卫星导航定位系统的时间系统

卫星导航定位系统的时间系统

国家标准 GB/T29842一2013 卫星导航定位系统的时间系统 Temporalsystemsforsatellitenavigationandp0sitioning 2013-11-12发布 2014-05-01实施 国家质量监督检验检疫总局 发布 国家标准化管理委员会国家标准

GB/I29842一2013 目 次 前言 范围 术语和定义 缩略语 时间系统 4.1卫星导航定位系统的时间系统 4.2主要的国际通用时间尺度 4.3卫星导航系统中的时间尺度 不同时间源时间差的测量和换算 5.1时间源 5.2时间计数 5.3时间差 时间差测量 5.4 主要的时间尺度和不同的卫星导航系统时间之间的换算 主要的时间尺度之间的换算 6.l 6.2TAI、UTc与不同卫星导航系统的系统时间之间的换算 定时应用中的主要修正 7.1基本修正 7.2精细修正 7.3对精度有特别要求的用户的事后修正 附录A(规范性附录相对论框架下的时间计量 附录B(规范性附录各地时间实验室的守时系统 附录c(资料性附录)GPs定时原理和误差分析 附录D(资料性附录)GLONASS定时原理 19 附录E(资料性附录北斗卫星导航试验系统时间系统和定时方法 20 附录F资料性附录)高精度时间传递方法 22 2r 附录G资料性附录标准时间应用方法 参考文献 29

GB/T29842一2013 前 言 本标准依据GB/T1.1一2009给出的规则起草 请注意本文件的某些内容可能涉及专利 本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任 本标准由工业和信息化部提出 本标准由电子技术标准化研究所归口 本标雅起草单位;科学院国家授时中心 本标准主要起草人:王正明,吴海涛 m

GB/I29842一2013 卫星导航定位系统的时间系统 范围 本标准规定了与卫星导航定位应用有关的时间系统的术语和定义、标记方法,以及时间系统的建 立,系统时间换算方法和应用中的主要技术方法 本标准适用于利用卫星导航定位系统进行与时间相关的导航、定位、,定时、时间同步等领域的科研 教学及应用 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件 2.1评价时间尺度或时间比对技术性能的表征量 2.1.1 准确度accuraey 测量值与其真值的符合程度 准确度一般用测量值的总的不确定度来表征 [IrU-RTF.862建议 2.1.2 阿伦方差 Allanvariance AVAR 阿伦偏差 Allandeviation ADEV 在时域上用来表征振荡器或时间尺度的短期和长期频率稳定度的规范方法,AVAR又称“双取样 方差” AVAR是ADEV的平方 [ITU-RTF.862建议 2.1.3 修正阿伦方差modifiedAlanvariance MVAR 与阿伦方差基本相同,但是它能明显区分振荡器的相位调制白噪声和相位调制闪烁噪声 [ITU关于精密频率和时间系统应用选文手册,1997刀 2.1.4 相位phase 对一个重复现象的周期的小数部分的测量值,该测量是相对于现象本身的某个可识别的特征而进 行的 注:在标准时间和频率信号服务领域中主要考虑的是相位时间差,例如同一现象的两个可识别的相位或者两个不 同现象的相位之间的时间差 2.1.5 edeviatiom 相位偏差phase 相对于一个参考时间信号的相位差
GB/T29842一2013 2.1.6 相位跳变phasejump 相位时间信号中突然的相位变化 2.1.7 精度pretisimn 一系列单个谢猿值之同的相互符合程度,常用标准悄差来表示. 2.1.8 分辨力 resolution 某个给定的仪器所能测量和(或)显示的最小差异 2.1.9 时间间隔误差tinmeintervaleror TIE 测量到的一个被测时间信号与一个参考钟之间的相位时间差 习惯上把测量的总的时间段开始时 的TIE定为零,TIE表示的是从测量开始以来的相位时间的变化 注:单位为纳秒(ns) 2.1.10 时间方差 timeVariance TVAR 反映时间短周期波动幅度的统计特征,它是频率变化的函数,或者是TIE采样间隔的函数 注:单位为二次方纳秒(ns). 2.1.11 不确定度uncertainty 表征一个量值相对其真值(或标称值)的离散程度 不确定度一般含两类分量;一类是测量常数随 机分量(称A类不确定度),另一类是由系统效应产生的分量称B类不确定度);它们分别用偏差的评 估值或测量值的标准偏差(1)表征.用一般方差合成方法合成 当量值通过与基准或可溯源装置的比 对直接标定时,其不确定度用测量值的标准偏差(a)的倍数表示,一般用(土l)表示 [IrU-RTF.538建议 2.2钟、相位时间和时间尺度 2.2.1 钟组cloekensemble 若干个钟的集合体,单个钟并不需要处于同一地点,这些钟通过某种协调方式运行,以便使由它们 共同产生的时间尺度的性能(时间准确度和频率稳定度)最佳化 2.2.2 钟的时间差eoektimmedirrerenee 在同一瞬间两个钟的读数之差 注;为了避免符号的混消,用惯常的数学量来表示两个钟的读数差 在一个参考时间尺度所给出的时刻T,令a 表示钟A的读数、b表示钟B的读数,这两个钟在瞬间T的时间差用A一B=a一b表示 尽管并没有统一约 定的符号的含义,然而,如果A一B是用电子技术测定的,A一B为正,表示A钟的滴答声比B钟的滴答声早 到,如果A和B是从两个钟读出的日历日期,这种符号的表示也同样适用 另外,在某些情况下,相对论效应 会起作用,应计及 2.2.3 原时propertime 由一个理想的钟所显示的地方时间 如果一个时间尺度是根据原时的概念实现的,它就称之为原
GB/T29842一2013 时时间尺度 2.2.4 坐标时eordinatetime 在给定四维空间坐标框架中的第4个坐标参量1(时间),在某个引力势变化的空间范围有效 2.2.5 地心坐标时geocentriccoordinatetie TCG 地心坐标时是在地球中心对原时的测量,它和地固时(TT)(见4.2.3)的差是TcG和TT所位于的 两个地点的引力势不同而产生的一个不变的尺度因子 2.2.6 格林尼治平时Greenwiehmeantime GMT 在格林尼治皇家天文台测量的平太阳时 注GMT在1884年被用作为世界上第一个全球性的时间尺度 然而,尽管该术语为公众所用,GMT已经不被保 留,为了时间的精确应用,替代它的是世界时(UT)和协调世界时(UTC 2.2.7 间秒 leapsecond 跳秒 1个整秒的国际时间阶跃,用于调整协调世界时(UTC)以便确保它和UT1近似一致 注:插人1、称为正跳秒,去掉1s则为负跳秒 根据国际协议,跳秒可以在任何一个月的月末引进,但是在需要时 优先选择6月末或12月末 在应保持UTc和UT1的差异不大于0.9时引进眺秒 2.2.8 儒略日Juiandate JD 从公元前4713年1月1日世界时12h00nmin儒略日数为零)起算连续计数到某一天的日数称为 儒略日数,儒略日数加上从前一个正午(12h00UT)起算以来的日的小数部分为儒略日 2.2.9 约化儒略日ModifiedJuliandate MJD 儒略日减去2400000.5d为约化儒略日,其起点为1858年11月17日世界时0点(00;00UT) [IrU-RTF.457建议 2.2.10 模1smodwlo1s 对时间差去掉整秒以后的小数部分 2.2.11 基准钟primarycloek 直接给出原子秒定义复现值,并对复现值的不确定度具有独立评估能力、准连续运行的装置 注:依照1967年以来采用的原子秒定义，一直使用实验室型艳原子钟构成基准钟 2.2.12 秒 second 时间间隔的基本单位 国际单位制(S1)秒长定义为;龟133原子(mCs)基态的两个超精细能级之 间跃迁辐射震荡9192631770周期所持续的时间 注:sI秒是sI的7个基本单位之一 现在采用的秒长是由1967年第13届国际计量大会定义的
