Navigation Lectures導(dǎo)航講座GPS定時(shí)及其應(yīng)用武漢大學(xué)測(cè)繪學(xué)院劉基余有效地利用有限的無(wú)線(xiàn)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(shí)間標(biāo)記成為可能了時(shí)間準(zhǔn)確的重要性:GPS定時(shí),能夠?yàn)槲覀兲峁┖?jiǎn)便而高精度通過(guò)“共視定時(shí)"技術(shù)使國(guó)家實(shí)驗(yàn)室之間能夠傳遞高精度的定時(shí)測(cè)量,本文簡(jiǎn)論了GPS定時(shí)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(shí)間:甚至采用GPS定時(shí)作為電視播出系統(tǒng)精確的時(shí)間【關(guān)鍵詞】基準(zhǔn),實(shí)時(shí)地調(diào)整系統(tǒng)時(shí)鐘。本文簡(jiǎn)要論述GPS定時(shí)的原GPS信號(hào)協(xié)調(diào)世界時(shí)共視定時(shí)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(hào)是一種可供無(wú)數(shù)用幾種時(shí)間系統(tǒng)的簡(jiǎn)要表述戶(hù)共享的空間信息資源。陸地、海洋和空間的廣大用戶(hù)只要持有一種能夠接收.跟蹤、變換和測(cè)量GPS信號(hào)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(guó)際標(biāo)收機(jī).就可以全天候全天時(shí)和全球性地測(cè)量運(yùn)動(dòng)載體準(zhǔn)時(shí)間—協(xié)調(diào)世界時(shí)。但是它涉及基于地球自轉(zhuǎn)得出的“世界時(shí)”和基于原子振蕩周期確定的原子時(shí)”,現(xiàn)對(duì)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(shí)間不過(guò)“時(shí)間”存在著“時(shí)刻和“時(shí)間間隔”之分?！皶r(shí)刻它們做簡(jiǎn)要介紹。被定義為發(fā)生某一事件的瞬間,現(xiàn)代均用“時(shí)元”(也稱(chēng)1.世界時(shí)為歷元,英文為 epoch)稱(chēng)呼之,特別是在GNSS衛(wèi)星導(dǎo)航世界時(shí)(UT. Universal Time)也稱(chēng)為格林尼治平領(lǐng)域,大家均用時(shí)元“代替時(shí)刻之稱(chēng)、例如,在時(shí)元}時(shí),它是地理經(jīng)度0處平子午圈起算的平大陽(yáng)時(shí),世界時(shí)2012.0518.11703(Sec)于武漢一個(gè)測(cè)站上測(cè)得的至第五與恒星時(shí)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(shí)間間隔則被定義為發(fā)生某一事件所經(jīng)歷的過(guò)程,它是這一過(guò)程測(cè)定的時(shí)間。由于它的均勻性已能達(dá)到103s左右,長(zhǎng)期以來(lái),人們認(rèn)為它是一種均勻的時(shí)間。但是.隨著石英鐘精始終的時(shí)元之差,例如,中央電視臺(tái)新聞聯(lián)播的“時(shí)間間度(可達(dá)10"s)和觀(guān)測(cè)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(jiàn).定時(shí)有著廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域,從日不均勻,因而由它確定的時(shí)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(shí)間準(zhǔn)確的重要性。GPS定時(shí),能夠?yàn)槲覀兲峁┖?jiǎn)便而高精度的定時(shí)測(cè)量用戶(hù)能夠以萬(wàn)億分之一秒的精確度(1)長(zhǎng)期變化測(cè)定時(shí)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(shí)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(guó)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(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)更度長(zhǎng)期逐漸變慢.導(dǎo)致CNMHGS2012.08數(shù)畫(huà)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(bào)》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(dòng)因而使地以?xún)?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(shí)有下列關(guān)系慢.