飞行自组织网的全双工双向时间传递技术研究

针对飞行自组网(FANET)中节点间相对运动导致双向时间传递精度下降的问题,该文提出一种全双工双向时间传递(TWTT)方法。首先,根据全双工双向时间传递过程构造了需要求解的方程组,推导了单次时间传递的同步误差表达式;然后,分析了在无频偏和有频偏条件下,迭代进行全双工双向时间传递的收敛性;最后,通过仿真分析和实验验证比较了全双工双向时间传递方法和传统双向时间传递方法的性能。仿真和实验结果表明,全双工双向时间传递方法在节点高速机动下,时间同步精度可达到与物理层时间戳相同的精度,优于现有的运动补偿方法。

多模GNSS PPP时间传递性能比对分析

精密单点定位(PPP)时间传递技术是国际时间比对的重要手段之一,为协调世界时的计算做出巨大贡献。为探究多系统融合PPP时间频率传递性能,选取3个国际授时实验室的测站数据组成2条链路,采用8种实验模式对比分析单系统、双系统、三系统和四系统PPP时间频率传递性能。实验结果表明:各多系统组合较单GPS系统在可见星数上均有较大提升,且极大改善了钟差精度因子,增加了时间比对结果的稳健性和可靠性。在时间传递稳定性方面:对于453.4 km的PTBB-BRUX链路,较单GPS系统,双系统中GPS/BDS组合提升效果最优,提升率约为10.39%,三系统中GPS/GLONASS/BDS组合提升率最优,约为11.86%,四系统组合提升率为11.98%,可从0.0467 ns提升至0.0411 ns;对于8031.8 km的PTBB-NIST链路,GPS/BDS组合提升率约为4.89%,GPS/GLONASS/BDS组合提升率约为5.49%,四系统组合提升率为5.79%,可从0.1140 ns提升至0.1074 ns。在频率传递稳定度方面:在前10000 s内双系统组合平均提升17.6%,三系统组合平均提升20.5%,四系统组合提升21.6%。

时间传递链路闭合钟差处理方法与性能分析

守时实验室和全球卫星导航系统(GNSS)维持的时间基准都通过不同溯源链路溯源至UTC(k),k为实验室代号。目前主流溯源方式包括光纤时间传递、卫星双向时间传递和GNSS共视时间传递。通过对不同溯源链路构造闭环钟差模型,利用间接平差修正各溯源链路钟差,消除了不同链路中存在在系统差和周期项等误差,提升了时间传递精度。采用5个时频站中8条独立不同溯源链路的钟差实测数据的对算法进行验证,结果表明:由于存在未消除空间误差的影响,卫星双向时间传递和GNSS共视时间传递在长基线条件下都存在明显的周期项,通过对溯源链路的平差修正,消除了溯源钟差不闭合的问题。通过对钟差的二次多项式拟合得到的残差计算,GNSS共视时间传递噪声由0.43ns降低至0.25 ns,卫星双向时间传递噪声0.21 ns降低至0.14 ns,光纤时间传递噪声由0.18 ns降低至0.12 ns。通过提升各溯源链路的时间传递精度,有效地改善了各时间基准的服务能力。

GNSS载波相位精密时间传递数据处理技术综述

精密时间传递是时频领域最为基础的工作之一,在科技、经济、军事和社会生活中具有重要作用.全球卫星导航系统(GNSS)因其众多优势成为精密时间传递的重要手段,尤其是近些年发展的基于高精度载波相位观测值的时间传递技术成为GNSS时频领域的研究热点.本文对GNSS载波相位精密时间传递相关的研究进行了全面总结,对其数据处理涉及的观测模型、模糊度处理方法进行了归纳阐述,对精准性、一致性、稳健性、连续性、实时性、完好性等技术进行了探讨,并指出该领域未来应该重点解决非差与差分处理模型统一性、不同机理融合时间服务统一性和天空地海地下时间服务无缝性问题.