GB/T29842一2013 2.2.13 恒星时siderealtimme 以春分点的周日视运动定义的时间测量,它是以恒星作为参照而不是以太阳作为参照的地球自转 测量 注:天文学中用两种恒星时;视恒星时和平恒星时,后者计及了地球的章动,因而给出了一种更加均匀的时间尺度 -个平恒星日等于一个平太阳日的23h56min 4s,或者说366.2422个平恒星日等于365.2422个平太阳日. 2.2.14 时间同步timesynchronization 为了消除两个或多个时间源之间的时间差而对它们进行相对调整 2.2.15 时间比对 timecomparisom 在某个给定历元上两个时间尺度之间的差异的确定 2.2.16 秒脉冲 1pulse second per 1pps 每秒一个脉冲 2.2.17 时间尺度timc-scale 一个表明事件发生的明确顺序的系统,含时刻原点、时间间隔和可能引人的修正等 [ITU-RTF.536建议] 2.2.18 时间阶跃timestep 在某个瞬间时间尺度中的不连续 2.2.19 本初子午线primarymeridaneirele 零子午线 英国伦敦格林尼治天文台(旧址)埃里中星仪所在的子午线作为时间和经度计量的标准参考子 午线 注，为了协调时间的计量和确定地理经度,1884年在华盛顿举行的国际子午线会议做出上述决定 1957年后,格 林威治天文台迁移台址国际上改用由若干天文测时结果长期稳定性较好的天文台组成的平均天文台作为参 考 由这些天文台原来的经度采用值,利用天文测时资料反求各自的经度原点,再对这些经度原点进行统 处理,最后求得平均天文台经度原点 1968年国际上以国际习用原点作为地极原点,并把通过国际习用原点 和平均天文台经度原点的子午线称为本初子午线 2.3频率标准与频率信号 2.3.1 频率漂移 frequeneydrift 由于内部元器件的老化以及影响频率变化的各种因素的规则变化,造成频率源在连续运行过程中 其相对频率值随时间单调增加或减少的变化 2.3.2 频率偏差frequeneyoffset 频率的实际值和参考频率值之间的差异 注:参考频率可以是也可以不是标称频率值
GB/T29842一2013 2.3.3 频率稳定度frequeneystability -个信号在一个给定的时间间隔内,由于自身的和(或)环境的因素引起的频率变化的程度 注:一般频率的系统性变化(例如频率漂移)和随机频率波动是有区别的,用特别的方差来表征这种波动 系统性 的不稳定可能是由于电子辐射、气压、温度、湿度变化引起的 随机的不稳定一般在时域或者在频域上表征， -般与测量系统的带宽,采样时间或积分时间有关 2.3.4 频(率)标(准 frequeneystandard 频率源 频率发生器,其输出用作为频率参考 注，频标分成两大类;“基准频标"和"二级频标" “基准频标”的频率与所采用的秒定义(目前国际承认的秒定义见 2.2.12)相对应,其标定的频率准确度的获得是不经过校准的;“二级频标”的频率应相对于基准频标做校准 2.3.5 标准频率standardfrequeney 国际电联(IrU-R)规定的、供无线电授时所使用一组频率值(如;2.5MHz、5MHz、10MHz 15MHz等》 [ITU-RTF.862建议] 缩略语 下列缩略语适用于本文件 AT(TA)原子时AtomieTinme) BDT北斗时间(BeidouTime) BST北京标准时间(BeijingStandardTime BIPM国际权度局(BureaulnternationaldesPoidsetMesure) CCTF时间频率咨询委员会(ConsultativeCommitteeforTimeandFrequency CIPM国际计量委员会(ComitelnternationaldesPoidsetMesures，InternationalCommitterof WeightandMeasures ET历书时(EphemerisTime) GMT格林尼治平太阳时(GreenwichMeanTinme' IERs国际地球自转与参考系统服务组织(InternationalEarthRotationandRefereneesystem Service) ITU llTelecommunicationUnion 国际电信联盟atrnmationl 国际天文学联合会(hnte ernationalAstronomicalUnion IAU nationalTelecommunicationsUnion-Radiocommunica ITU-R国际电信联盟无线电通信局(Interm tions Center，theChineseAcademyofSei NTsC科学院国家授时中心NationalTimeSer V1ce ences ,France) OP巴黎天文台(ParisObser rvatory PTB德国技术物理研究所Physikalisch-TechnischeBundesanatalt,Germany SI国际单位制系统InternationalSystemofunitb) TAI国际原子时InternationalAtomieTime) TT地固时TerrestrialTime)