秋季自轉(zhuǎn)速度變快。一年里平太陽(yáng)日的長(zhǎng)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(jiàn),在求得△和△Ts后,三種世界時(shí)即可互相換算不規(guī)則變化是地球內(nèi)部物質(zhì)移動(dòng)等原因所產(chǎn)生的,它盡管世界時(shí)作了上述改正,但UT2世界時(shí)仍然包含著使得地球自轉(zhuǎn)速度時(shí)而加快時(shí)而變慢導(dǎo)致一年內(nèi)可能地球自轉(zhuǎn)速度的長(zhǎng)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(zhǎng)仍舊是不均勻的.而需尋求均勻而高精度的時(shí)間系統(tǒng)。在長(zhǎng)期、季節(jié)和不規(guī)則等三種變化中長(zhǎng)期變化不太顯2.原子時(shí)著.只在長(zhǎng)期的積累后才產(chǎn)生影響,所以不是主要的問(wèn)題。而不規(guī)則變化影響則比較大,且不能預(yù)先估計(jì).這是難以原子時(shí)(AT. atomic time).是利用原子內(nèi)部的電子解決的主要問(wèn)題,季節(jié)變化也相當(dāng)大,但每年的變化相當(dāng)在能級(jí)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(yàn)公式推算而得此外測(cè)定世界時(shí)由立起來(lái)的一種時(shí)間系統(tǒng)。由于世界時(shí)和歷書(shū)時(shí)都是以地于地極移動(dòng)使瞬時(shí)子午圈發(fā)生變化因而也影響世界時(shí)球自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)為標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間系統(tǒng),它們的均勻性和精確度的均勻性,世界時(shí)的不均勻性,導(dǎo)致了每時(shí)每分每秒的長(zhǎng)都不能滿(mǎn)足高精度時(shí)間部門(mén)的需要因此迫使人們由宏度也不均勻影響天體動(dòng)力學(xué)衛(wèi)星大地測(cè)量學(xué)電子學(xué)和觀(guān)世界的地球運(yùn)動(dòng)規(guī)律轉(zhuǎn)向微觀(guān)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(mén)的使用因此,1955年9月.運(yùn)動(dòng)規(guī)律來(lái)解決時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)在愛(ài)爾蘭都柏林會(huì)議上決定在世界時(shí)為了解決世界時(shí)和歷書(shū)時(shí)秒長(zhǎng)的不均勻性和高精度中加入不同的改正,將世界時(shí)劃分為UTUT1,UT2三種不夠高等問(wèn)題,1967年第13屆國(guó)際計(jì)量委員會(huì)引入了原類(lèi)型,并于1956年1月1日開(kāi)始在全世界使用。子時(shí)系統(tǒng),并通過(guò)了新的國(guó)際單位制(S1)的原子時(shí)秒長(zhǎng)(1UTo世界時(shí)它是由天文觀(guān)測(cè)天體直接測(cè)定的世的定義:位于海平面上的銫原子133C)在基態(tài)時(shí)的兩界時(shí)是以觀(guān)測(cè)臺(tái)站的瞬時(shí)子午圈為基準(zhǔn)而測(cè)定的它既包個(gè)超精細(xì)結(jié)構(gòu)的能級(jí)在零磁場(chǎng)中躍遷輻射時(shí)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(dòng)所產(chǎn)生的出來(lái)的電磁振蕩9192631770周所持續(xù)的時(shí)間為1個(gè)原子影響。所以1955年以前使用的世界時(shí)都屬于UT0世界時(shí)。時(shí)秒。這一秒長(zhǎng)在當(dāng)時(shí)基本上與歷書(shū)時(shí)的秒長(zhǎng)相等。這種(2)UT1世界時(shí),在UT0世界時(shí)中加入觀(guān)測(cè)瞬間地基于原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)所建立起來(lái)的原子時(shí)秒比基于地球自極移動(dòng)的改正數(shù)△λ,就可得到UT世界時(shí),即轉(zhuǎn)或公轉(zhuǎn)所建立起來(lái)的世界時(shí)或歷書(shū)時(shí)秒長(zhǎng)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(guān)測(cè)瞬間的瞬時(shí)地極相對(duì)于平均地極(CIO采用激發(fā)器使原子能級(jí)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(jì)時(shí)器稱(chēng)為原子鐘。