GNSS载波相位时间传递的日界不连续误差研究

高精度远程时间传递技术是实现两地时钟比对的重要手段,是实现地方协调世界时UTC(k)与国际UTC建立联系的技术支撑,是国际原子时(TAI)计算的基础。作为GNSS载波相位时间频率传递技术的典型代表,基于全球定位系统(GPS)的精密单点定位(PPP)自2009年开始被国际权度局(BIPM)用于TAI计算,时间传递精度可达亚纳秒量级。然而,由于伪码噪声影响,使得PPP相位模糊度失去了整数特性,时间传递结果在相邻天边界历元处出现“不连续”现象,导致无法通过PPP时间传递更加准确反映两地实时连续运行时钟的性能,严重影响PPP时间传递长期频率稳定度的提升,也限制了PPP时间传递在铯喷泉钟等基准频标比对中的应用。论文围绕PPP时间传递结果日界不连续误差这一核心问题,按照从GPS单系统到GPS/BDS多系统,从理论研究到试验验证的模式,系统深入地研究了日界不连续误差的统计特性、产生原因、对时间频率传递的影响及改正方法。主要研究内容及结论如下。

实时PPP时间传递性能评估

高精度的实时产品为基于实时精密单点定位(RTPPP)技术授时终端的研制提供了有利条件。为分析授时终端基于实时产品进行时间传递所能达到的效果,本文首先对现有授时终端的GPS观测数据进行质量分析,然后结合实时产品进行PPP解算。试验结果表明,从卫星可见数、PDOP值、多路径误差3个方面分析,授时终端的观测数据与NT02、BRUX测站的观测数据质量相当,因此测站接收到的数据稳定可用,可为下一步的性能分析提供有效数据;将授时终端的实时PPP时间传递结果与事后PPP时间传递结果作差,可得零基线共钟比对结果的均方差(RMS)优于0.05 ns,长基线比对结果的RMS优于0.2 ns;将零基线试验中的两台授时终端的时间传递结果与接收机类型为JAVAD TRE_3的两台设备的时间传递结果作差,比对精度优于0.07 ns,将长基线试验中的两台授时终端的时间传递结果与接收机类型为SEPT POLARX5TR的两台设备的时间传递结果作差,比对精度优于0.2 ns。

不同GNSS在高纬度地区时间传递性能分析

全球卫星导航系统(GNSS)载波相位时间传递技术是高精度时间传递领域的主要研究方法之一,但目前关于该部分的研究主要集中在中低纬度地区,在高纬度地区并不多见。不同GNSS由于星座设计不同,在高纬度地区结构差异较大,因此需要对不同GNSS在高纬度地区的时间传递性能进行分析。实验结果表明,在高纬度地区时间传递中,Galileo稳定度最高,GPS和BDS次之,GLONASS最差。同时因在高纬度地区卫星的高度角普遍偏低,为合理平衡低高度角时可视卫星多和多路径误差大的矛盾,对不同截止高度角下获取的链路时间传递性能进行了分析。结果表明,在5°截止高度角下,高纬度地区的时间传递链路稳定性最好。

不同电离层改正的PPP时间传递性能评估

为了进一步验证全球卫星导航系统(GNSS)电离层参数化模型及不同精度电离层改正产品在非差非组合精密单点定位(PPP)时间传递中的应用效果,提出一种不同电离层改正的PPP时间传递性能评估方法:分析比较无电离层组合PPP(IF-PPP)和非差非组合PPP(UDUC-PPP)时间传递模型与接收机钟差参数的差异;然后基于2020年年积日第11—31天欧洲永久跟踪站网数据进行实测数据验证,并选择其中202个跟踪站构建区域电离层格网图(RIM),比较全球电离层格网图(GIM)非差非组合PPP(GIM-PPP)及区域电离层格网图非差非组合PPP(RIM-PPP),基于5个外接氢钟的欧洲永久跟踪站网接收机实现进一步的PPP时间传递性能分析。结果表明,与传统IF-PPP模型相比,GIM-PPP和RIM-PPP模型PPP单向授时精度分别平均提高24%、44%,对于时间传递,IF-PPP、GIM-PPP和RIM-PPP模型重叠阿伦(Allan)方差百秒稳和千秒稳分别为9.36×10^(-14)、7.88×10^(-14)、5.11×10^(-14)和1.98×10^(-14)、1.78×10^(-14)、1.24×10^(-14);表明UDUC-PPP模型时间传递稳定性明显优于IF-PPP模型,而得益于高精度电离层模型,RIM-PPP可进一步提升GIM-PPP时间传递稳定性。