GB/T29842一2013 Transfer TwsTFT卫星双向时间频率传递(TwowaySateliteTimeandFre requency UT世界时UniversalTime) inatedUniversal alTime UTC协调世界时Coordin USNO美国海军天文台theUnitedStatesNavalOb bservatory) 时间系统 4.1卫星导航定位系统的时间系统 卫星导航定位系统以高精度的统一时间和时间测量为基础,设有高精度原子钟组,在原子钟组内部 通过高精度时间比对获得原子钟的时间比对结果,采用最佳时间尺度算法,并溯源到某个标准时间尺 度,计算出一个较为稳定而又准确的时间尺度,作为该导航定位系统控制整个卫星和地面系统运作的标 准时间 原子钟组应包括卫星导航定位系统的地面控制中心和监控站的原子钟,也可包含卫星上的星 载钟 4.2主要的国际通用时间尺度 4.2.1 世界时UT 世界时是基于地球的自转运动并以太阳作为参照点来确定的时间尺度,非常近似地符合在本初子 午线上观测太阳周日平均运动的一种时间测量 世界时的单位是平太阳秒,它定义为一个平太阳日的 1/86400,1960年以前曾用它定义SI秒 UT通过观测恒星的周日视运动确定 直接根据这种观测而 确定的时间尺度称为UTO,UTo是在地球表面上一个给定点处直接观测得到的世界时 当UTo加了由于地极移动引起的观测地点经度的改正后,得到时间尺度UT1 根据经验公式对UT1加地球自转速率的周年和半年变化改正,得到更进一步优化的时间尺 度UT2 4.2.2历书时ET) 以地球绕太阳的公转轨道运动为基础而导出的天文时间尺度,在1960年至1967年期间,用于定义 sI秒 它的起算点接近世界时1900.0,在此时刻太阳几何平黄经等于27941'48'o4,是世界时1900年 1月0日12h 它在天文应用中一直沿用到1977年,被地球力学时TDT)替代 TDT在1991年又被 地固时(TT)替代 4.2.3地固时IT TT是在地球质心坐标系中定义的坐标时,其尺度单位(TT秒)与旋转大地水准面上的S秒一致 1977年1AU用地球力学时(TDT)替代了历书时(ET),1991年TDT又被重新命名为地固时TT). 2000年IAU重新定义了TT,使得它的尺度单位与地心坐标时(TcG)有一个固定的关系 这个新的定 义确保了TT的连续性,其两种定义在10-'量级上是等效的 TT和TAI相差32.184s 4.2.4国际原子时(TA 由BIPM以分布于全世界的大量运转中的原子钟的数据为基础而建立和保持的一种时间尺度 它 的初始历元设定在1958年1月1日,在这个时刻TAI与UT1之差近似为零 TA1的速率(尺度单位) 定义为,在地球质心参考框架下旋转大地水准面上实现的Sl秒,即艳原子133基态的两个超精细能级 间跃迁辐射9192631770个周期所持续的时间 TAI是由全球60多个时间实验室合作产生的纸面时间计算后以文件形式发表) 每个月月初参
GB/T29842一2013 加合作的各时间实验室向BPM发送上个月的UTC()-GPStime[或由TwSTFT得到的UTC( UTcA]和UTc()-Clock(k,i)的数据为实验室代码，为实验室卜的原子钟的序号,i=1,2,, n) BIPM按照式(1)归算,获得UTc(PTB)与各时间实验室UTc(b)之间的时间差,进而得到UTc PTB)-Clock(k，i) UTc(PTB)-Cloek(k，i)- [UTc(PTB)一TGPS]一[UTc(k)一TGPs]十[UTc(k)-Clock(k，i 1 式中: TGPS=GPstime BIPM按照确定的原子时算法(ALGOS)对UTc(PTB)-Cloeck(k,i)进行加权平均处理,得到 UTc(PTB)-EAL EAL是全球参加TAI合作的300台左右原子钟加权平均得到的自由原子时 BPM再通过时间传递手段得到几个时间实验室的基准频标的频率[进行广义相对论(见附录A 和黑体辐射改正后]的加权平均,用于与EAL的频率进行比对,用分析丽数来对EAL的频率进行驾驭 而得到TAI. BIPM在每月计算TAI的同时得到参加TAI合作的每一台钟相对于TAI的速率差,以钟速率公 报的形式(r××.××,前一个××表示年份,后一个××表示月份)在BIPM网站上发表 4.2.5协调世界时UTC UTC是由BPM和IERs保持的时间尺度,是世界各国时间服务的基础 UTC在1972年正式定 义,它代表了TAI和UT1的结合 UTc具有与TAI完全相同的计量性质,是原子时,它的速率与 TAI速率完全一致,但在时刻上与TAI相差若干整秒 UTC尺度是通过国秒来调整的,以确保它和世 界时UT1近似相同,差异不大于0.9s,它形成了标准时间信号和标准频率的协调发播基础 国秒发生的日期由IERS决定和通知 BIPM在计算得到TAI时,根据IERS提供的UT1与UTcC 之差确定闰秒时刻 [ITU-RTF.535-2建议 4.2.6地方时 4.2.6.1地方平太阳时和地方恒星时 以格林尼治的本初子午线为基准测量的平太阳时和恒星时称作为格林尼治平太阳时(世界时)和格 林尼治恒星时 以各个地方子午线为基准测量的时间称为地方平太阳时和地方恒星时,它们与格林尼 治平太阳时和格林尼治恒星时之差是地方子午线与本初子午线的经度差(单位为小时 区时也是一种地方时,它是以时区的中央子午线与本初子午线的经度差(单位为小时)来表示的时 间 例如北京时间是东经120°(第8时区)的区时,与经度为0h的时间相差8h 4.2.6.2UIc的地方代表UTc(k和地方原子时IA(k) 作为时间服务的各地时间实验室自行产生和保持一个UTc在本实验室的物理实现,为用户提供 接近于UTc的标准时间信号,这个标准时间尺度就是UTc(k) UTc()是以高精度原子钟作为频率 源,经过人为的频率驾驭而得到的,UTc(b)与UTc有一定的差异,不同实验室保持的UTc()也不相 同 有无线电时间服务的实验室保持的UTc(b)应做到 lUTC一UTC(k|100ns UTc的地方代表UTc(A)由各地的时间实验室中的一套硬件和软件系统产生,该系统通常称为 “守时系统"或"时间基准系统” 常用的“守时系统”分成5个子系统(见附录B). TA()是用实验室更的原子钟的比对数据按预定的原子时算法计算得到的地方原子时 原则上
GB/T29842一2013 TA()的频率稳定度优于钟组中任一原子钟的频率稳定度 参加TAI合作的实验室k,每月月初把上月UTc)一TA)的数据、UTc)-GPstime的数 据和(或[UTc()-UTc(G]的TwSTF数据提供给BHIPM,BIPM归算TA1之后在每月出版的 CireularT中公布TAI一TA()和UTC-UTc()的值 [QUEsTIONITU-R224/7] 4.3卫星导航系统中的时间尺度 4.3.1GPS时GPstime GPS时间系统的钟组包括主控站、监控站和卫星上所有的原子钟 通过主控站内部的时间比对和 远程时间比对得到这些钟的比对数据,用适当的原子时算法得到一个纸面时间尺度 以UTc(USNO 作为参考基准,对该纸面时间尺度作频率驾驭,得到G;PS时 =19 GPS时不作闻秒调 GPS时的起始历元为1980年1月6日0h(UTC),此时TAI-UTC 整,在任何时候都在整数秒上与TAI相差19s,即TAI-GPsTime~19s,它与UTc的差为GPs Time一UTCDTAI一19s(DTAI见6.1.1 USNO拥有近百台高精度原子钟,它保持的地方时UTc(USNO)与UTC的差异小于15ns USNO用高精度时间传递技术进行GPS时与UTc(USNO)的时间比对,并把比对结果传送到GPs地 面主控站,在那里通过计算确定预报GPS时与UTc(USNO)之差的计算公式中的2个系数,并把这些 系数上传给卫星,通过卫星导航电文发送给用户 用户接收机可以根据接收到的卫星钟时间信号和导 