常用q為觀(guān)測(cè)臺(tái)站的經(jīng)緯度東經(jīng)為正:X,Y為觀(guān)測(cè)瞬間的的原子鐘有銫鐘氫鐘和銣鐘等國(guó)際上以銫鐘作為國(guó)際極移參數(shù)可在我國(guó)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(gè)能級(jí)數(shù)公報(bào)》及國(guó)際時(shí)間局出版的簡(jiǎn)報(bào)B."D”中查得間跳躍時(shí)輻射出來(lái)的電磁波作為標(biāo)準(zhǔn),去控制和校準(zhǔn)電子我國(guó)上海天文臺(tái)播發(fā)的BPV,XSG.BPV3時(shí)號(hào)以振蕩器,進(jìn)而控制鐘的走動(dòng),這種鐘的穩(wěn)定程度很高最陜西天文臺(tái)播發(fā)的BPM時(shí)號(hào)就是用UT為基準(zhǔn)播發(fā)的好的銫原子鐘達(dá)到500萬(wàn)年才相差1秒。目前,國(guó)內(nèi)外已有幾十個(gè)天文臺(tái)和實(shí)驗(yàn)室使用原子鐘組成的鐘組來(lái)計(jì)時(shí)。國(guó)際(3)UT2世界時(shí)。在UT中加入地球自轉(zhuǎn)速度季節(jié)性時(shí)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(shí),即個(gè)國(guó)家的幾十個(gè)原子鐘組的原子時(shí)經(jīng)過(guò)加權(quán)平均后,組成UT2=UT1+△Ts國(guó)際原子時(shí)(TAI).作為國(guó)際上使用的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn),并選定式中,△Ts=asin2xt+bco32rt+csin4xt+dcos4x.△Ts1958年1月0日世界時(shí)UT2000作為國(guó)際原子時(shí)的起點(diǎn)是觀(guān)測(cè)瞬間的季節(jié)性改正國(guó)際時(shí)間局根據(jù)1967-1969年使TA1與UT3相中國(guó)煤化工UT2。但是.事間全世界的天文觀(guān)測(cè)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(kāi)始采用原子時(shí)不是世CNMHG039s(即提前了54 DIGITCWNavigation Lectures導(dǎo)航講座00039s),故在該起點(diǎn)的TA=UT2-0.0039s。但是,各個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)所采用的協(xié)調(diào)世界時(shí),是國(guó)際原子時(shí)是由原子鐘提供的可以隨時(shí)隨地迅速得由其研發(fā)國(guó)家的天文臺(tái)測(cè)定的而存在微小差異例如到,而且可以長(zhǎng)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(shí)間標(biāo)準(zhǔn)。所以,規(guī)定1972年1月1日開(kāi)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(shí)(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(shí)間系統(tǒng)是北斗時(shí)(BDT. BeidouTime),其應(yīng)用的時(shí)間,都是以原子時(shí)為基準(zhǔn)的時(shí)間。秒長(zhǎng)取為國(guó)際單位制SI秒.起算時(shí)元為2006年1月1日0時(shí)0分0秒?yún)f(xié)調(diào)世界時(shí)(UTC).BDT是一種連續(xù)時(shí)間的時(shí)間尺3.協(xié)調(diào)世界時(shí)度,通過(guò)設(shè)在中國(guó)科學(xué)院國(guó)家時(shí)間服務(wù)中心(NTSC)的標(biāo)協(xié)調(diào)世界時(shí)(UTC. Universal Time Coordinated校站作BDT與UTC(NTSC)的時(shí)間比對(duì),從而將BDT溯是秒長(zhǎng)按原子時(shí)秒長(zhǎng)計(jì)量的但在時(shí)刻上盡量與世界時(shí)源到UC(NTSC,BDT與UTc(NTSC)的偏差保持在取得一致的一種時(shí)間系統(tǒng)。原子時(shí)是高精度、高穩(wěn)定的100ns以?xún)?nèi)。BDT的時(shí)間系統(tǒng)與GPS時(shí)一樣無(wú)閏秒。BDT與時(shí)間系統(tǒng)能滿(mǎn)足需要高精度時(shí)間部門(mén)的要求。在1967國(guó)際原子時(shí)(TA存在3的偏差,即BDT+3TA1:北年定義原子時(shí)秒長(zhǎng)時(shí),它與世界時(shí)的秒長(zhǎng)十分接近,基斗時(shí)與中國(guó)軍用時(shí)頻中心(CMTC)的時(shí)間進(jìn)行了比對(duì),得本上與歷書(shū)時(shí)的秒長(zhǎng)相一致。