基于“北斗”三号PPP-B2b的定位与时间传递

随着“北斗”三号的建成以及通过GEO卫星进行播发的PPP-B2b信号的公布,“北斗”卫星的定位与定时精度再一次得到提升。为了研究PPP-B2b的定位精度以及时间传递性能,开展了对“北斗”三号的PPP-B2b相关实验。首先选取亚太地区的6个测站静态与动态精密单点定位E(East)、N(North)、U(Up)方向上的误差分析,然后又选取了NTSC与USUD测站进行时间传递稳定度分析。定位结果表明,B1I/B3I组合与B1C/B2a组合的PPP-B2b静态定位E方向、N方向、U方向RMS值分别在4.58 cm,5.34 cm,2.2 cm与4.18 cm,4.97 cm,2.22 cm,B1I/B3I组合与B1C/B2a组合的PPP-B2b动态定位E方向、N方向、U方向RMS值分别在17.99 cm,19.41 cm,12.72 cm与22.47 cm,21.61 cm,15.11 cm,两种组合表现出定位精度的一致性。PPP-B2b零基线共钟的时间传递普遍在1 ns内波动,时间传递的STD为0.203,10^(5) s的稳定度达到了5.336×10^(-15);PPP-B2b长基线的时间传递普遍在5 ns内波动,时间传递的STD为1.585,10^(4) s稳达到了3.55×10^(-14)。因此,B2b产品能够满足亚太地区厘米级定位以及纳秒级授时的要求。

基于光通信系统建立时间传递网络技术的研究

电网时间统一系统的关键是高精度、高可靠性的时间传递网络,以及时间信号传递技术。文章分析了电网对时间传递的要求、SDH光传输系统的特点,以及高精度时间传递技术;研究了具有自适应补偿特性的实时双向脉冲法时间传递技术,适应E1通道的成帧编码和定位测量技术;从理论上分析了影响时间传递误差的原因,并给出实地测试数据的分析验证报告;全面阐述了时间传递过程中的各项关键技术。

广播电视卫星高精度时间传递

介绍一种利用我国广播电视卫星进行高精度时间传递的方案,建立多个卫星电视时间发播系统,利用广播电视卫星进行双向时间比对,实现远距离卫星地面站之间的时间同步。通过测量地面站到卫星之间的距离,可实时计算出卫星的坐标位置,用户根据接收到的时间及卫星位置信息,实施高精度定时。

基于北斗的时间传递方法及其精度分析

GNSS时间传递技术是卫星导航技术在时间频率领域的重要应用,也是时间传递的主要技术手段之一。随着我国北斗卫星导航系统的不断建设,北斗系统在时间频率领域应用的研究也逐步深入。主要基于北斗卫星导航系统特有的IGSO、MEO、GEO卫星星座,开展了基于北斗共视和载波相位时间传递算法研究,研制了北斗时间传递软件包(PPTSlo),并对其时间传递链路精度、稳定度进行了定性、定量分析,实验结果表明北斗共视时间传递精度优于6 ns,北斗载波相位时间传递精度能达到亚纳秒-纳秒精度。

附加原子钟物理模型的PPP时间传递算法

传统精密单点定位(PPP)时间传递算法通常把接收机钟差当作相互独立的白噪声逐历元进行估计,而忽略了钟差参数历元间的相关性。针对这一问题,本文提出了一种附加原子钟物理模型的PPP时间传递算法。该算法通过利用Kalman滤波对高稳定度的原子钟钟差进行建模,拓展传统PPP时间传递模型中的接收机钟差参数,并给出了Kalman滤波过程噪声协方差和初始状态向量的确定方法。试验结果表明:该算法可以有效避免传统算法时间传递结果需要一定收敛时间的问题,使解算结果更加符合原子钟的物理特性,能够显著提高时间传递结果的精度和稳定性,可将单站时间传递精度平均提高58%,站间时间传递精度平均提高51%。

卫星授时与时间传递技术进展

近年来,卫星导航技术发展迅速。卫星导航系统以精密时间测量技术为基础,实现了伪距测量,进而实现定位。同时,卫星导航系统还提供了高精度授时功能。综述了卫星导航系统的授时和时间频率传递技术、基于通信卫星的授时技术以及双向卫星时间频率传递(TWSTFT)技术等。随着我国北斗卫星导航系统(BDS)的建成和提供服务,BDS授时应用研究正在快速发展。基于BDS/GNSS多系统的精密单点定位(PPP)时间传递技术已成为重点研究方向,未来将会应用于国际时间比对。同时,随着卫星通信技术尤其是低轨通信卫星技术的快速发展,低轨通信卫星授时会成为一个有潜力的研究方向。