航电文中的这些系数、卫星钟差以及各项时延改正参数而估计接收机的钟与UTc(USNO)之差,从而 以优于士l4s(模1s)的准确度将接收机钟同步到UTc 用户用定时接收机接收GPS信号来校正用户时间的方法参见附录C,附录G 4.3.2GL.ONASs时GLONASstime GLONAss时溯源到俄罗斯时间计量与空间研究所(IMvP)所保持的地方时UTc(sU) IMIVP 用10台高性能氢钟和一台实验室艳钟建立并保持俄罗斯国家标准时间UTc(SU) GLONASS时与 UTc(SU)一样有国秒,即Gl.ONASstime-UTC~0 GLONASS系统要求GL.ONAsS时与UTcC sU)同步到士1!s GLONASS定时方法参见附录D,附录G 4.3.3北斗卫星导航系统时间(BDr) 北斗导航卫星系统与GPS或GLONASS的主要不同点在于北斗卫星导航试验系统上没有星载 钟,卫星主要起转发中心站和用户信号的作用 北斗卫星导航试验系统的地面系统包括中心站和监测 站 BDT的时间系统与GPS时一样无闫秒,其起始历元为2001年1月1日0hUTC),即BDT UTC(TAI一UTC) 一32 北斗卫星导航试验系统通过设在科学院国家授时中心(NTsC)的标 校站作BDT与UTc(NTsC)的时间比对,从而将BDT溯源到UTc(NTsC) 北斗卫星导航试验系统定时方法参见附录E、附录G 不同时间源时间差的测量和换算 5.1 时间源 不同的时间尺度、不同的原子钟或其他钟、不同的授时系统、不同的定时接收机以及各种不同的被 测事件所提供的标志性或代表性的信号,均可以认为是一种时间信号源,或称为时间源
GB/T29842一2013 5.2 时间计数 时间的计数一般含有时、分,秒等时间信息,或兼有年、月、日等日历信息 某些特殊应用也有采用 年积日或周积秒等计数方法 精密计时的量纲,秒的小数部分分别用毫秒(ms),微秒(ps)、纳秒(ns)皮秒(ps)及飞秒(s)来 表示 S 注，lms=10'、l=I0",.lnw=10'slN=10"、l-1o, 5.3时间差 不同的时间源输出的时间信号互相之间会存在大小不等的时间差 相对标准时间信号而言,有的 会超前,有的会滞后 它们都可以直接或间接进行时间差的测量和换算 5.3.1秒数差 由于随机启动的原因或由于误差的长期累积,以及因定义的不同或保持方法的差异,不同时间源相 对于标准时间或不同时间源互相之间会存在大于1、的差值,秒的整数差称为秒数差或整秒差 5.3.2相位时间差 不同时间源之间的时间差小于1s的部分,在时间专业领域称为相位时间差 5.4时间差测量 5.4.1秒数差测量 秒数差测量用比较两个时间源的计数得到 5.4.2相位时间差测量 两路秒信号(Ipp)的小数部分的差值，一般用时间间隔计数器进行测量 采用同一名义秒两个 1p信号,分别去开,关时间间隔计数器的闸门 选择哪个信号开门或关门,要分清两信号的先后顺 序，一般选用领先信号开门 测量精度取决于计数器的分辨力 主要的时间尺度和不同的卫星导航系统时间之间的换算 主要的时间尺度之间的换算 6.1 6.1.1Uc和TAI UTc=TAI+DTAI 式中: DTAITA和UTC之差，随时间信号一起发播,可以看作为加到UTc上的一个改正,以便得 到TAI DTAI的值为整数秒 DTAI的值可以从IERs网站的BulletinC得到 6.1.2UT1和UIc UTl=UTC十AUTC 3 式中: UTC -UT和UTC之差,其值由IERS综合全球的地球自转观测数据计算而得，用户可以从 IERS的BulletinA每周更新和BulletinB每月更新得到 为了向无线电时号用
GB/T29842一2013 户提供方便，IERS给出DUT1,它是AUTC的预报值，随时间信号一起发播,它的值是 0.1s的整倍数 6.1.3TT和TAI TT=TAI+32.184 T=TT一UTl=32.184s十TAI一UTl TT=TT一UTC=32.184s十DTA 式(4)一式(6)中 TT 地固时 T -地固时与世界时之差; TT -地固时与协调世界时之差 6.2TAI.Uc与不同卫星导航系统的系统时间之间的换算 6.2.1IAI.UIC与GPs时 TAI-GPstime=19s十cn UTc-GPstime=19s一DTAI+c 7 式中: -TAI与GPS时之差的秒小数部分,单位为纳秒(ns),随时间而变,其不确定度约为2" ns co BIPM根据OP观测最高仰角的GPs卫星而得到的[UTc(OP)-GPStime](采用卫星精密星历 和用IGS公布的全球电子总含量模型后,经过平滑和插值处理后得到每天UTc0h的[UTc(OP) GPSstime],同时通过高精度国际时间比对得到[UTC-UTc(OP],由此得到每天UTc0h的[UTc GPstime一19s十cn)，每月在BIPM的CircularT上发表 用户可以从BIPM网站上下载 CircularT 6.2.2TA.Uc与GL.ONAss时 8y TAI-GLONASStime=DTAI十ei，UTC-GL(ONASstime=0s十c 式中: -TAI与GLONAsSS时之差的秒小数部分,单位为纳秒(ns),随时间而变,其不确定度为十几 纳秒 BHIPM根据波兰天文地球动力学观测台(AOS)观测最高仰角的GLONASS卫星而得到的[UTc AOs)-GL(ONASstinme],经过平滑和插值处理后得到每天UTc0h的[UTc(AOSs)-GLONAss time],同时通过高精度国际时间比对得到[UTc-UTc(AOs)],由此得到每天UTc0h的[UTc GLONASStime](=0s十ci),与c 同一个月的c值在BHIPM的同一期CireularT上发表 6.2.3TAI,UIc与BDT 9 TAI一BDT=32s十c2，UTC一BDT=32s一DTAI十c2 式中 -TAI与BDT之差的秒的小数部分,单位为纳秒(ns). BDT通过设在NTsC的标校站进行BDT与UTc(NTsC)的比对,得到[UTc(NTsC)一BDT] 从BIPM的CircularT可获得[UTC-UTc(NTsC)]的值,从而得到[UTC-BDT] 10o
GB/I29842一2013 定时应用中的主要修正 7.1 基本修正 定时用户要求的定时准确度不高于100纳秒量级时,需要在定时结果中加上的改正项: a)用导航电文中的卫星钟参数计算指定时刻卫星钟相对其系统时间的改正; b)用导航电文中的卫星广播星历和接收机天线坐标计算指定时刻卫星信号在空间距离传播的几 何时延改正 接收机系统(含主机及天线、馈线)常规时间延迟改正; c d使用区时的用户应考虑时区改正 7.2精细修正 要求定时准确度为几十纳秒,需要加上下列改正项: 用导航电文中的电离层参数作电离层时延改正; a b)对流层时延改正; 星载钟和接收机时钟处于不同的重力位以及卫星与测站之间的相对运动两种因素引起的相对 钟差改正即相对论效应改正); 接收系统各环节的环境影响(包括接收机天线的精确坐标、接收机天线周围的多路径效应、天 D 线/前置放大器的温度效应等) 7.3对精度有特别要求的用户的事后修正 要求定时准确度达到纳秒量级或由更高要求时,应该计及的改正项 a)用卫星精密星历修正几儿何时延误差; b)用星载钟相对其系统时间的精确钟差改正 e)用精确的电离层模型计算电离层时延或采用双频电离层时延实测数据 d)当精度要求涉及相对论效应时,应计及相对论时间改正(见附录A) 11