但是,由于地球自轉(zhuǎn)的長(zhǎng)期知BDT相對(duì)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(shí)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(guó)界時(shí)的秒長(zhǎng)比原子時(shí)的秒長(zhǎng)約長(zhǎng)35×10°s,即每天約長(zhǎng)TC(PTB),英國(guó)UTC(NPL)和意大利UTC(EN)等歐0.003024s,每年約長(zhǎng)1s左右。這樣自1958年1月1日起算洲國(guó)家多個(gè)UTC實(shí)驗(yàn)室的UTC平均值,記作UTC(K)點(diǎn)開(kāi)始,原子時(shí)與世界時(shí)的時(shí)元之差會(huì)隨著年月的增加表1幾種時(shí)系的時(shí)日之例時(shí)統(tǒng)名稱(chēng)越積越大。若干年以后,原子時(shí)午正與實(shí)際的世界時(shí)午正也就會(huì)越差越大。這樣就會(huì)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(cè)量、天文導(dǎo)航以及研究地球自轉(zhuǎn)等部門(mén)的GPs2001109131613周564561周期058星期6需要。所以.在1970年第12屆國(guó)際無(wú)線(xiàn)電咨詢(xún)委員會(huì)和第Loran-C|20012190149GR99046m下個(gè)oc0921303UTC14屆國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)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(shí)間系統(tǒng)—協(xié)調(diào)世界時(shí)(UTC)。協(xié)調(diào)世界時(shí)的秒長(zhǎng)嚴(yán)格等于原子時(shí)的秒長(zhǎng),并采用“跳秒”調(diào)整GPS定時(shí)方法的方法,使協(xié)調(diào)世界時(shí)的時(shí)元和世界時(shí)(UT1)時(shí)元之差保持在±0.9s(1974年之前規(guī)定為±0.7s)以?xún)?nèi)。跳秒調(diào)GPS衛(wèi)星都安設(shè)有四臺(tái)時(shí)鐘,一般為兩臺(tái)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(tái)銫原子鐘,也有用氫原子鐘的但僅用一臺(tái)原秒上增加一秒稱(chēng)為正跳秒”(或日正閏秒),減去1秒子鐘作為時(shí)間標(biāo)準(zhǔn),余者備用。GPS時(shí)間受到美國(guó)海軍稱(chēng)為“負(fù)跳秒”(或曰負(fù)閏秒)。具體調(diào)整日期由國(guó)際時(shí)間天文臺(tái)(USNO)經(jīng)常性的監(jiān)測(cè),可用來(lái)導(dǎo)出協(xié)調(diào)世界時(shí)局(BIH)在兩個(gè)月之前預(yù)先通知各國(guó)授時(shí)臺(tái)、站。例如UTC)。GPS系統(tǒng)的地面主控站能夠以?xún)?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(shí)間和UTC(USNO)之差保持在±1ps以?xún)?nèi)。目即61s后才開(kāi)始1988年1月1日的000:顯然,1987年12月前的監(jiān)測(cè)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(zhǎng)不是86400s.而是86401s。如果是負(fù)跳指標(biāo)要好一些。用GPS時(shí)間推算出來(lái)的UTC(USNO.導(dǎo)秒則在該曰239°60上減去1s即59s之后才開(kāi)始下月1電文的第4子幀第18頁(yè)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(zhǎng)只有86399。2012年閏秒優(yōu)于±100ns的精度。此外.GPS衛(wèi)星還向用戶(hù)播發(fā)它自己是協(xié)調(diào)世界時(shí)自1972年問(wèn)世以來(lái)的因地球自轉(zhuǎn)變慢而產(chǎn)的鐘差鐘速和鐘漂等3種時(shí)鐘參數(shù)(導(dǎo)航電文的第子幀生的第25次閏秒。國(guó)際地球自轉(zhuǎn)服務(wù)組織(IERS)宣布提供).加之利用GPS信號(hào)可以測(cè)得站址的精確位置.因在協(xié)調(diào)世界時(shí)的時(shí)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(hù)無(wú)限的時(shí)間信號(hào)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(shí)間比對(duì)。天的0000:00;相對(duì)于北京時(shí)間.