時間又如,瑞士u-b1ox公司在一塊面積比指甲蓋還要小的標(biāo)記,提供一致的和準(zhǔn)確的方法來保存記錄并確保能夠5mmx6mmx1.1mm的印刷電路板(PCB)上,集成了追蹤。主要的投資銀行用GPS定時來使其遍布世界的電一臺完整的GPS信號接收機(jī),它能夠在GPS信號強度僅腦網(wǎng)絡(luò)同步大小企業(yè)都在使用GPS定時追蹤更新和管為-162dBmw理全球范圍顧客網(wǎng)的多重交易的自動化系統(tǒng)只能夠觀測中國煤化工定位,即使時間測定。因儀表是又一個需要應(yīng)用GPS精確定時的領(lǐng)域。必須此,GPS定時CNMHG58DIGITCW2ot