GB/T29842一2013 附 录A 规范性附录 相对论框架下的时间计量 A.1广义相对论框架下的时频研究中涉及的一些量的概念和定义 A.1.1原量和坐标量的区分 原量定义为能以物理基准提供的单位直接测量得到的物理量,这意味着能在测量的不确定度范围 内无歧义地得到其量值;坐标量则取决于时空坐标系的选择，一般而言,无简单明了的物理意义 A.1.2原时下与度规d的关系由式(A.1)定义 c一！ dr= 一ds2|1" (A.1 原时的单位是sI秒 A.1.3原时的增量 原时的增量为 A.2 Ar一 dr 式中 理想钟从事件A到事件B的时空轨迹 Cab A.1.4坐标时及坐标时间隔 坐标时1,即时空参考系中的四维坐标r"(ct,r')(其中a=0,1,2,3;i=1,2,3)中的参量t;t t即坐标时间隔(其中,l和t分别是事件B及事件A在时空参考系中的坐标时. A.1.5时间尺度和尺度单位 时间尺度是时空参考系中的时间坐标轴,其尺度单位是SI秒 A.1.6时间比对中的原时之差和坐标时之差 在时间比对中应注意原时之差和坐标时之差的区别 a 原时之差TA()-rn(),即在同一坐标时时刻的不同的原时之间的差; 坐标时之差G.)-.P)毯和！代表两种不同的坐标时 b A.2时空度规 在广义相对论中,时间由四维时空参考系中的坐标来定义,所有的时间现象都与引力场和速度有 关 广义相对论中的坐标系统是由与物质分布及引力场等有关的度规张量来定义的 在广义相对论 中,时空中相邻二点r"(ct,r')(其中a=0,1,2,3;i=1,2,3)和.r"十dr"之间的四维不变弧元d与度 规张量丛,的关系可表示为 d=-习gsde"dr" (A.3 AU第2届大会91年)决议A4推荐呆用广义相对论作为时空参考系的理论基础,.给出了如 下形式的时空度规 12
GB/T29842一2013 --w--(-)a+()ay十dery牛(d山"y门 ds (A.4 式(A.4)中是原时,U是质量系综的引力势和系综外部物体的潮汐势之和,后者在质心处为零 实际上与该度规相应的度规张量是 =一1十2c-'U(t,r go0= 尽的=0 发;=0,[1十2c-U(/.r](当i=j时,o;=1,当i夭j时.0，=0A.5) 该决议存在某些局限性,例如,度规表达式中仅留至c-"级的项,在此框架下,对质心坐标系而言， 坐标时的实现及时间转换的相应精度水平低于10-" IAU第24届大会(2000年)决议的建议中,明确定义了质心天球参考系(BCRS)和地心天球参考系 GCRS) 对BCRS,度规张量的分量表达如下 ？ =一1十2c 2c g00 【=一4co A.6 g;=o,(1十2co) 式中,o及w分别为一种标量势和一种矢量势 对GCRs,度规张量的分量表达如下 G=一1十2cew一2cew =一4c-W" Ge (A.7 Gb=o(1十2c'W 式中,w和w分别为标量势和矢量势 A.3广义相对论在时频领域中的应用 在时间频率领域的实际工作中应从下列几个方面具体涉及广义相对论的应用 时频计量问题应在广义相对论的框架下进行,根据不同的精度要求和使用方便,可以采用不同 a 形式的时空度规 当准确到后牛顿精度时,其精度只能达到10-",对于一些精度要求不算很 高的时间计量问题已经足够,但是对于现代高精度的原子钟的实现以及它们之间的比对问题 则还需另行考虑 原时和坐标时是两个不同的概念,原时只在观测者的局域范围内有效,而坐标时在定义的大范 围时空内均有效 原时之间的比对应该通过原时与坐标时的关系间接得到 通常采用的TA 或UTC是地球附近地心非旋转参考系坐标时的具体体现,这一点在实际应用中应特别注意 为了保证处于不同地点的原子钟速率与定义在旋转大地水准面上的标准钟速率相同,在原子 钟(特别是卫星钟)进行工作前,应对其频率进行调整 当准确到后牛顿精度时,对于地面附近 的原子钟,其频率调整只需要考虑到原子钟海拔高的影响;而对于卫星钟,其频率调整则需要 根据卫星的轨道高度和卫星相对于地球的运动速度来具体确定 时间比对问题不涉及时钟的 1束周，只步及两台钟的 ]初始设定 不同地点的时钟比对,除 了 与同时性的定义有关以外,还与信号的传播有关 由于光速和同时性的定义对于不同的坐标 系是不一样的,在比对过程中应严格保证所使用的坐标系的正确性 对于TT、TAI和UTC 的时间比对,需要采用地心非旋转参考系 当采用其他参考系时,应注意转换的正确性 对于地球同步卫星和GPS类型的导航卫星与地面 站的单向时间比对,在考虑大气时延、设备 时延和坐标误差的影响之外,当要求到纳秒量级的时间比对精度时,相对论效应只需考虑 Sagnac效应项,而当要求到0.1ns量级的时间比对精度时,除了Sagnac效应项以外,还需考 虑到引力时延的影响 对于更高精度的星地时间比对技术,例如要求的比对精度达10ps、1ps或更高,则应考虑卫星加 速度、卫星速度高次项,地面站速度和卫星速度交叉项以及卫星钟差产生的Sagnac项的影响 13
GB/T29842一2013 附 录 B 规范性附录 各地时间实验室的守时系统 世界各地的时间实验室(以大表示实验室的代码)通常自行产生和保持一个UTC在本实验室的物 理实现UTc(k),为用户提供接近于UTc的标准时间信号 UTc(k)以实验室内高精度原子钟作为频 率源用一组原子钟形成的综合时间尺度作为监控参考,经过人为的频率驾驭而使UTc(b)接近于 UTc 用于时间实验室产生和保持UTck)的一套硬件和软件系统称为“守时系统”或“时间基准系 统”,如图B.1所示 虚线框内为 其他用户 主钟系统 5MH 1pps 5MHz 相位频率 频率分配 脉冲分配 5MIHz 分频钟 钟1 微补偿仪 放大器 放大器 钟2 其他用户 pp5s 钟3 5MH 5M仆Hz lPps lpp 转 钟4 内部时间比对系统 远程时间比对系统 lPps 钟5 外部时 向信号 主钟和各个钟的 远地钟与本地钟 比对数据 的比对数据 lpps 钟n 数据果集和 处理系统 钟组 主钟相位和频率控制信号 图B.1产生标准时间标准频率的时频基准系统 常用的“守时系统”分成5个子系统 守时钟组 ? 由至少3台原子钟组成钟组,钟应自由运转,即不允许对钟本身进行人为的调频 b 主钟系统 由钟组中的一个频率比较稳定的钟作为主钟系统的频率源,再加上相位频率微补偿仪及分频 钟组成主钟系统,分频钟的输出端可以设定为主钟系统输出的标准时间信号的物理端口,送出 1pps标准时间信号 该标准时间一般就是UTC在实验室的物理实现,所确定的物理端口 的相位时间即UTc()的基准点 在实验室尺内,外的UTc(k)用户所得到的UTc(h)的时 间信号应计及该信号与基准点之间的时间延迟 实验室内部时间比对系统 14