也就是7月1日07:59:59當(dāng)利用GPS信號(hào)進(jìn)行時(shí)間傳遞時(shí),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(guò)跳秒后.便可保持 UTI-UTC<±0.9s。自(1)一站單機(jī)定中國(guó)煤化工上,用前,世界各國(guó)以及我國(guó)國(guó)家時(shí)間服務(wù)中心(NTSC)都是臺(tái)GPS信號(hào)接收機(jī)戶(hù)時(shí)播發(fā)協(xié)調(diào)世界時(shí)。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(duì)定時(shí)法。在兩個(gè)測(cè)站上各安設(shè)一臺(tái)初相的發(fā)射時(shí)刻TGPS信號(hào)接收機(jī),在相同的時(shí)間內(nèi),觀(guān)測(cè)同一顆GPS衛(wèi)⊙依據(jù)第一數(shù)據(jù)塊的衛(wèi)星時(shí)鐘改正系數(shù)算得衛(wèi)星時(shí)星.而測(cè)定用戶(hù)時(shí)鐘的偏差鐘偏差△T現(xiàn)在,我們首先論述一站單機(jī)定時(shí)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(shí)延r在用GPS信號(hào)傳遞時(shí)間時(shí),存在3種時(shí)間尺度(時(shí)標(biāo)⊙根據(jù)第二數(shù)據(jù)塊的星歷參數(shù)算得在T時(shí)的衛(wèi)星是GPS時(shí)間,它是統(tǒng)一所有GPS衛(wèi)星時(shí)鐘的“理想”時(shí)間位置。尺度:二是每顆GPS衛(wèi)星的時(shí)鐘:三是用戶(hù)時(shí)鐘。GPS定⊙按照已知的用戶(hù)位置(若不知道,可先定位,后定時(shí)的目的在于測(cè)定用戶(hù)時(shí)鐘相對(duì)于GPS時(shí)間的偏差,并時(shí))和所計(jì)算的衛(wèi)星位置,算得GPS信號(hào)從衛(wèi)星依據(jù)GPS衛(wèi)星導(dǎo)航電文第4子幀的第18頁(yè)所給出的有關(guān)參到達(dá)用戶(hù)天線(xiàn)的傳播時(shí)間t數(shù),計(jì)算出協(xié)調(diào)世界時(shí)( UTC-USNO)。此處只討論用戶(hù)⊙根據(jù)測(cè)得的偽距P,算得相應(yīng)的傳播時(shí)間t,進(jìn)而時(shí)鐘偏差的測(cè)定。求出用戶(hù)時(shí)鐘偏差△T"。GPS時(shí)間傳遞,實(shí)質(zhì)上是測(cè)量GPS信號(hào)從衛(wèi)星到達(dá)用當(dāng)它為正值時(shí),表示用戶(hù)時(shí)間超前(快)于GPS時(shí)間戶(hù)的傳播時(shí)間。某顆GPS衛(wèi)星在T時(shí)刻發(fā)射GPS信號(hào)初當(dāng)△T為負(fù)值時(shí),表示用戶(hù)時(shí)間落后(慢)于GPS時(shí)間。相通過(guò)電離層和對(duì)流層而到達(dá)用戶(hù)接收天線(xiàn)的時(shí)刻若些定時(shí)型GPS信號(hào)接收機(jī)顯示和輸出的數(shù)據(jù)就是用戶(hù)時(shí)為T(mén),則GPS信號(hào)的傳播時(shí)間為鐘偏差,甚至可給出相對(duì)于UTC(USNO)的時(shí)間偏差,并T3+1不要求人工按式(4)逐一計(jì)算。近年來(lái),芯片式GPs信號(hào)式中,t為GPS信號(hào)因電離層對(duì)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(shí)更為簡(jiǎn)便它將“自動(dòng)附加時(shí)延。GPS信號(hào)的發(fā)射時(shí)刻T可從導(dǎo)航電文每一個(gè)地把用戶(hù)時(shí)鐘校正到GPS時(shí)系,保持著高度的時(shí)間準(zhǔn)確子幀的計(jì)數(shù)解得。從圖1可見(jiàn),T相對(duì)于GPS時(shí)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(hào)的跟蹤測(cè)量.這將為GNSS定時(shí)開(kāi)創(chuàng)新局面。mnnn口一般而言Gs用戶(hù)位置是待定的在此條件下的GPS定時(shí)可以按下述方法予以解決:依筆者在《GPS衛(wèi)2Ps系統(tǒng)時(shí)間ainhnnnhnln星導(dǎo)航定位原理與方法》一書(shū)的論述,可知用第j顆GPS衛(wèi)星測(cè)得的偽距可寫(xiě)為3Ps用戶(hù)時(shí)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(shí)元t的三圖!GPS單站單機(jī)定時(shí)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(shí)知數(shù):x(0,YO)20為用戶(hù)的GPS信號(hào)接收天線(xiàn)在時(shí)間表述的GPS信號(hào)發(fā)射時(shí)刻用GPS時(shí)間表述的GP信號(hào)元t的三維坐標(biāo),這是待求解的未知數(shù),此外還有一個(gè)接到達(dá)時(shí)收機(jī)鐘差dT是待求解的未知數(shù)。