基于离散时间传递矩阵法的伞-弹系统动力学模型

采用离散时间传递矩阵法建立了伞-弹系统减速稳定段的动力学模型,回避了多体动力学传统的研究方法在伞-弹系统建模过程中存在的问题。详细给出了应用离散时间传递矩阵法建立铅垂平面内伞-弹系统模型的建模过程,推导了伞-弹系统的传递矩阵和传递方程。通过算例将建立的伞-弹系统模型和采用牛顿-欧拉法建立的伞-弹系统模型进行了对比分析,两种模型计算结果吻合度好,验证了本文模型的正确性以及离散时间传递矩阵法应用在减速伞-子导弹系统中的可行性。

激光时间传递技术的进展

激光时间传递是通过激光脉冲在空间的传播来实现地面与卫星时钟或地球上远距离两地时钟的同步。本文介绍了激光时间传递的国内外进展情况 ,重点介绍我们建立的一套地面激光时间比对系统。比对结果表明 ,激光时间传递获得很高的精度和稳定度。

高精度长距离光纤时间传递的研究进展及应用

中国科学院国家授时中心已启动建设国家高精度地基授时系统。光纤时间传递分系统作为高精度授时系统的重要组成部分,需要不断针对关键技术问题提出解决方案,从而提升光纤时间同步的准确度与稳定度,以达到构建与国家标准时间偏差优于100 ps的高精度光纤时间同步网络的目标。本文报告了中国科学院国家授时中心在长链路光纤时间传递的研究进展。利用研制的光纤时间同步设备在871.6 km的实地光纤链路上得到了29.8 ps的时间同步标准差,3.85 ps@1 ks的时间稳定度,25.4 ps的不确定度;在此基础上针对后向反射光噪声的关键问题进行技术改进,在总长度为1 085 km的实地光纤链路上实现了色散误差修正功能的双波长光纤时间同步,得到了18 ps的时间同步标准差,5.4 ps@4×10^(4)s的稳定度,63.5 ps的不确定度。

高精度自由空间时间传递研究的新趋势

随着时间频率的研究水平不断提高,实现比现有精度大幅度提高的新一代时间传递技术的研究受到广泛关注。激光脉冲时间传递作为目前自由空间时间传递精度最高的技术,其精度提高与采用的探测手段和脉冲光量子特性紧密关联。应用飞秒光频梳实现高精度时间传递是目前国际研究的一个新热点,近年来取得了许多突破性进展。在此基础上,量子优化的时间传递研究也随之展开。应用具有压缩特性的量子光频梳替代传统光频梳,将使时间延迟的测量精度突破散粒噪声极限。因此,基于量子测量和量子光频梳光源的量子优化在提高自由空间远程时间传递精度方面具有巨大应用潜力,是未来时间频率的高精度传输与比对技术的重要研究方向。

提高多体系统离散时间传递矩阵法计算精度的研究

深入探讨多体系统离散时间传递矩阵法对平面、空间刚体 光滑铰多体系统运动响应的研究。提出提高该方法计算精度和计算稳定性的方法 ,导出相应的多端刚体传递矩阵。设计了角坐标的迭代循环 ,该变量不必采用近似形式 ,因而提高了计算精度和计算稳定性。其它方法有 :1)增加泰勒展开式的高阶项 ;2 )合理选择将速度、加速度表示为位移的线性函数的方法 (本文简称线性化方法 ) ;3)合理确定迭代循环的初值等。对 4种多体系统进行了计算机仿真研究 。

多通道单频GPS时间传递接收机NTSCGPS-1的性能分析

简要介绍了国家授时中心 (NTSC)为我国综合原子时 (JATC)项目研制的多通道单频GPS时间传递接收机NTSCGPS 1 ,并利用观测数据分析了NTSCGPS 1的各项性能。分析结果表明 ,NTSCGPS 1的系统稳定性好 ,观测精度较高 ,并具有较好的兼容性 ,可用于JATC的复建工作。