GB/T29842一2013 由时间信号选择器(转换开关)轮流把各个钟的1pp信号送到时间间隔计数器(TIC)作为关 门信号,脉冲分配放大器送出的UTc()的1pps信号作为TIC的开门信号 TIC送出UTc )与每个钟的比对数据UTc()-Clock(k，i) 采用比相仪或其他时差测量设备也可以起 到与TIC相同的作用 远程时间比对系统 远程时间传递设备,例如高精度G;Ps共视(GPsCV)时间比对接收机，一般用实验室UTC() 的lpps及其5MH么或10MHz的频率信号作为接收机的输人信号 接收机送出UTc()和 GPs时之差以CGGTTS格式的文件存储在接收机所用的计算机硬盘中 远程时间比对系统 也可以是双向卫星时间频率传递(TwSTFT)系统 一般在采用TwSTFT系统的时间实验 室中还配备GPs共视时间比对接收机,两者同时运作,后者作为备用系统 远程时间比对系 统在守时工作中的作用是通过国际时间比对,使本实验室的钟资源为国际原子时作贡献,同 时通过这种合作可以从BIPM获得UTC-UTC(k)的数据;远程时间比对的另一个作用是可 以利用一个国家或一个地区内不在同一地点的尽可能多的原子钟的资源,形成一个数量较大 的钟组,产生一个具有高稳定度的独立的自由原子时系统;远程时间比对还可以将本实验室 产生的标准时间溯源到某个远程标准时间;或者通过远程时间比对使远处的标准时间信号发 播电台的时间溯源到本实验室产生的标准时间 远程时间比对(传递)技术参见附录F 系统控制、数据采集和处理系统 由工控机、PC机及专用的控制软件和数据处理软件组成 系统控制计算机及其软件用于控制 UTc(k)与每个钟的轮流比对(或者钟与钟之间的轮流比对)并对UTc()的频率进行驾驭 数据采集和处理的专用软件功能包括;采集数据并存放于专用数据库、判断每台原子钟的相位 时间和频率是否异常;用预定的最佳算法计算地方原子时TA(k) 算法的基本原理是把 UTck)与每个钟的比对数据UTc(k)-Cloeck(k，i)加权平均(不同算法实质上的差异在于 噪声处理方法和权系统确定方法)计算出UTc(k)一TA(k) 其原理公式如下所示 yw,[UTc(k)-Clock(k,i] UTC一TAk B.1 式中: 给每个钟分配的权重 a 实际上TA(k)即所有参加计算的原子钟的相位时间的加权平均值 原则上,TA(k)的频率稳 定度优于钟组中任一原子钟的频率稳定度 主钟系统中的相位频率微补偿仪(以下简称“相位微调器”)在标准时间UTc(k)的产生和保持 中起着非常重要的作用 主钟系统的频率源仅仅是一台原子钟,它相对于UTC或TAI有频 率偏差y=f,该频率偏差不是一个常数 一般把y分成2项，一项是基本偏差ya,另一项是 频偏变化量Ay.y=y%十Ay 时间实验室一般根据式(A.1)计算结果,以TA(k)作为参考,用 软件分析UTc(k)的频率变化,并向相位微调器送出频率补偿信息,由它对UTc(k)的频率进 行日常的微小补偿;同时根据BIPM每月发表的CireularT中UTc-UTc(k)和TAI一TA ()的数据,调整上述软件的工作参数,以使UTc(k)尽可能接近UTC 有些时间实验室在有 基准频标的条件下,用基准频标的标准频率作为参考,来分析UTc(k)的频率偏差及变化,并 用相位微调器进行频率补偿,从而实现完全独立自主产生UTc(k)的目的 15
GB/T29842一2013 c 附 录 资料性附录 GPs定时原理和误差分析 GPS接收机通过接收卫星信号而得到的观测量是从卫星到测站的伪距 伪距包含从卫星到测站 的几何距离以及各种各样的误差量 用GPS接收机进行定时就是测量本地钟与GPS时之差,这是通 过测量卫星钟与地面钟之间的时间差而得到的 C.1GPs定时方法 GPS定时方法包括测站坐标已知和未知两种情况: 站坐标已知的情况下,电波传播时间可根据站坐标和导航电文提供的卫星位置及电离层修正 参数进行计算,只需接收！颗GPS卫星的信号就可以定时,即计算出用户钟相对于GPs时间 之差 用多通道GPs定时接收机同时接收多颗卫星的信号进行有冗余度的观测,可以提高观 测精度 b)站坐标未知情况下,同时观测n颗卫星(n>4),可以确定站坐标的3个未知数及用户钟相对 于GPs时间之差 这4个未知数通过求解下面的方程式得到 R;=、X一X干Y一Y,干(Z一Z十c公/，(i=1,2,3,4，，n) (C.1 式中: 接收机天线相位中心至卫星的伪距,单位为米(m); R X.,Y ,Z 接收机天线相位中心的坐标,单位为米(m); X,Y,2 卫星i的坐标(根据导航电文计算得到),单位为米(m); -用户钟相对于GPS时之差,单位为米m) A 光速,单位为米每秒(m/s). c.2GPSs定时误差分析 式(C.1)给出的伪距包含许多误差项,分为3类;与卫星相关的误差,信号传播引人的时延误差和与 接收机有关的误差 与卫星相关的误差 a 星载钟的误差 导航电文给出的星载钟的钟差公式为: A！=a十a(1一t.十a2( 式中: 时刻星载钟的钟差,单位为秒(s); t 导航电文中的钟差修正的参考时刻,单位为秒(s); t 1=t.时刻的初始钟差,单位为秒(s): a0 -频率偏差修正系数,单位为秒每秒(s/s) l1 -频率漂移率修正系数,单位为秒每秒平方(s/s'). 2 根据导航电文中的参数a0,ai,a计算星载钟的钟差,把星载钟时间修正到GPS时 由 于这些参数是根据星载钟的历史表现而估计的,与钟的实时表现存在一定的差异 16
GB/T29842一2013 2 星历误差 导航电文中给出的卫星位置参数是预报值 由于卫星的轨道运动受到复杂的摄动影响， 预报轨道与实际运行轨道的偏差就形成几何时延的误差 相对论效应修正 星载钟和接收机时钟处于不同的重力位以及卫星与测站之间的相对运动两种因素会引起 卫星时钟的相对频偏,由此产生的相对钟差归人与卫星相关的误差 这两项的总的相对 论效应频偏修正值对于GPs卫星时钟为4.45×10-",在卫星钟制造时已作改正 由于卫星运行的轨道并非圆轨道而是近似于圆的椭圆、卫星运动速度随时间而变化、地面 接收机并非总处于海平面,这些因素引人的误差无法在卫星钟制造时加以考虑,由此引人 了相对论效应修正误差 b)信号传播引人的误差 电离层延迟误差 电磁波信号穿过大气层会引起信号到达延迟,电离层引起的时延,可以用简化的下列公 式计算: C.3 公'=一40.28××TEC/e 式中: 电离层时延,单位为秒(s); 信号的频率,单位为赫兹(H2). TEC 底面积为1m贯穿整个电离层的柱体所含的电子总含量单位为1×10"el/m" TEC随地方时而堂化.是大夜小,随条节变化.与太阳话动密切相关,不同天顶距方向的 TEC值也不同 电离层时延修正量的误差显然取决于TEC的估算精度 GPS单站法定 时一般根据G;PS导航电文提供的模型参数计算电离层时延改正 这种改正模型基本上 是一种经验估算公式,而且GPs导航电文中对全球采用统一给出的模型参数,与各地实 际情况必然有较大差异 2 对流层延迟误差 GPs卫星发播的信号经过电离层后,通过对流层到达接收机,传插路径会发生弯曲,传播 速度也会发生变化,需要对对流层时延进行修正 对流层时延对GPs信号传插的影响比 较复杂,与信号频率无关 一般采用霍普菲尔德(Hopfield)改正模型进行修正,计算公 式为: K K C.4 A T sinE2十6.25)1 sinE2十2.25)13 式中 At -对流层时延,单位为秒(s); E 卫星仰角; -分别为时延的干、湿气分量,可根据接收机处的气压、温度、水汽压、接收机处 Ka,K 的高程和对流层顶的高度等参数计算得到,单位为米(m). 