由此可見(jiàn),當(dāng)同時(shí)觀(guān)測(cè)了Ta=T+△T4顆以上GPS衛(wèi)星時(shí),單站單機(jī)定時(shí)法,就可以在不知測(cè)考慮到式(1),則知GPS信號(hào)接收機(jī)所測(cè)得的傳播時(shí)間站坐標(biāo)的情況下用式(5)解算而得:即采用同時(shí)測(cè)得測(cè)t=T2-T+△T-4T:+t=t4+△T-△T+r(3)站坐標(biāo)和用戶(hù)時(shí)鐘偏差的方法。這是廣大用戶(hù)所應(yīng)用的式中,t=T-T,它是GPS信號(hào)的實(shí)際傳播時(shí)間而GPS定時(shí)法.但是,必須采用碼接收機(jī)用戶(hù)時(shí)鐘偏差為圖2所示的單顆GPS衛(wèi)星共視定時(shí)法,是目前用GPS△T=ta-ta+△T-t(4信號(hào)傳遞時(shí)間的主要方法。實(shí)驗(yàn)表明,兩個(gè)測(cè)站共同見(jiàn)到式(4)即為單站單機(jī)的定時(shí)方程式同一顆衛(wèi)星的時(shí)間前后相差20分鐘以?xún)?nèi)時(shí),定時(shí)準(zhǔn)確度無(wú)顯著差別,換言之,兩個(gè)測(cè)站觀(guān)測(cè)同一顆的同步性要求綜上可見(jiàn)當(dāng)GPS信號(hào)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(gè)參數(shù)中國(guó)煤化工致單星共視定時(shí)法獲得了⊙依據(jù)每一個(gè)子幀的轉(zhuǎn)換碼(HOw)獲得GPs信號(hào)}測(cè)得的用戶(hù)CNMHGB兩個(gè)測(cè)站所56 DIGITCW201208Navigation Lectures導(dǎo)航講座△Ta"=ta-ta+△T-t(詳見(jiàn)筆者的《GPS衛(wèi)星導(dǎo)航定位原理與方法》一書(shū))?！鱐2=ta2-t2+△T-t2式(6)中的各符號(hào)意義和式(4)相同,僅下標(biāo)1.2分第一子幀(GPS星期時(shí)第二、三子幀第四子賴(lài)第18頁(yè)間TOW和星鐘參數(shù)A別表示測(cè)站A,B。通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸而將測(cè)站A的用戶(hù)鐘差(GPS衛(wèi)星歷)面(UTc參數(shù))送到測(cè)站B.故知兩個(gè)用戶(hù)的鐘差為衛(wèi)星時(shí)鐘衛(wèi)星在軌位置和8T"△T2-△T"=(ta-t1)-(t2-ta1)-(2-t)(7)改正△t相對(duì)效應(yīng)改正△tTOWv站星距離衛(wèi)星↓GPsGPs信號(hào)接收 UTC UTC輸出時(shí)間機(jī)的GPS時(shí)間上氣時(shí)間圖3GPS時(shí)間歸化為UTC時(shí)間的流程較之傳統(tǒng)的時(shí)間傳遞方法(如羅蘭C法).用GPS信號(hào)傳遞時(shí)間的優(yōu)點(diǎn)是,設(shè)備簡(jiǎn)單輕便,價(jià)格/精度比低廉,能夠全球性、全天候和連續(xù)不斷地傳遞時(shí)間.而定時(shí)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(shí)法載波相位測(cè)量作時(shí)間傳遞時(shí)可以達(dá)到±1ns的定時(shí)準(zhǔn)確表2機(jī)載GPS測(cè)定的俄制米171型直升飛機(jī)七維狀態(tài)參數(shù)度。這是因?yàn)槊款wGPS工作衛(wèi)星都裝備了高GPS時(shí)元TC時(shí)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(guò),GPS工作衛(wèi)星一般都安設(shè)了兩4358589992003846.99920029572049910000合鎖原子鐘和兩臺(tái)銫原子鐘GPS衛(wèi)星雖然4358609003809000941981418454159000008060送幾種不同頻率的信號(hào)但是,它們均源比照式(4)可知,共視比對(duì)時(shí),消除了GPS衛(wèi)星的時(shí)于同一個(gè)基準(zhǔn)信號(hào)(其頻率為1023MHz),所以只需啟用鐘偏差(△T5)。上文論及,實(shí)際傳播時(shí)間t,t是依據(jù)測(cè)一臺(tái)原子鐘(銣鐘或銫鐘).其他三臺(tái)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(shí)鐘,實(shí)驗(yàn)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(wàn)年僅差ls(詳如表若其值為△t,則有3所示),甚至3百萬(wàn)年僅差1s:這樣,GPS定時(shí)用戶(hù)就能夠ta1=Td+△tta2=Ta2+△t8)獲得毫微秒量級(jí)的時(shí)間測(cè)量精度故知共視用戶(hù)的鐘差為表3衛(wèi)星時(shí)鐘的穩(wěn)定性6T△T2-△T"=(t2-t)-(Ta-Ta)-(2-t)(9)時(shí)鐘頻率(H2)每日穩(wěn)定度(△鐘差1e的所需時(shí)間可見(jiàn),共視定時(shí)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(shí)精度00042040575130000000年如果需要更高精度的GPS定時(shí),可以采用GPS載波相位測(cè)量定時(shí)實(shí)用表明,它能夠達(dá)到±lns的定時(shí)精度。不過(guò)因此,目前國(guó)際上已有幾十個(gè)廠(chǎng)家生產(chǎn)著專(zhuān)用于時(shí)間GPS載波相位測(cè)量定時(shí)一般用于三維位置、三維速度和時(shí)和頻率測(cè)量的GPS信號(hào)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(cè)量與三維姿態(tài)參數(shù)測(cè)量例如,用機(jī)載GPS測(cè)量在航飛行對(duì)地觀(guān)測(cè)飛機(jī)的7維狀態(tài)參數(shù).表2是一個(gè)機(jī)GPS定時(shí)載GPS測(cè)量之例:由此可見(jiàn),它不僅給出了GPS時(shí)元,而且中國(guó)煤化工給出了相應(yīng)的UTC時(shí)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(hù)對(duì)時(shí)間準(zhǔn)確度的需求。盡管不起工作進(jìn)行精確測(cè)量而散布于各地的儀表網(wǎng)絡(luò),需要少用戶(hù)要求較高的時(shí)間準(zhǔn)確度在GPS現(xiàn)代化后均能夠精確定時(shí)來(lái)保證各個(gè)節(jié)點(diǎn)上儀表的同步作業(yè),以此完成滿(mǎn)足他們的需要,此外據(jù)預(yù)計(jì)2013年的在軌運(yùn)行導(dǎo)航整個(gè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)操作,例如地震監(jiān)測(cè)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(shí),以便研究人員能夠迅速找到地震和其他地震活動(dòng)的空飛行:如此之多的導(dǎo)航衛(wèi)星筆者深信.GNSS定時(shí)能震中GPS定時(shí)能夠給這種需求提供了有力保障夠完全滿(mǎn)足不同用戶(hù)所需要的時(shí)間準(zhǔn)確度。此外,本文對(duì)電力公司和能源設(shè)施對(duì)時(shí)間和頻率有最嚴(yán)格的要求GPS定時(shí)原理與方法的論述,完全適合GNS定時(shí)而不以便能夠有效地傳送和分配動(dòng)力確保系統(tǒng)的安全運(yùn)行予贅述。因此需要在很大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)較高精度的時(shí)間同步。GPS表4部分用戶(hù)要求時(shí)間的準(zhǔn)確讀定時(shí)具有全球覆蓋、全天候,高精度的特點(diǎn),是電力系統(tǒng)大地相對(duì)論天文和能源設(shè)施理想的時(shí)間同步方式.采用GPS定時(shí),可實(shí)現(xiàn)+2-可整個(gè)電網(wǎng)高精度的時(shí)間同步實(shí)現(xiàn)同步相位測(cè)量,運(yùn)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(shí),為現(xiàn)代的世界經(jīng)濟(jì)活動(dòng)提供了強(qiáng)力支保護(hù)等,從而提高電力網(wǎng)絡(luò)運(yùn)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(shí)間同步設(shè)備安裝在發(fā)電廠(chǎng)和分電站上,通過(guò)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(shí)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(diǎn)聯(lián)卡,可以實(shí)時(shí)了解、跟蹤、交易的證券系統(tǒng).沒(méi)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(shí)現(xiàn)的?？梢哉f(shuō)沒(méi)有網(wǎng)絡(luò),就GPS授時(shí)系統(tǒng)在電視播出系統(tǒng)的應(yīng)用”文章,得知GPS沒(méi)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(shí)已在傳統(tǒng)的電視播出向數(shù)字化播出升級(jí)中得到了廣下的金融服務(wù)體系中時(shí)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(jì)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(shí)已經(jīng)成視臺(tái)全硬盤(pán)播出系統(tǒng)中采用GPS定時(shí)作為播出系統(tǒng)精為現(xiàn)代金融體系實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步的重要手段,是保證確的時(shí)間基準(zhǔn)實(shí)時(shí)地調(diào)整系統(tǒng)時(shí)鐘。