实际工作中Ka,K 一般采用接收机处的大气压为1100kPa、温度为20C及相对湿度 为50% 根据模型计算的对流层时延与实际值仍然存在一定的误差 33 多路径误差 GPS接收机天线在接收到直接来自卫星的信号外,还可能接收到由其他物体反射过来的 信号 接收机接收到的信号是直射波和反射波产生干涉后的组合信号 由于路径不同 使GPS信号相位变化而产生的这种多路径效应对测量产生的误差与天线的结构、天线附 近的自然环境以及卫星的方位及仰角等有关 采用扼流圈、抑径板等措施能改善多路径 17
GB/T29842一2013 效应的影响 接收机引人的误差 1)接收机噪声误差 影响GPS接收噪声的因素包括;输人信噪比、信号的调制方式,码特性等 伪距测量的分辨力 单站法接收机是通过伪距测量来确定接收机的坐标和用户钟相对于GPs时间之差的 伪距测量的分辨力取决于码元宽度，一般认为分辨力是码元宽度的1/100. 接收机坐标误差 定时接收机的坐标虽然可以从伪码测量得到但其误差较大 用G;PS测量型接收机对定 时接收机的坐标定标,可以降低此项误差 接收机时延误差 定时接收机在正式使用前应精确测量从天线到接收机的1pp信号输出端的时延并加以 扣除 在使用中应注意不能随意更换天线至接收机的电缆,若应更换,需对接收机重新 标定 18
GB/T29842一2013 附 录D 资料性附录 GL.oNAss定时原理 CILONAss与GPs原理相近.因此GPs定时方法可以用于GLONAss定时 但是由于 GLONAsS在卫星的坐标系统,时间系统和信号结构等3个方面与GPs的差异,用户采用GLONAss 定时时,应该注意区别对待 在卫星的坐标系统方面,GPs采用wGS84坐标系,GLONASs采用PZ90坐标系 用户的 a GLONASS接收机的天线坐标也应该采用PZ-90坐标系 当用户采用GPS和GLONASS双 系统接收机时,对于不同系统的卫星应采用不同坐标系统的天线坐标值来计算几何时延 如 果对于GLONAsS卫星也采用了wGS84坐标系的天线坐标,则会降低GLONASs卫星的定 时精度 在时间系统方面,GPS时溯源到UTc(USNO)，而GLONASS时溯源到UTc(sU)(见4.3.2). 在GPS和GLONASS系统混用时,两个时间系统的差异(模1s)有时可能达到1!s左右的系 统差见6.2.1和6.2.2中的c，和ci之差),高精度定时用户应特别注意 另外GLONAsS时 与UTc(sU)一样有闺秒(见4.3.2),而GPs时则无闺秒(见4.3.1l),在闺秒时段定时需特别 注意 在信号结构方面，GPS采用码分多址(CDMA),所有卫星发射信号的载波频率相同,不同卫星 采用不同PRN码;GLONASS采用频分多址(FDMA),所有卫星采用相同PRN码,但是不同 卫星发射的载波频率不同 不管是GPS接收机还是GLONASS接收机,都需要在使用前测定接收机的各部分时延包括天线 时延、接收机内部时延、电缆时延等) 采用天线恒温系统(TsA)对高精度G;PSs和GL.ONAsS定时都 很重要,它能使天线/前置放大器的时延不受环境温度变化而变化 但是TSA对于高精度GLONASS 定时更为重要 天线对于不同卫星(不同频率)有不同的时延,用了TSA后,GLONASS接收机经过时 延的校正测量,得到一列恒定温度下的“频率一时延”校正值,它将用于处理每个GLONAss卫星的定 时数据 若用普通天线,天线对于不同频率的时延值均会随温度变化面变化校正值就无效了 19
GB/T29842一2013 附 录 E 资料性附录 北斗卫星导航试验系统时间系统和定时方法 E.1北斗卫星导航试验系统时间系统 北斗卫星导航试验系统定位系统卫星上不携带原子钟,测距信号和导航电文在地面生成，经卫星转 播 北斗卫星导航试验系统定位系统的时间分系统主要由时间间隔计数器TIC和三套“氢钟十相位 微调器十分频钟”简称“钟系统”)组成，一套为工作钟,两套为备份钟 三套钟系统各自产生的1pps 信号均送人转换开关,其中一路由转换开关选择为工作钟信号 工作钟信号经脉冲分配放大器后,输出 到TIC作为开门信号,另外两套钟的1pps先后由转换开关送出到TIC作为关门信号,由此得到的工 作钟1pps和备份钟1pps的相位时间差经数据采集送人主控计算机 经分析后,主控计算机送出控制 信息到两套备份钟的相位微调器,经过补偿调整,使两套备份钟的相位和频率与工作钟同步 一旦工作 钟出现故障,经切换,一套备份钟就替代原工作钟成为工作钟 E.2北斗卫星导航试验系统定时方法 E.2.1单向定时法 北斗卫星导航试验系统单向定时法的原理如图E.1所示 北斗卫星 北斗卫星导航 定时按收机 试验系统中央站 图 E.1北斗卫星导航试验系统单向定时法 定时接收机接收北斗卫星导航试验系统中央站发出的询问信号,从询问信号中解出调制于伪随机 码中的时间信号,时间信息和北斗卫星导航试验系统卫星的精确坐标参数 定时接收机根据中央站的 坐标,卫星坐标、导航电文中的电波传播修正参数及事先测定的接收机坐标,即可计算出电波从中央站 到接收机的时延 将接收到的时间信号扣除该时延和接收机时延,即可实现接收机定时信号与中央站 的时间同步 单向定时法根据电离层、对流层模型来计算时延,定时误差约为100ns E.2.2双向定时法 北斗卫星导航试验系统双向定时法的原理如图E.2所示 定时接收机接收北斗卫星导航试验系统 20
GB/T29842一2013 中央站发出的询问信号,经固定延迟后,仍通过广播导航电文的北斗卫星导航试验系统卫星发回带有用 户标志的应答信号 中央站收到应答信号后,通过计算就可以得知电波往返的时延 由于电波往返的 路径是一样的,同模传播误差就可以抵消 可以认为单向时延是双向时延的1/2 中央站将此时延值 通过导航电文告知该用户 定时接收机根据此时延和导航电文中的时间信息及解调伪随机码得到的时 间信号,就可实现接收机定时信号与中央站的时间同步 双向法定时原理由于采用了相同的路径,但方 向相反,电离层时延误差大大消弱,定时误差一般为20n ns 北斗卫屋 定时接收机 北斗卫星导航 试验系统中央站 图E.2北斗卫星导航试验系统双向定时法 21
GB/T29842一2013 附 录 下 资料性附录 高精度时间传递方法 F.1卫星共视时间传递 在时频领域中,卫星共视时间传递就是2个位于不同地点的观测者,用时间接收机在同一时刻观测 同一颗卫星同一信号中的同一标志,实现两地间的时间比对(原理见图F.1. 卫星 A站时间系统 B站时间系统 5M2 5MHHz" 1pps 1Pps 天线 天线 A站时频信号输入 B站时频信号输入 GPS时间传递单元 GPS时间传递单元 B钟与GPS时间比对 A钟与GPS时间比对 RS232 RS232 数媒输 数拟输出 计算机 计算机 数据交换链路 图F.1卫星共视时间比对示意图 以GPS为例,A,B两站接收机分别输出两站各自的钟与GPS时的比对结果TA()-GPstime和 Tn()-GPstime,通过数据交换,可以消除对于两站而言为相同的卫星钟的误差以及可能存在的sA 影响;可以部分抵消星历误差、电离层时延误差,以较高精度得到两站钟的时间差ATs(t)=TA(e) T(t 22
GB/T29842一2013 GPS共视时间传递技术在TAI的国际合作中起了主要作用 为了改进TAI,cCTF成立了专门工 作组GG:TTs(GPsS时间传递规范工作组),研究并形成了GPS共视时间传递接收机的软件技术规范 要求接收机生产厂家采用该统一的规范开发软件,软件包括相同的观测程序和相同的数据处理方法 在GL.ONASS卫星系统投人运行之后,GLONASS共视时间传递接收机也采用了这一规范 对于单通 道G;PS和单通道或双通道GL.ONASS接收机,BHIPM每半年发表一次共视时间表,供世界各国使用 对于多通道GPS和GLONASs接收机,无需共视时间表 不管是单通道还是多通道接收机,共视跟踪 卫星的时间有一个共同的起算历元1997年10月1日UTC0h 从这个历元起,每16min为一个跟踪 时间段,其中13min为跟踪卫星时间,另外3min用于数据处理和下一段跟踪的准备 每天有89个 16min段和一个12min段,以便按GPS和GL.ONASS的恒星日轨道周期观测 该软件技术规范给出 了每个跟踪段780s(13min)的卫星跟踪数据处理方法以及输出数据的文件格式(CGGTTS格式) .2卫星双向时间频率传递 TwsTFT的原理是由两个参与比对的地面站(一般是时间实验室)使用扩频技术,各自本地钟向 同一个卫星发射1pp、信号,在发射的同时用该】pps信号打开时间间隔计数器(T)的刚门,同时义 接收对方站发射通过同一卫星转发的信号,用收到的对方站发射的同一秒钟的1pps信号关闭TIC闸 门 TwsTFT系统结构如图F.2所示 卫星 '" " 甚小口径天线 甚小口径天线 调制解调器 原子钟 原子钟 调制解调器 计算机 计算机 测站1 测站2 图F.2TWSF时间传递原理图 TwsTFT硬件系统中的调制解调器执行滤波,放大、.A/D转换、扩频/解扩、调制/解调,时差测量 等操作 两个站调制解调器中TIC的读数分别为公厂和AT,它们和两个站1pp发射时刻丁和丁 之间的差(即两个站的钟差)由式(F.1)表示: 23
GB/T29842一2013 T一T，=(AT一AT,)十 一(c'十'刀 Hcf十?) 一)一(T！'一"] F.1 (r12-Ta1十ArR十 e 十可 式中: -信号在两个站上行的时延,单位为秒(s); 和' r和'" -信号在两个站下行的时延,单位为秒(s); 卫星转发器的时延,单位为秒(s) T和Tn 地球自转引起的电波传播路径长度变化(称为Sagnac效应)引起的时差[见式(F.2] ArR 单位为秒(s) (F.2 Ar区=2uwA/c 式中: 光速,单位为米每秒(m/s); -地球自转角速度,单位为弧度每秒 由地心和卫星到两个地球站的连线投影到赤道平面的面积,单位为平方米(m') 注1对于固定的一对TwsTFT链路来说,Ar良这项时差是个常数 注2:rr,,r!,T！分别是测站1和测站2发射和接收时延,单位为秒(s) 这些时延值可以事先测量 虽然从每个站到卫星的上行和下行的几何时延是相同的,但由于信号上下行的频率不同,对一给定 信号频率,电离层时延与成正比 但对于K被段,这一项引起的时差在10p量级 对流层叭 起的路径不对称非常小,可忽略不计 TwSTFT的优点是发射和接收路径相同,方向相反,消除了卫星,测站位置误差的影响，最大限度 地降低了电离层、对流层时延误差的影响,而且通信卫星较宽的带宽有利于信号设计,受温度影响小 TwSTFT时间传递的精度比GPS或GLONASS卫星(伪随机码)共视法的精度高一个数量级 F.3卫星载波相位时间传递 实际上卫星载波相位时间频率传递的原理从本质上来说也是一种卫星共视法,但是这种方法与前 面所说的共视法不同之处在于，一个是进行码相关观测,而载波相位法是采用载波相关观测 采用码相 关法观测的分辨力约为码元宽度的1/100,而载波波长只有码元宽度的1/100(P码)或1/1000(c/A 码) 理论上载波相关观测的精度比码相关法的精度要高23个数量级 上面所说的卫星共视法的数 据处理比较简单,而载波相位时间传递要用特殊的接收机,数据处理相当复杂,要用特殊研制的软件来 进行归算 r.4卫星激光时间传递 卫星激光时间传递可以用于星地钟之间的时间比对,也可以用于两个地面站之间的时间比对 用 于地面站和卫星星载的激光时间传递硬件系统见图F.3. 星地钟之间的激光时间传递原理见图F.4 从地面站向卫星发送激光脉冲,然后由卫星上的后向 反射器把激光脉冲反射回地面站 设卫星钟和地面钟的秒脉冲的时间差为AT 如果暂不考虑星地相 对运动以及设备时延等因素,星地时间系统的钟差为 F.3 A丁=(t,十t,)/2一t 式中: 激光脉冲由地面站向卫星发射时的地面钟时刻,单位为秒(s); -该激光脉冲到达卫星时的卫星钟时刻,单位为秒(s) t 该激光脉冲由卫星后向反射器反射回到地面站时的地面钟时刻,单位为秒(s) 2

卫星导航定位系统的时间系统GB/T29842-2013

卫星导航定位系统是一种依靠卫星信号实现地面位置测量的技术，已经成为现代社会的重要组成部分。而在卫星导航定位系统中，时间同步是保证定位精度和可靠性的关键因素。为此，我国于2013年发布了《卫星导航定位系统的时间系统》（GB/T29842-2013）标准，以规范卫星导航定位系统中的时间同步工作，提高系统的精度与稳定性。

GB/T29842-2013标准定义了卫星导航定位系统中的时间系统，包括了时间基准、时间传输、时间比对等方面的内容。其中，时间基准是指卫星导航定位系统中的参考时间，它通过原子钟来实现高精度的时间计量；时间传输则是指将时间信号从发射端传输到接收端的过程，该过程中需要考虑信号传输损失、多径效应等因素；时间比对则是指将接收到的时间信号与接收终端本地时钟进行比对，从而实现卫星导航定位系统中各个部件的时间同步。

通过GB/T29842-2013标准的引入，卫星导航定位系统的时间同步得到了进一步规范和优化。标准化的时间系统可以有效提高系统的精度和稳定性，从而提高系统的可靠性和使用价值。同时，标准化的时间系统也有利于不同国家和地区之间的卫星导航定位系统互操作性和协同发展。

总之，卫星导航定位系统的时间系统GB/T29842-2013是保证卫星导航定位系统精度和可靠性的重要标准，它为卫星导航定位系统中的时间同步工作提供了统一的规范和标准，具有广泛的应用前景和推广价值。

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卫星导航定位系统的时间系统

2022/10/18 21:34:40 现行