其定時(shí)精度優(yōu)于現(xiàn)代金融系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要基礎(chǔ),如果沒(méi)有GPS定時(shí)±1,以此取代了cCTV場(chǎng)逆程授時(shí)信號(hào)進(jìn)而很好地解提供的準(zhǔn)確時(shí)間同步現(xiàn)代金融體系的安全運(yùn)行將受到嚴(yán)決了下述問(wèn)題:各頻道臺(tái)標(biāo)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)北京時(shí)間的顯示,各頻重威脅從而威脅國(guó)家的金融安全,威脅國(guó)家的經(jīng)濟(jì)安全{道電視節(jié)目的準(zhǔn)點(diǎn)播出,硬盤(pán)播出系統(tǒng)的系統(tǒng)時(shí)間同步與發(fā)展。DVB播出系統(tǒng)的系統(tǒng)時(shí)間同步新聞直播時(shí)間同步乃至通信業(yè)務(wù)所涉及的安全,認(rèn)證和計(jì)費(fèi)等都是以一個(gè)全臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間同步共同的標(biāo)志時(shí)間為基礎(chǔ)的,即,需要精確的“時(shí)間”和無(wú)線(xiàn)電話(huà)和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)利用GPS定時(shí)能夠使所有的基時(shí)間同步”。高精度高可靠和低成本的GPS定時(shí)是地站完全同步,致使許多手機(jī)更有效地分享有限的無(wú)線(xiàn)電現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)獲取精確的時(shí)間和時(shí)間同步”的重要頻譜:同樣,數(shù)字式廣播服務(wù)用GPS定時(shí)能夠保證所有電手段,是保證電信網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行、提高網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量臺(tái)的信號(hào)同步傳播到收音機(jī)以致聽(tīng)眾在換臺(tái)時(shí)減少了時(shí)和增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)功能的基石。目前,我國(guó)的通信網(wǎng)絡(luò)多采用間延遲。4級(jí)時(shí)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(jí)作時(shí)間同步但是,隨著電信技術(shù)的發(fā)展,通信信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展,原來(lái)分立式電子元件研制而成的網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間同步精度要求也就越來(lái)越高分級(jí)時(shí)間同步GPS信號(hào)接收機(jī)被芯片式所取代,使得現(xiàn)行GPS信號(hào)接的方法已經(jīng)不能滿(mǎn)足要求,GPS定時(shí)將為我國(guó)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(shí)間同步提供定時(shí)準(zhǔn)確度為士1ns-±10ns的優(yōu)質(zhì)高{原來(lái)重達(dá)2kg左右的天線(xiàn)單元,僅我國(guó)研制成功的GPS四效服務(wù)。臂陶瓷螺旋天線(xiàn)就只有一粒黃豆大(6.0m世界各處的公司利用GPS定時(shí)來(lái)為商業(yè)交易做時(shí)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(lái)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(shí)來(lái)使其遍布世界的電一臺(tái)完整的GPS信號(hào)接收機(jī),它能夠在GPS信號(hào)強(qiáng)度僅腦網(wǎng)絡(luò)同步大小企業(yè)都在使用GPS定時(shí)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(dòng)化系統(tǒng)只能夠觀(guān)測(cè)中國(guó)煤化工定位,即使時(shí)間測(cè)定。因儀表是又一個(gè)需要應(yīng)用GPS精確定時(shí)的領(lǐng)域。必須此,GPS定時(shí)CNMHG58DIGITCW2ot